[論文レビュー] Permissionless and Asynchronous Asset Transfer

Petr Kuznetsov, Yvonne-Anne Pignolet+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Distributed systems and fault tolerance参考文献 22被引用数 1

ひとこと要約

この論文では、従来のQuorumシステムを重み付きProof-of-Stakeメカニズムに置き換えることで、動的攻撃者に対して耐性があり、効率的で合意形成を必要としない資産移転プロトコルPastroを提示する。システムは構成と前向きに安全な署名を用い、どの有効な構成においても参加者のステークの1/3未満が改ざんされた場合でも、一貫性と安全性を保証する。

ABSTRACT

Most modern asset transfer systems use consensus to maintain a totally ordered chain of transactions. It was recently shown that consensus is not always necessary for implementing asset transfer. More efficient, asynchronous solutions can be built using reliable broadcast instead of consensus. This approach has been originally used in the closed (permissioned) setting. In this paper, we extend it to the open (permissionless) environment. We present Pastro, a permissionless and asynchronous asset-transfer implementation, in which quorum systems, traditionally used in reliable broadcast, are replaced with a weighted Proof-of-Stake mechanism. Pastro tolerates a dynamic adversary that is able to adaptively corrupt participants based on the assets owned by them.

研究の動機と目的

• 合意形成とそのパフォーマンスおよびエネルギーコストを回避する、許可なしの資産移転システムの設計。
• オープンネットワークにおけるSybil攻撃の課題に、静的Quorumの代わりにステーク重み付き検証を用いることで対処する。
• 動的攻撃者が参加者の現在のステークに基づいて適応的に改ざんする状況下でも、セキュリティと一貫性を保証すること。
• 同期的仮定、ランダム化、または信頼されたセットアップに依存せずに、活性性と安全性を維持すること。
• 構成ベースの整合化と前向きに安全な署名を用いて、効率的でスケーラブルな資産移転を実現すること。

提案手法

• 参加者が十分なステークを保有する検証者として機能する、ステーク重み付き証明書に従来のQuorumシステムを置き換える。
• 構成の概念を導入する — 一時的な順序付きの取引集合であり、有効な参加者とステーク分配を定義する。
• 参加者間の構成の相違するビューを統合するために、ラティス合意を用いる。
• 遅延した参加者を欺くのを防ぐために、前向きに安全なデジタル署名を用いる。
• 手数料とインフレーションのメカニズムを用いて取引検証を実装し、スパムを防ぎ、システムの持続可能性を維持する。
• 検証者が構成変更後にプライベートキーをアップグレードしなければならない一方向のキー更新メカニズムを実装し、前向きなセキュリティを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼されたセットアップなしに、合意形成を伴わず、許可なしで非同期な環境において資産移転を安全に実装できるか？
• RQ2 攻撃者が多数のアイデンティティを制御する可能性のあるSybilに強い環境で、Quorumベースの信頼性をどのように達成できるか？
• RQ3 攻撃者が参加者の現在のステークに基づいて適応的に改ざんする状況下で、一貫性とセキュリティを保証するメカニズムは何か？
• RQ4 古い構成を安全に廃止し、遅延した参加者に対するリプレイ攻撃を防ぐにはどうすればよいか？
• RQ5 スモールかつ効率的な検証者セットを維持しながら、システムのレジリエンスを保つためにどのような経済的インcentiveが必要か？

主な発見

• Pastroは、合意形成を必要とせず、エネルギー消費と遅延コストを削減することで、許可なしで非同期な環境において安全かつ効率的な資産移転を実現する。
• プロトコルは、どの有効な候補構成においても、ステークの1/3未満を制御する動的攻撃者に対して安全である。
• 前向きに安全な署名により、安全なキー更新が可能となり、古い構成が遅延した参加者を欺くのを防げる。
• 構成とラティス合意の使用により、非同期性や部分的なビューの下でも、参加者が一貫したシステム状態のビューに収束できる。
• 取引手数料やインフレーションといった実用的なメカニズムをサポートし、スパムを防ぎ、システムの持続可能性を維持できる。