[論文レビュー] HyperService: Interoperability and Programmability Across Heterogeneous Blockchains

Zhuotao Liu, Yangxi Xiang+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 36被引用数 16

ひとこと要約

HyperServiceは、異種ブロックチェーン間で安全でプログラム可能なクロスチェーンアプリケーションを実現する画期的なブロックチェーン相互運用性プラットフォームです。高水準プログラミング言語（HSL）と汎用ブロックチェーン間プロトコル（UIP）を組み合わせることで、スマートコントラクト実行を統一し、35,000行のコードを用いた実験で1秒未塔のエンドツーエンド遅延と金融的アトミシティを達成しました。

ABSTRACT

Blockchain interoperability, which allows state transitions across different blockchain networks, is critical functionality to facilitate major blockchain adoption. Existing interoperability protocols mostly focus on atomic token exchange between blockchains. However, as blockchains have been upgraded from passive distributed ledgers into programmable state machines (thanks to smart contracts), the scope of blockchain interoperability goes beyond just token exchange. In this paper, we present HyperService, the first platform that delivers interoperability and programmability across heterogeneous blockchains. HyperService is powered by two innovative designs: (i) a developer-facing programming framework that allows developers to build cross-chain applications in a unified programming model; and (ii) a secure blockchain-facing cryptography protocol that provably realizes those applications on blockchains. We implement a prototype of HyperService in about 35,000 lines of code to demonstrate its practicality. Our experiment results show that HyperService imposes reasonable latency, in order of seconds, on the end-to-end execution of cross-chain applications

研究の動機と目的

• 単なるトークン交換を越えて、統一的で安全かつプログラム可能な相互運用性が欠如している異種ブロックチェーン間の課題を解決すること。
• 開発者がブロックチェーンの異種性を抽象化した統一されたプログラミングモデルを提供し、クロスチェーンdApp開発を容易にすること。
• アトミックかつ正しく実行可能な複雑なクロスチェーン操作を可能にする、安全で汎用的かつ暗号的に証明可能なプロトコル（UIP）を設計すること。
• 実際のブロックチェーン統合をサポートする完全に実装されたプロトタイプを通じて実用性を示すこと。
• ユニバーサルコンposable（UC）証明を用いて、受動的およびビザンチン不正行為の両モデル下でのセキュリティを保証すること。

提案手法

• クロスチェーンアプリケーションの状態をモデル化するためのブロックチェーンに依存しない抽象化である統一状態モデル（USM）を導入する。
• USMモデル下でクロスチェーンdAppを記述可能な高水準プログラミング言語HSLを開発し、HyperService実行可能形式にコンパイルする。
• 検証可能で正しい性質と金融的アトミシティを備えた暗号的に安全なプロトコルである汎用ブロックチェーン間プロトコル（UIP）を採用する。
• 受動的およびビザンチン不正行為の両モデル下でUIPのUCセキュリティを証明するためにハイブリッドシミュレーションフレームワークを用いる。
• 一貫性の確保と不正行動の検出に、マーチャルプローフとオフチェーンの認証を用いる。
• 分散型かつ信頼性のないメカニズムを通じて、デッドライン制約と事前条件を満たすトランザクションの安全な調整を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 開発者はどのように、低レベルの異種性を抽象化した統一的でブロックチェーンに依存しないプログラミングモデルを用いてクロスチェーンdAppを記述できるか？
• RQ2 多様なブロックチェーン間で、安全かつアトミックに複雑なクロスチェーン操作を実行するために必要な暗号プロトコルは何か？
• RQ3 ユニバーサルブロックチェーン間プロトコルは、実世界の展開においてセキュリティと効率性の両方を達成できるか？
• RQ4 複数の本番用ブロックチェーンにスケーリングした場合、システムの遅延とスループットはどの程度の性能を示すか？
• RQ5 ユニバーサルコンポジタビリティ（UC）フレームワーク下で、受動的およびビザンチン不正行為の両モデル下でもプロトコルは安全か？

主な発見

• プロトタイプ実装において、HyperServiceはクロスチェーンdAppのエンドツーエンド実行遅延を約1秒で達成した。
• アーキテクチャの見直しを伴わずに、追加の本番用ブロックチェーンの継続的統合を可能にするスケーラビリティを示した。
• UIPプロトコルは金融的アトミシティを確保しており、すべての当事者がトランザクションを正常に完了するか、失敗して財務的損失なしに中止される。
• 受動的およびビザンチン不正行為の両モデル下で、ユニバーサルコンポジタビリティ（UC）を用いた形式的証明がなされ、シミュレーションベースの証明により、実世界と理想世界の区別がつかないことが示された。
• プロトタイプ実装は約35,000行のコードで構成されており、システムの実用的妥当性が確認された。
• 本システムは、複数のブロックチェーンからのパラメータを伴うスマートコントラクト呼び出しを含む複雑なdApp操作をサポートしており、単なるトークン交換をはるかに超える。