[論文レビュー] How to verify computation with a rational network

Sanjay Jain, Prateek Saxena+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2016

Cryptography and Data Security参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、合理的なインcentiveと検証ゲームを活用して、分散型ネットワークにおける外部委託計算の正しさを保証する経済プロトコルを提案する。預け金と報酬メカニズムを用いることで、検証者が正しい解決策を提出するようインcentivizeし、誤りを検出する挑戦者を誘発し、最小限の暗号的オーバーヘッドで証明可能な正しい結果を達成する。

ABSTRACT

The present paper introduces a practical protocol for provably secure, outsourced computation. Our protocol minimizes overhead for verification by requiring solutions to withstand an interactive game between a prover and challenger. For optimization problems, the best or nearly best of all submitted solutions is expected to be accepted by this approach. Financial incentives and deposits are used in order to overcome the problem of fake participants.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンベースの計算における検証者ジレンマに対処すること。ここでの問題は、報酬を最大化するために合理的なマイナーが重い取引の検証を飛ばす可能性があること。
• 高価な暗号的証明に依存せずに、外部委託されたタスクにおける正しい計算を保証するシステムを設計すること。
• 分散型ネットワークにおけるプローバーとチャレンジャーの両者に対して誠実な行動を促す経済的メカニズムを作成すること。
• プローバーとチャレンジャーの間のゲーム理論的相互作用を通じて、計算解決策の正しいかつ効率的な検証を可能にすること。
• 妥当な経済的仮定の下で、正しい解決策が高確率で選ばれ、誤った解決策が却下されることを示すこと。

提案手法

• プローバーが解決策を提出し、チャレンジャーがインタラクティブな挑戦を通じてそれを反証しようとする検証ゲームが導入される。
• 各挑戦は預け金を伴い、ネットワークは預け金の大きさに基づいて挑戦を優先順位付けして信頼性の高い挑戦を優先する。
• ネットワークは解決策-挑戦ペアの辞書的順序リストを維持し、順番に処理を行い、敗者は自分の預け金を勝者およびタスク提供者に没収される。
• 預け金は勝者とタスク提供者で50/50に分配され、敗者は今後の参加から除外される。
• プロトコルはイーサリアムのスマートコントラクトを用いて罰則と報酬を強制し、ゲームの信頼できない実行を保証する。
• システムは、正しい解決策がすべての挑戦を生き残し、誤った解決策は合理的なチャレンジャーによって検出・却下されることを設計している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高価な暗号的証明に依存せずに、合理的な参加者が分散型ネットワークにおいて外部委託計算を正しく検証するようにインcentivizeできるか？
• RQ2 検証が高コストであり、マイナーが合理的である場合、ブロックチェーンシステムにおける検証者ジレンマはどのように解決できるか？
• RQ3 プローバーが正しい解決策を提出するインセンティブを持つ条件と、チャレンジャーが誤りを検出するインセンティブを持つ条件は何か？
• RQ4 ゲーム理論的メカニズムによって、合理的な敵対者存在下でも正しい解決策のみが選ばれるようにできるか？
• RQ5 時間、コスト、預け金の大きさに関するどのような条件が、正しい解決策が競争に勝利することを保証するか？

主な発見

• 提示された条件下で、十分な計算能力を持つプローバーは正しい解決策を提出し、報奨金を得るインセンティブを持つ。
• チャレンジャーは誤った解決策を検出し、挑戦することで利益を得るインセンティブを持つが、失敗した場合は自分の預け金を失う。
• タスク提供者が十分な時間と報奨金を割り当てていれば、プロトコルは正しい解決策が検証ゲームを生き残ることを保証する。
• 誤った提出を抑えるために、予想される計算コストおよびネットワークコストの4倍以上の預け金が必要であり、信頼性のある挑戦を確保する。
• システムは、最初の正しい解決策（辞書的順序で最初のもの）が報奨金を獲得し、すべての生存参加者が自分の預け金を回収できることを保証する。
• プロトコルは、経済的インセンティブとゲーム理論的検証に依存することで、最小限の暗号的オーバーヘッドで証明可能な正しい計算を達成する。