[論文レビュー] Mind the Gap: Trade-Offs between Distributed Ledger Technology Characteristics

Niclas Kannengießer, Sebastian Lins+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2019

Peer-to-Peer Network Technologies参考文献 119被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、分散型台帳技術（DLT）の主な特性、たとえばスケーラビリティ、セキュリティ、分散性の間の重要なトレードオフを特定し、分析している。既存のDLTアーキテクチャのレビューと代表的なパターンの提案を通じて、アプリケーション固有の品質要件に基づいて適切なDLTを選択するための意思決定フレームワークを提供し、ピアツーピアアプリケーション開発における情報に基づいたアーキテクチャ選定を可能にする。

ABSTRACT

When developing peer-to-peer applications on Distributed Ledger Technology (DLT), a crucial decision is the selection of a suitable DLT design (e.g., Ethereum) because it is hard to change the underlying DLT design post hoc. To facilitate the selection of suitable DLT designs, we review DLT characteristics and identify trade-offs between them. Furthermore, we assess how DLT designs account for these trade-offs and we develop archetypes for DLT designs that cater to specific quality requirements. The main purpose of our article is to introduce scientific and practical audiences to the intricacies of DLT designs and to support development of viable applications on DLT.

研究の動機と目的

• ピアツーピアアプリケーションに適したDLT設計を選定する課題に取り組むこと。これは、導入後の変更が困難であるためである。
• スケーラビリティ、セキュリティ、分散性といったDLTのコアな特性の間の本質的なトレードオフを特定し、分析すること。
• 既存のDLTアーキテクチャ（例：Ethereum）が、実際にはこれらのトレードオフをどのように扱っているかを評価すること。
• 高いスループットや強い最終性といった特定の品質要件に適合した、代表的なDLT設計パターンを開発すること。
• 学術的および実務的両方の対象者に対して、DLTの複雑さを理解し、情報に基づいた設計意思決定を行うのを支援すること。

提案手法

• スケーラビリティ、セキュリティ、分散性、最終性、一貫性といった主要な特性とその相互依存関係に焦点を当てたDLT特性の体系的レビュー。
• 許可ありおよび許可なしブロックチェーンを含む代表的なDLTの比較分析を通じたトレードオフパターンの同定。
• 主要な品質属性の優先順位やバランスの仕方に基づいてDLTアーキテクチャをアーキタイプに分類すること。
• DLTアーキテクチャをアプリケーション固有の要件にマッピングする概念的フレームワークの使用により、的確な選定を可能にすること。
• 公開されたシステム特性と設計原則を用いて、定義されたトレードオフ次元に基づき既存のDLTを実証的に評価すること。
• ACMソフトウェア工学およびセキュリティ分類基準の適用により、分析の構造化と検証を図ること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型台帳技術（DLT）のコアな特性の間には、どのような主なトレードオフが存在するか？
• RQ2 既存のDLTアーキテクチャ（例：Ethereum）は、スケーラビリティと分散性といった対立する要件をどのようにバランスさせているか？
• RQ3 現在のDLTアーキテクチャは、最終性や一貫性といった特定の品質属性をどの程度サポートしているか？
• RQ4 トレードオフの構成を分析する際、どのような代表的なDLT設計パターンが浮かび上がってくるか？
• RQ5 開発者は、アプリケーション固有の非機能的要件に基づいて、どのようにしてDLTを体系的に選定できるか？

主な発見

• 分散性とスケーラビリティの間に明確なトレードオフが存在し、分散性が高くなるとトランザクションスループットが低下する傾向がある。
• 許可型DLTではセキュリティと最終性が優先されるが、その代わりに分散性が低下する。
• Ethereumのような許可なしブロックチェーンは分散性とセキュリティを優先するが、スケーラビリティと最終性に制限を受ける。
• 高スループット型、低レイテンシ型、最終性重視型といった代表的なDLTアーキテクチャが、特定のアプリケーション分野における実用的解決策として浮き彫りになる。
• 本研究では、1つのDLTアーキテクチャがすべての品質属性を最適に満たすことはないことが明らかになり、意図的なトレードオフ意思決定の必要性が強調された。
• 既存のDLTは、トレードオフの意思決定を明示的に文書化しているケースが少なく、体系的な分析なしでは情報に基づいた選定が困難であることが判明した。