[論文レビュー] Sidechains: Decoupled Consensus Between Chains

Alberto Garoffolo, Robert Viglione|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2018

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、Horizen向けに、メインチェーンノードがサイドチェーンを追跡する必要がない安全で分散型のクロスチェーン送金を可能にする、画期的なサイドチェーンアーキテクチャを提案している。『証明者（certifiers）』と呼ばれる、プルーフ・オブ・ステークに基づくグループが、バックワード送金のためのクロスレジスタ証明書を発行・検証する。不正行為の検出は預託金に基づく罰則メカニズムによって保証され、信頼なしでスケーラブルにサイドチェーンを展開可能であり、メインチェーンのオーバーヘッドは最小限に抑えられる。

ABSTRACT

We propose a novel sidechain construction tailored to be compatible with the Horizen blockchain and designed for conducting secure and decentralized cross-chain transfers without requiring the mainchain nodes to track sidechains to verify them. The proposed scheme can also be adopted for other similar blockchain systems. We show that our cross-ledger transfer mechanism is secure under certain plausible assumptions.

研究の動機と目的

• Horizenのようなモノリシックブロックチェーンにおけるスケーラビリティと拡張性の制限を解消し、メインチェーンのコンSENSUSを変更せずに機能豊富なサイドチェーンを可能にすること。
• クロスチェーン送金に中央集権的なバリデーターやマイナーに依存することを排除し、信頼仮定を低減すること。
• メインチェーンノードがサイドチェーンの完全な状態を追跡するのではなく、証明者セットと残高のみを追跡すればよい、サイドチェーンメカニズムの設計。
• 経済的インcentiveと不正検出を備えた証明者グループによる、安全で分散型のバックワード送金の実現。
• カスタマイズ可能なパラメータを備えた、標準的で組み合わせ可能なフレームワークを提供し、複数のサイドチェーンを展開可能にする。

提案手法

• 新しいサイドチェーンを一意のID、開始ブロック、エポックパラメータで登録するメインチェーン上でのサイドチェーン作成トランザクションを導入。
• 準備フェーズと認証フェーズを備えた、出金エポックを定義。証明者が資金出金のためのクロスレジスタ証明書（CCCert）に署名する。
• プルーフ・オブ・ステークに基づく証明者グループを採用：各証明者は預け入れを行い、その集団署名が出金用のCCertを形成する。
• 不正行為が報告可能で、証明者の預け入れが差し押さえられる「議論期間（dispute_len）」を設け、不正なCCertが発覚した場合に処罰を実施。
• 決定論的な不正検出メカニズムを実装：証明者が不正な証明書に署名した場合、後続のエポックで報告され、罰則が科される。
• フォワード送金（メインチェーンからサイドチェーン）にはSPV証明を、バックワード送金には証明者署名と不正報告メカニズムを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メインチェーンノードがサイドチェーンの状態を検証または追跡する必要がない状況で、バックワードクロスチェーン送金をどのようにして安全に保証できるか？
• RQ2 証明者が不正に資金を出金しても経済的損失を被らない仕組みは何か？
• RQ3 合理的行動の仮定の下で、証明可能なセキュリティを備えた、マイナーに依存しない分散型のクロスチェーン送金システムを設計可能か？
• RQ4 複数のチェーンにわたるサイドチェーン展開を、メインチェーンのオーバーヘッドを最小限に抑えつつ、どのように標準化・組み合わせ可能にするか？
• RQ5 セキュリティ、速度、効率の間にはどのようなトレードオフがあり、これらはどのように設定可能なパラメータによって調整可能か？

主な発見

• 多数の証明者が誠実であるという仮定の下で、証明者同士が共謀しても、預け入れの没収により純損失が生じるため、バックワード送金プロトコルは安全である。
• 不正検出は決定論的かつメインチェーン上で検証可能であり、議論メカニズムにより不正な証明者を適切に処罰できる。
• メインチェーンノードは、現在の証明者セットと各サイドチェーンの残高のみを追跡すればよく、サイドチェーンの完全な状態は追跡しないため、大幅にオーバーヘッドが削減される。
• 本システムは、エポック長、最小送金額、議論ウィンドウなど、カスタマイズ可能なパラメータを備えた複数のサイドチェーンを同時にサポートする。
• 中央集権的なバリデーターやマイナーがクロスチェーン送金を監視する必要がないため、信頼なしで分散型のサイドチェーン展開が可能である。
• 経済的インcentiveモデルにより、不正行為のコストが利益を上回るため、証明者は不正を働く動機を持たない。