[論文レビュー] Priority Mechanism of Bitcoin and Its Effect on Transaction-Confirmation Process.

Shoji Kasahara, Jun Kawahara|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2016

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 11被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、ビットコインの取引優先メカニズムをバッチサービス優先キューイングシステムとしてモデル化し、低手数料・低送金額の取引が長時間にわたり承認遅延を受ける理由を分析している。キューイング理論を用いて、マイクロトランザクション需要の増加が承認遅延を増大させること、またブロックサイズ制限が特に低優先度取引に悪影響を及やすことの定量的証明を行っている。

ABSTRACT

In Bitcoin system, transactions are prioritized according to attributes such as the remittance amount and transaction fees, and transactions with low priority are likely to wait for confirmation. Because the demand of micro payment in Bitcoin is expected to increase due to low remittance cost, it is important to quantitatively investigate how the priority mechanism of Bitcoin affects the transaction-confirmation time. In this paper, we analyze the transaction-confirmation time by queueing theory. We model the transaction priority mechanism of Bitcoin as a priority queueing system with batch service, deriving the mean transaction-confirmation time. Numerical examples show how the demand of transactions of low remittance amount affects the transaction-confirmation time. We also consider the effect of the maximum block size on the transaction-confirmation time.

研究の動機と目的

• ビットコインの優先メカニズムが、とりわけマイクロトランザクション需要の増加下で取引承認時間に与える影響を理解すること。
• 現実の動的要因を捉えるために、バッチサービスを伴う優先キューイングモデルとして取引処理システムをモデル化すること。
• ビットコインネットワークにおける低送金額取引の承認遅延に与える影響を定量化すること。
• さまざまな負荷状態下での最大ブロックサイズが取引承認時間に与える影響を評価すること。

提案手法

• ブロックが取引のバッチを表すとして、ビットコイン取引キューをバッチサービス付き優先キューイングシステムとしてモデル化すること。
• キューイング理論を適用し、異なる優先度クラスにおける平均取引承認時間を導出すること。
• キューイングモデル内の優先度割り当てに、送金額や手数料といった取引属性を組み込むこと。
• さまざまな取引需要分布の変化が承認時間に与える影響をシミュレートするための数値例を用いること。
• 最大ブロックサイズがシステムパフォーマンスおよび承認遅延に与える影響を分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビットコインの優先メカニズムは、低手数料・低送金額取引の承認時間にどのように影響するか？
• RQ2 マイクロトランザクション需要の増加は、平均取引承認時間にどのような影響を及えるか？
• RQ3 最大ブロックサイズは取引処理をどのように制限し、承認遅延に影響を与えるか？
• RQ4 手数料および送金額に基づく取引優先度レベルは、ビットコインにおけるキューイング行動にどの程度の影響を及えるか？

主な発見

• 低送金額取引は、キューイングシステム内での優先度が低いため、著しく長い承認遅延を経験する。
• マイクロトランザクション需要の増加に伴い、平均承認時間が著しく上昇し、特に低優先度取引に顕著である。
• 最大ブロックサイズは、承認遅延に直接的かつ測定可能な影響を及ぼしており、小さなブロックは高負荷下で遅延を悪化させる。
• ビットコインブロックのバッチサービス特性が、優先度差の影響を拡大させ、高優先度取引が低優先度取引に対して相対的に速やかに承認されることを促進している。