[論文レビュー] The Interblockchain Communication Protocol: An Overview

Christopher Goes|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 5被引用数 10

ひとこと要約

Interblockchain Communication Protocol (IBC) は、ボトムアップで接続指向のステートフル設計を採用することで、異種で自律的な分散台帳間の安全で信頼性が高く、認証された通信を可能にする。これは、グローバルな調整や固定トポロジーを必要とせず、ペイロードに依存しない非同期通信プリミティブを提供し、トークン送金、ガバナンス、分散型為替取引所といったユースケースにおけるクロスレジャー相互運用性を実現する。

ABSTRACT

The interblockchain communication protocol (IBC) is an end-to-end, connection-oriented, stateful protocol for reliable, ordered, and authenticated communication between modules on separate distributed ledgers. IBC is designed for interoperation between heterogenous ledgers arranged in an unknown, dynamic topology, operating with varied consensus algorithms and state machines. The protocol realises this by specifying the sufficient set of data structures, abstractions, and semantics of a communication protocol which once implemented by participating ledgers will allow them to safely communicate. IBC is payload-agnostic and provides a cross-ledger asynchronous communication primitive which can be used as a constituent building block by a wide variety of applications.

研究の動機と目的

• 異なるコンSENSUSメカニズムとステートマシンを備えた独立した自律的分散台帳間で、安全で信頼性が高く、認証された通信を実現すること。
• 中央集権的またはトップダウンのアーキテクチャ的強制を必要とせず、動的かつ未知のネットワークトポロジーにおいて相互運用性をサポートすること。
• 台帳が独立して進化しつつも、クロスレジャー通信の安全性と整合性を維持できること。
• 信頼できる第三者やグローバルな調整に依存せずに、ビザンチンフォールトを検出・緩和・隔離できること。
• より上位のマルチレジャー応用の基盤プリミティブとして使用可能な最小限で組み合わせ可能なプロトコル層を提供すること。

提案手法

• IBC は TCP/IP を模倣したボトムアップのアプローチを採用し、相互台帳通信に必要な最小限の関数とデータ構造を定義する。
• プロトコルはステートフルなチャネルを備えた接続指向モデルで動作し、台帳間の順序付けられた信頼性の高いパケット配信を保証する。
• コンセンサストランスクリプションおよびコミットメント証明の暗号的検証を用いて、クロスレジャー・メッセージの認証とデータ整合性を確保する。
• 順序付きおよび順序なしのパケット配信をサポートし、再送や再順序付け攻撃を防ぐためにシーケンスの追跡と検証を実施する。
• ライトクライントの検証を用いて、リモート台帳上のステート遷移を認証し、異種システム間で信頼を最小限に抑える。
• 台帳とは別に存在するパケットレレイヤーが、不正性証明および確認証明メカニズムを用いてメッセージ転送の正しさを保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるコンセンサスアルゴリズムとステートマシンを備えた異種分散台帳が、グローバルな調整を必要とせずに、信頼性が高く安全に通信できる方法は何か？
• RQ2 自律的台帳間で安全で認証され、順序付けられた通信を実現するために必要な最小限の関数と抽象化は何か？
• RQ3 信頼できる仲介者に依存せず、動的で分散型の台帳ネットワークにおいて、ビザンチンフォールトを検出・隔離・緩和する方法は何か？
• RQ4 クロスレジャー通信は、トークン送金、ガバナンス、分散型為替取引所といった多様なユースケースをどのようにサポートできるか？
• RQ5 固定されたネットワークトポロジーを強制せずに、複雑なマルチレジャー応用を可能にする、組み合わせ可能なボトムアップのプロトコル層を構築できるか？

主な発見

• IBC は、共通のバリデーターセットや仮想マシンを必要とせず、最小限の共有インターフェースのみで、独立した台帳間の安全で認証され、順序付けられた通信を実現する。
• プロトコルは順序付きおよび順序なしのパケット配信をサポートし、シーケンスの追跡と検証により信頼性を確保し、再送攻撃を防止する。
• ビザンチンフォールトは暗号的証明検証によって隔離され、グローバルな調整に依存せずに、不正または悪意あるステート遷移を検出可能である。
• プロトコルはペイロードに依存しないため、クロスレジャー・トークン送金、ガバナンス、アカウント委任、分散型為替取引所といった多様な応用に使用可能である。
• IBC は、プロトコル変更についてグローバルなコンセンサスを必要とせず、個々の台帳の安全で段階的なアップグレードを可能にし、システムのレジリエンスを向上させる。
• プロトコルの設計により、障害の隔離が可能である。1つの台帳が故障しても、他の台帳は継続して動作し、グローバルな停止や複雑なロールバックを回避できる。