[論文レビュー] The Universal Trust Machine: A survey on the Web3 path towards enabling long term digital cooperation through decentralised trust

Rohan Madhwal, Johan Pouwelse|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 4

ひとこと要約

本調査では、信頼性の高いレピュテーションシステムと分散型台帳技術（DLT）を統合することで、中央集権的な信頼中間者に依存しない、Web3における長期的なデジタル協力のための分散型「ユニバーサルトラストマシン」を提唱する。本調査は、間接的報酬、ブロックチェーンに類似したデータ構造（例：TrustChain）、およびプライバシー保護型DLTを用いることで、信頼性がありスケーラブルな、Sybil攻撃に強く、中央集権的制御なしで運用可能な、レジリientな分散型エコシステムが実現可能であることを示している。

ABSTRACT

Since the dawn of human civilization, trust has been the core challenge of social organization. Trust functions to reduce the effort spent in constantly monitoring others' actions in order to verify their assertions, thus facilitating cooperation by allowing groups to function with reduced complexity. To date, in modern societies, large scale trust is almost exclusively provided by large centralized institutions. Specifically in the case of the Internet, Big Tech companies maintain the largest Internet platforms where users can interact, transact and share information. Thus, they control who can interact and conduct transactions through their monopoly of online trust. However, as recent events have shown, allowing for-profit corporations to act as gatekeepers to the online world comes with a litany of problems. While so far ecosystems of trust on the Internet could only be feasibly created by large institutions, Web3 proponents have a vision of the Internet where trust is generated without centralised actors. They attempt to do so by creating an ecosystem of trust constructed using decentralised technology. This survey explores this elusive goal of Web3 to create a "Universal Trust Machine", which in a true decentralised paradigm would be owned by both nobody and everybody. In order to do so, we first motivate the decades-old problem of generating trust without an intermediary by discussing Robert Axelrod's research on the evolution of cooperation. Next, we present the challenges that would have to be overcome in order to enable long term cooperation. We proceed to present various reputation systems, all of which present promising techniques for encouraging trustworthy behaviour. Then, we discuss Distributed Ledger technologies whose secure transaction facilitating and privacy preserving techniques promise to be a good complement to the current limitations of vanilla reputation systems.

研究の動機と目的

• 中央集権的な機関に依存せずに分散型信頼を実現する方法を調査し、敵対的オンライン環境において大規模な協力を可能にするという、長年の課題に取り組む。
• 既存のレピュテーションシステムとDLTが、分散型ネットワークにおける長期的かつスケーラブルな協力の実現に及ぼす制限要因を分析する。
• レピュテーションメカニズムとDLT（例：TrustChain）を統合することで、Sybil攻撃や二重支出といった主な脅威をどのように克服できるかを評価する。
• 完全に分散型の信頼エコシステムの構築を妨げる社会的およびインfra構造的課題（インcentiveの整合性やルールの強制など）を特定し、それらに対処する。
• 中央集権的システムと同等の信頼性とパフォーマンスを備えつつも、分散性を維持する「ユニバーサルトラストマシン」を構築するための将来のロードマップを提言する。

提案手法

• 反復的囚人のジレンマ（Robert Axelrodのモデル）を基礎的モデルとして用い、分散型システムにおける協力の進化を促す。
• 間接的報酬に基づくレピュテーションシステム（NetFlowやSVMベースのモデルを含む）を分析し、分散型ネットワークにおける信頼性の評価を試みる。
• TrustChain—Sybil攻撃に強く、ブロックチェーンに類似したDLT—を評価する。この技術は最大フロー法と二重ブロック参照を用い、グローバルコンセンサスを必要とせず、改ざん防止性とスケーラビリティを確保する。
• DLTとレピュテーションシステムを統合することで、セキュリティとレジリエンスを強化し、ガスプロトコルベースのレプリケーションとローカルブロックチェーン保存を活用して、高スルーレートと低遅延を実現する。
• ネットワーク的報酬と機械学習（例：SVM）を組み合わせることで、構造的で均質でない社会的ネットワークにおける信頼予測の精度を向上させる。
• レピュテーション、DLT、明示的なルール設計を統合した包括的フレームワークを提言し、分散型信頼における社会的およびインfra構造的課題に対処する。

Figure 1: A typical payoff matrix of a 2 player prisoner’s dilemma [ 14 ]

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 参加者が敵対的行動を取る可能性がある分散型ネットワークにおいて、どのように長期的な協力を維持できるか？
• RQ2 中央集権的機関に匹敵する分散型信頼エコシステムを構築するにあたり、主なインfra構造的および社会的課題は何か？
• RQ3 間接的報酬に基づくレピュテーションシステムは、中央監視なしで、どの程度Sybil攻撃を防ぎ、信頼できる行動を促進できるか？
• RQ4 TrustChainのようなDLTは、従来のブロックチェーンと比較して、分散型信頼システムのセキュリティとスケーラビリティをどの程度向上させるか？
• RQ5 ネットワーク構造と機械学習は、分散型レピュテーションメカニズムの正確性とレジリエンスを向上させるために果たす役割は何か？

主な発見

• TrustChainは、最大フローに基づくレピュテーション計算と二重ブロック参照を用いることで、グローバルコンセンサスを必要とせず、改ざん防止性があり、ガスプロトコルでレプリケートされたブロックチェーンを実現し、Sybil攻撃に強く、高いスケーラビリティを達成する。
• TrustChainにネイティブトークンやバリデーターインセンティブが存在しない場合、イーサリアムのようなトークン化ブロックチェーンと比較して、長期的なネットワーク参加とセキュリティが低下する可能性がある。
• SVMおよびNetFlowに基づくレピュテーションシステムは、相互作用グラフ解析と組み合わせることで、分散型ネットワークにおける信頼できるノードの特定に有効であることが示された。
• 分散型台帳技術（DLT）は、改ざん防止性があり、改ざん不可な取引ログを提供することで、レピュテーションシステムを補完し、二重支出やデータ改ざんを防止する。
• ネットワーク的報酬（構造的ソーシャルネットワークにおける協力者クラスタの形成）は、局所的信頼伝播と組み合わせることで、協力の安定性を高めることができる。
• ユニバーサルトラストマシンは実際には達成されていないが、レピュテーションシステムとTrustChainのようなDLTの統合は、分散型でスケーラブルかつレジリエントなデジタル協力への実現可能性のある道筋を示している。

Figure 2: a) Centralised network b) Decentralised network c) Distributed network Cardinal architectural insight from Baran’s 1964 paper [ 20 ]