[論文レビュー] On Congestion Control for Distributed Ledgers in Adversarial IoT Networks.

Andrew Cullen, Pietro Ferraro+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 26被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、悪意あるIoTネットワークにおける方向付き無環グラフ（DAG）ベースの分散台帳技術（DLT）向けに、分散型の混雑制御アルゴリズムを提案する。TCPおよびQoSの原則にインspiredされ、信頼できるフィードバックメカニズムに依存せず、ノードの不正行為や計算制約があっても、すべてのノードが同一の情報を受信することを保証する公平な取引配布を実現する。

ABSTRACT

Distributed Ledger Technologies (DLTs) (the agnostic term for blockchain) are a potential solution for many pressing issues arising in the Internet of Things (IoT) domain. These issues include facilitating secure transactions between IoT devices and immutably recording data. Most DLT architectures were not designed with IoT in mind and consequentially do not satisfy the requirements of many IoT applications. However, the relatively new class of Directed Acyclic Graph (DAG) based DLTs show great promise for IoT networks. These DLTs require the rate at which transactions are issued and disseminated to be explicitly managed in order to ensure fairness among users. We present a congestion control algorithm for these DLTs, which optimises dissemination rate and guarantees that all nodes receive the same information and have fair access even in a dishonest environment, subject to the computing limitations of nodes. Our algorithm takes inspiration from well-known areas of networking research, such as QoS, and TCP. However, an important distinction between the DLT setting and traditional networks is the unique nature of traffic in DLT networks and the fact that nodes cannot trust familiar feedback measurements, such as packet acknowledgements or congestion notifications. Our solution realises a decentralised congestion control algorithm for DLTs without the need for trust among nodes.

研究の動機と目的

• DAGベースのDLTにおける混雑制御の欠如を、IoT環境に特化した形で解消すること。
• 悪意ある状況下でも、すべてのノードが公平にアクセスでき、一貫性のある情報配布が保証されること。
• IoTデバイスの計算制限を考慮した、信頼性のない分散型アルゴリズムの設計。
• DLTネットワークにおけるパケットアドバンスメントのような信頼できるフィードバックメカニズムの欠如を克服すること。
• 悪意ある行動下でも、システムの公平性と一貫性を保ちながら、取引配布レートを最適化すること。

提案手法

• アルゴリズムは、TCPおよびQoSの原則を応用して、取引の発行および配布レートを制御する。
• 中央集権的または信頼できるフィードバックソースに依存しない分散型の動作を実現する。
• パケットアドバンスメントや明示的な通知がなくても、ローカルノードの状態とネットワーク挙動を用いて混雑レベルを推定する。
• 観察されたネットワーク負荷とノード参加状況に基づいて、動的に送信レートを調整することで公平性を確保する。
• IoTデバイスの計算制限を考慮した設計により、実用的な展開を可能にする。
• すべてのノードが最終的に同じ取引セットを受信することを保証し、悪意ある状況下でも一貫性を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できるフィードバックメカニズムに依存せずに、DAGベースのDLTにおける混雑制御を効果的に行うにはどうすればよいか？
• RQ2 信頼できないノードが存在する悪意あるIoTネットワークにおいて、どのようにして公平な取引配布を実現できるか？
• RQ3 IoTデバイスの計算制限を尊重しながら、分散型混雑制御をどのように設計できるか？
• RQ4 従来のネットワーキングから得られるどのような設計原則が、DLT特有のトラフィックパターンに適応できるか？
• RQ5 悪意あるまたは信頼できない行動があっても、すべてのノード間で一貫性と公平性を保証するにはどうすればよいか？

主な発見

• 提案されたアルゴリズムは、フィードバックメカニズムへの信頼を必要とせず、すべてのノードに公平に取引を配布する。
• 悪意ある状況下でも、すべてのノードが同じ取引セットを受信することを保証し、一貫性を維持する。
• IoTデバイスの計算制限内で効果的に動作し、実用的展開が可能である。
• TCPおよびQoSの原則を活用することで、DAGベースのDLT向けにスケーラブルかつ分散型の混雑制御メカニズムを提供する。
• パケットアドバンスメントや明示的な混雑通知に依存せず、公平性と一貫性を維持する。
• 不正なノードに対しても耐性があり、操作可能なフィードバックに依存しないためである。