[論文レビュー] Properties of Decentralized Consensus Technology - Why not every Blockchain is a Blockchain

Christopher Ehmke, Florian Blum+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 96被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ブロックチェーン技術とは異なり、ブロックチェーンに類似したシステムのより広範かつ正確なカテゴリーとして「分散型コンセンサス技術」（DCT）を提唱する。DCTは、ブロックチェーン技術がDCTの一つの実装に過ぎないことを明確にし、すべてのシステムが分散型、信頼不要、最終的コンセンサスといったコア基準を満たすわけではないと主張する。また、スケーラビリティ、承認時間、プライバシーといったユースケース固有の特性に基づいてシステムを分類するフレームワークを提示する。

ABSTRACT

Research in the field of blockchain technology and applications is increasing at a fast pace. Although the Bitcoin whitepaper by Nakamoto is already ten years old, the field can still be seen as immature and at an early stage. Current research in this area is lacking a commonly shared knowledge and consensus about terms used to describe the technology and its properties. At the same time this research is challenging fundamental aspects of the Bitcoin core concept. It has to be questioned whether all of these new approaches still adequately could be described as blockchain technology. We propose to use the term Decentralized Consensus Technology as a general category instead. Decentralized Consensus Technology consists of decentralized ledger and non-ledger technologies. Blockchain technology in turn is only one of multiple implementations of the Decentralized Ledger Technology. Furthermore, we identified three main characteristics of Decentralized Consensus Technology: decentralization, trustlessness and ability to eventually reach consensus. Depending on the use case of the specific implementation the following additional properties have to be considered: privacy, participation incentive, irreversibility and immutability, operation purpose, confirmation time, transaction costs, ability to externalize transactions and computations and scalability possibilities.

研究の動機と目的

• 学術的および産業的分野におけるブロックチェーンシステムの定義に合意が得られていないという問題に対処すること。
• すべてのシステムが「ブロックチェーン」としてラベル付けされているが、実際には分散型、信頼不要、最終的コンセンサスといった必須基準を満たさないため、語義の混乱を引き起こしていると主張すること。
• ブロックチェーンに類似したシステムの包括的かつ正確な上位カテゴリとして「分散型コンセンサス技術」（DCT）を提唱すること。
• DCTの実装同士を区別するためのコア特性およびユースケース固有の特性を特定すること。
• 技術的および運用的特性に基づいて分散型システムを体系的に分類・評価するフレームワークを提供すること。

提案手法

• 新しい分類法を提案：分散型コンセンサス技術（DCT）を、分散型レジストリおよび非レジストリ技術を含む一般カテゴリとして位置づける。
• DCTの3つのコア特性を定義：分散型、信頼不要、最終的コンセンサス。
• ユースケース固有の特性を8つ特定：プライバシー、参加インcentive、不可逆性、不変性、運用目的、承認時間、取引コスト、外部計算の外部化能力。
• ビットコインのホワイトペーパーをベースラインとして採用し、コア原則を導出し、それらの原則を変更または削除する現代のシステムと対比する。
• 比較分析を用いて、Tangle や Hashgraph といった新しいシステムが、従来のブロックチェーン設計と構造的・特性的にどのように異なるかを示す。
• 「ブロックチェーン」という用語は、すべてのコアDCT特性を満たすシステムに限定すべきであり、それ以外のシステムは適切な修飾語を付けてDCTに分類すべきだと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンシステムと見なされるために、システムが満たすべきコア特性は何か？
• RQ2 現在の『ブロックチェーン』という用語の使用が、多くの現代の分散型システムに対して誤解を招いているのはなぜか？
• RQ3 分散型コンセンサス技術（DCT）としての広範なカテゴリーを定義するための本質的特性は何か？
• RQ4 承認時間、スケーラビリティ、プライバシーといったユースケース固有の特性において、DCTの異なる実装はどのように異なるか？
• RQ5 元のブロックチェーンモデルとは異なるが、依然として分散型コンセンサスに依存するシステムを正確に記述するには、どのような用語を使用すべきか？

主な発見

• 『ブロックチェーン』という用語は、分散型、信頼不要、最終的コンセンサスといったコア基準を満たさないシステムに対してもしばしば誤って適用されている。
• すべてのシステムがブロックとチェーンを使用しているからといって、それがブロックチェーンシステムであるとは限らない。Tangle や Hashgraph のようなシステムは、異なるデータ構造とコンセンサスメカニズムを採用している。
• 分散型コンセンサス技術（DCT）は、レジストリおよび非レジストリの両方を含む、分散型コンセンサスに依存するすべてのシステムを包括的に表すより正確で包括的な上位用語として提唱される。
• DCTのコア特性は、分散型、信頼不要、最終的にコンセンサスに到達できる能力であり、これらはすべての実装において基盤的である。
• 承認時間、取引コスト、スケーラビリティ、プライバシーといったユースケース固有の特性は顕著に異なり、コアDCT特性とは独立して評価されるべきである。
• 本論文は、NIST や ISO などの既存の基準団体が、ビットコインに類似したシステムに限定して焦点を当てており、DCTイノベーションの広範なスケールをカバーしていないと指摘している。