[論文レビュー] Performance and Cost Evaluation of Smart Contracts in Collaborative Health Care Environments

Roben Castagna Lunardi, Henry Cabral Nunes+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 21被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、Ethereumスマートコントラクトを用いて、ゲーム化とトークン報酬を通じて共同医療参加をインcentivizeするブロックチェーンベースのシステムTokenHealthを提案する。RopstenテストネットとプライベートEthereumインスタンスの両方で性能とコストを評価した結果、完全な予防接種サイクルの実行時間が1分未塔であり、パブリックEthereumに比べてプライベートデプロイメントでは著しく低いコストが得られた。

ABSTRACT

Blockchain emerged as a solution for data integrity, non-repudiation, and availability in different applications. Data sensitive scenarios, such as Health Care, can also benefit from these blockchain properties. Consequently, different research proposed the adoption of blockchain in Health Care applications. However, few are discussed about incentive methods to attract new users, as well as to motivate the system or application usage by existing end-users. Also, little is discussed about performance during code execution in blockchains. In order to tackle these issues, this work presents the preliminary evaluation of TokenHealth, an application for collaborative health practice monitoring with gamification and token-based incentives. The proposed solution is implemented through smart contracts using Solidity in the Ethereum blockchain. We evaluated the performance of both in Ropsten test network and in a Private instance. The preliminary results show that the execution of smart contracts takes less than a minute for a full cycle of different smart contracts. Also, we present a discussion about costs for using a Private instance and the public Ethereum main network.

研究の動機と目的

• 共同医療システムにおけるエンドユーザーの低利用率を是正するため、トークンベースのインcentiveとゲーム化を導入すること。
• Ethereum上で実際の健康モニタリングシナリオにおけるスマートコントラクトの性能を評価すること。
• 医療アプリケーションにおけるパブリックEthereumメインネットとプライベートEthereumインスタンスの間での財務コストを比較すること。
• ブロックチェーンを用いた安全で改ざん不能かつインcentive駆動の健康活動追跡の実現可能性を評価すること。

提案手法

• システムTokenHealthは、Ethereumブロックチェーン上でSolidityスマートコントラクトを用いて実装された。
• 性能評価はRopstenテストネットワークおよびGoogleクラウド上にホストされた2 vCPU、8GB RAM、80GBストレージを備えたプライベートEthereumインスタンスで実施された。
• 完全な予防接種サイクルをエミュレートし、Checkin、Vaccination Confirmation、およびCheckoutスマートコントラクトから構成された。
• 実行時間は10回の実行を繰り返し、性能分析には中央値が報告された。
• コスト分析では、2019年9月26日時点のイーサリアムレートを用いて、パブリックEthereumメインネット（ガスベース）とプライベートインスタンス（固定インfraコスト）を比較した。
• ブロックチェーンの特性、たとえば改ざん不能性、否認不能性、分散型実行を活用して、データの整合性と信頼性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 医療文脈において、パブリックテストネットワークとプライベートEthereumインスタンスの間でスマートコントラクトの実行時間にどのような差があるか？
• RQ2 パブリックEthereumとプライベートEthereumデプロイメントの両方において、健康監視のためのスマートコントラクトのデプロイおよび実行コストはどの程度か？
• RQ3 ゲーム化とトークンインcentiveは、共同医療システムにおけるユーザーの参加促進と継続的関与を効果的に促進できるか？
• RQ4 ネットワーク負荷やネットワーク不安定性（例：フォークの解決）は、パブリックテストネットワークにおけるスマートコントラクトの性能にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 完全な予防接種サイクル（3つのスマートコントラクトを含む）は、プライベートEthereumインスタンスで44,273.5ms（44.3秒）で実行された。
• Ropstenテストネットワークでは、同じサイクルに69,899.5ms（69.9秒）を要し、プライベートインスタンスと比較して57.8％の性能劣化が確認された。
• 新しいメンバーを追加するスマートコントラクトは、プライベートインスタンスで8,906msであったが、Ropstenでは69,533.5msで、性能差は680％に達した。
• プライベートインスタンスはRopstenと同等の性能を達成したが、コストは著しく低く、1,000回の完全な予防接種サイクルのコストはパブリックEthereumで123.75ドルに上昇し、スケーラブルな医療アプリケーションには不十分であると判明した。
• Ropstenの性能はメインネットと同等であり、パブリックネットワークの性能評価の代替として有効であることが示された。
• 本研究の結論として、高スケールの医療アプリケーションにおいてはプライベートEthereumインスタンスがコスト効率に優れており、パブリックEthereumはトランザクションごとに高い変動コストを伴うことが明らかになった。