[論文レビュー] The DCS Theorem.

Greg Slepak, Anya Petrova|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、確率論的証明を用いてDCS定理を提示し、分散型コンセンサスシステムが同時に分散性、コンセンサス、拡張性を達成できないことを示している。DCS三角法則のトレードオフを形式化し、その制約を回避する2つの実用的手法を提案することで、ブロックチェーンのスケーラビリティ制限を理解するための厳密な基盤を提供する。

ABSTRACT

Blockchain design involves many tradeoffs, and much debate has focused on tradeoffs related to scaling parameters such as blocksize. To address some of the confusion around this subject, we present a probability proof of the DCS Triangle. We use the triangle to show decentralized consensus systems, like blockchains, can have Decentralization, Consensus, or Scale, but not all three properties simultaneously. We then describe two methods for getting around the limitations suggested by the triangle.

研究の動機と目的

• ブロックチェーン設計におけるブロックサイズなどのスケーリングパラメータのトレードオフに関する混乱を解消すること。
• 確率論を用いてDCS三角法則を形式的に証明し、分散型システムにおいて分散性、コンセンサス、スケーリングが互いに排他的であることを確立すること。
• DCS三角法則が課す制限を回避するための実用的な方法を同定し、記述すること。
• ブロックチェーンシステム設計における本質的制約を明確にする理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 分散性、コンセンサス、スケーリングの3つの特性を同時に達成する可能性を分析するため、DCS三角法則を確率的制約系として形式化すること。
• 確率論を用いてブロックチェーンプロトコルにおける分散性、コンセンサス、スケーリングの相互作用をモデル化すること。
• さまざまなシステム構成下での、3つの特性を同時に達成可能な範囲の数学的上限を導出すること。
• レイヤードアーキテクチャとステートチャネルネットワークの2つのアーキテクチャ的アプローチを提案し、DCS三角法則の制約を回避すること。
• 各手法の分散性、コンセンサスの安全性、システムスケールという観点でのトレードオフを分析すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散型コンセンサスシステムは、同時に分散性、コンセンサス、スケーリングを達成できるか？
• RQ2 ブロックチェーンシステムにおいて、3つの特性の共存を制限する確率的制約は何か？
• RQ3 確率論を用いてDCS三角法則を形式的に証明する方法は何か？
• RQ4 DCS三角法則の制限を回避するための実用的なアーキテクチャパターンは何か？
• RQ5 提案された回避策は、分散性、コンセンサス、スケーリングのバランスにどのように影響を与えるか？

主な発見

• DCS三角法則は確率論を用いて厳密に証明され、分散型システムにおいて分散性、コンセンサス、スケーリングの3つを同時に達成することは数学的に不可能であることが示された。
• ネットワーク遅延や悪意ある行動の現実的仮定のもとでは、3つの特性を同時に達成する確率はゼロに近づく。
• レイヤードブロックチェーンアーキテクチャは、コンセンサスをより小さな安全なレイヤーに隔離することで、スケーリングとコンセンサスを向上させつつ分散性を維持できる。
• ステートチャネルネットワークは、オンチェーンでの検証を通じて最終性と分散性を保ちながら、オフチェーンで高スケールの取引処理を可能にする。
• 提案された回避策は、強固なセキュリティと分散性の保証を維持しながら、システムのスケーラビリティを著しく向上させる。