[論文レビュー] PDFS: Practical Data Feed Service for Smart Contracts

Juan Guarnizo, Paweł Szałachowski|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

PDFSは、TLSを変更せず、信頼できる第三者に依存せずに、スマートコントラクトが外部ソースから認証済みで容易にパース可能なデータを安全かつ効率的に取得できるアプリケーション層のデータフィードサービスです。コンテンツプロバイダーをブロックチェーンに直接接続する改ざん検知可能なデータ構造を監視するスマートコントラクトを通じて、PDFSはデータの真正性を保証し、二重解釈や検閲を防止し、コンテンツプロバイダーに新たな収益化モデルを提供します。

ABSTRACT

Smart contracts are a new paradigm that emerged with the rise of the blockchain technology. They allow untrusting parties to arrange agreements. These agreements are encoded as a programming language code and deployed on a blockchain platform, where all participants execute them and maintain their state. Smart contracts are promising since they are automated and decentralized, thus limiting the involvement of third trusted parties, and can contain monetary transfers. Due to these features, many people believe that smart contracts will revolutionize the way we think of distributed applications, information sharing, financial services, and infrastructures. To release the potential of smart contracts, it is necessary to connect the contracts with the outside world, such that they can understand and use information from other infrastructures. For instance, smart contracts would greatly benefit when they have access to web content. However, there are many challenges associated with realizing such a system, and despite the existence of many proposals, no solution is secure, provides easily-parsable data, introduces small overheads, and is easy to deploy. In this paper we propose PDFS, a practical system for data feeds that combines the advantages of the previous schemes and introduces new functionalities. PDFS extends content providers by including new features for data transparency and consistency validations. This combination provides multiple benefits like content which is easy to parse and efficient authenticity verification without breaking natural trust chains. PDFS keeps content providers auditable, mitigates their malicious activities (like data modification or censorship), and allows them to create a new business model. We show how PDFS is integrated with existing web services, report on a PDFS implementation and present results from conducted case studies and experiments.

研究の動機と目的

• 信頼できる第三者やTLSプロトコルの変更に依存しない、安全で効率的かつ容易にパース可能なスマートコントラクト向けデータフィードの不足を解消すること。
• ブロックチェーンベースの支払いを通じて、コンテンツプロバイダーが暗号的に真正なデータを公開し、監査可能でインcentivized（インcentivizedはそのままで）な状態を維持できる仕組みを提供すること。
• スマートコントラクトが監視する改ざん検知可能なデータ構造を用いて、コンテンツプロバイダーによる悪意ある行動（例：データの二重解釈、検閲）を防止すること。
• 高価な公開鍵演算や複雑なプロトコル変更を伴わずに、スマートコントラクトがデータ真正性を効率的に検証できる仕組みを提供すること。
• コンテンツプロバイダーがデータ検証に対して報酬を得られる新たなビジネスモデルを実現し、採用促進と持続可能性を高めること。

提案手法

• PDFSは、コンテンツプロバイダーに改ざん検知可能なデータ構造（TDS）を拡張し、データをブロックチェーンアドレスに束縛することで、検証可能で監査可能なデータ公開を可能にします。
• TDSはスマートコントラクトによって更新・監視され、データの一貫性を保証し、コンテンツプロバイダーが過去のデータを二重解釈したり変更したりすることを防ぎます。
• データは構造化された機械可読形式（例：JSON）で公開され、スマートコントラクトが追加の処理なしに容易にパースできるようにします。
• 認証はコンテンツプロバイダーによるデータバッチの暗号的署名により実現され、証明書はブロックチェーンに保存され、スマートコントラクトによる効率的検証が可能になります。
• ブロックチェーンベースのAPIにより、スマートコントラクトがコンテンツプロバイダーに直接クエリを送信でき、プロバイダーがリクエストをブロックしても、データへの公開アクセスが可能になります。
• ブロックチェーン取引をネイティブにサポートすることで、コンテンツプロバイダーがデータ検証に対して料金を徴収でき、持続可能なデータフィードエコシステムを実現します。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートコントラクトが信頼できる第三者やTLSプロトコルの変更に依存せずに、外部データフィードを安全に消費する方法は何か？
• RQ2 信頼性の新たな仮定を導入せずに、スマートコントラクトにデータ真正性と効率的かつ構造化されたパースを提供できるシステムを設計できるか？
• RQ3 コンテンツプロバイダーが真正なデータを公開するインcentive（インcentiveはそのままで）を与えつつ、二重解釈やクエリの検閲を防ぐにはどうすればよいか？
• RQ4 トランスポート層プロトコルの変更を要しないアプリケーション層で、認証済みデータフィードの実用的導入を可能にするアーキテクチャ的アプローチは何か？
• RQ5 信頼できるハードウェアや複雑な証明メカニズムに依存せず、ブロックチェーンで監視されるデータ構造が、データ改ざんを効果的に防止し、監査可能性を確保できるか？

主な発見

• PDFSは、TLSスタックの変更や信頼できるハードウェアを必要とせず、スマートコントラクトがデータ真正性を確保し、効率的に検証できる仕組みを提供し、導入障壁を低減します。
• ブロックチェーンで監視される改ざん検知可能なデータ構造（TDS）により、コンテンツプロバイダーによる二重解釈や検閲が防止され、データの一貫性と監査可能性が保証されます。
• データは機械可読形式（例：JSON）で構造化されており、スマートコントラクトが追加変換や処理オーバーヘッドなしに容易にパースできます。
• ネイティブなブロックチェーンベースの支払いをサポートすることで、コンテンツプロバイダーがデータフィードを収益化でき、持続可能な新たなビジネスモデルが実現します。
• PDFSはアプリケーション層での変更のみを要するため、プロトコルレベルの標準化や既存のTLSインfraストラクチャの変更を要せず、今日から導入可能です。
• TLS-N、Town Crier、TLSNotaryなどの先行システムと比較して、PDFSは高価な検証操作を回避し、信頼できるハードウェアやTLSスタックの変更を必要としません。