[論文レビュー] Towards a Smart Contract Verification Framework in Coq.

Danil Annenkov, Bas Spitters|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2019

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、関数型スマートコントラクト言語の深さ埋め込みと浅さ埋め込みを組み合わせ、メタプログラミングを用いたCoqベースの検証フレームワークを提示している。これにより、メタ理論的考察と具体的なコントラクトの両方について形式的推論が可能になる。2つの埋め込みを結ぶ健全性定理を確立し、Oak言語におけるクラウドファンディングコントラクトの検証によって本手法の有効性を示している。

ABSTRACT

We propose a novel way of embedding functional smart contract languages into the Coq proof assistant using meta-programming techniques. Our framework allows for developing the meta-theory of smart contract languages using the deep embedding and provides a convenient way for reasoning about concrete contracts using the shallow embedding. The proposed approach allows to make a connection between the two embeddings in a form of a soundness theorem. As an instance of our approach we develop an embedding of the Oak smart contract language in Coq and verify several important properties of a crowdfunding contract. The developed techniques are applicable to all functional smart contract languages.

研究の動機と目的

• Coq内での関数型スマートコントラクト言語の統合的正式検証フレームワークの開発を目的とする。
• 埋め込み技術を用いてメタ理論的推論と具体的なコントラクト検証のギャップを埋めることを目的とする。
• 深さ埋め込みと浅さ埋め込みの間の接続を通じて、機械検証可能な正確な証明を可能にし、スマートコントラクトの性質を正当に証明することを目的とする。
• 任意の関数型スマートコントラクト言語に適用可能な再利用可能な手法を提供することを目的とする。

提案手法

• Coqにおけるメタプログラミングを用いて、関数型スマートコントラクト言語の構文と意味論を、証明支援システムに深く埋め込む。
• 個々のスマートコントラクトに関する便利で高水準の推論を可能にするために、浅さ埋め込みを用いる。
• 深さ埋め込み（メタ理論）と浅さ埋め込み（具体的なコントラクト）を結ぶ健全性定理を形式的に定式化する。
• スマートコントラクトの行動的性質の形式的検証を可能にする、ドメイン固有言語をCoq内に定義する。
• Coqの依存型と帰納的ファミリーを活用して、埋め込みの型安全性と正しさを保証する。
• 本フレームワークを具体的なインスタンスとして、Oakスマートコントラクト言語に適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 証明支援システム内において、スマートコントラクト言語の深さ埋め込みと浅さ埋め込みを形式的にどのように結びつけることができるか？
• RQ2 Coqを用いた場合、スマートコントラクトの性質のスケーラブルでモジュラーな検証を可能にする技術は何か？
• RQ3 同一のフレームワークが、メタ理論的分析と具体的なコントラクト検証の両方をサポートできるか？
• RQ4 Coqにおけるメタプログラミングをどのように活用して、関数型スマートコントラクト言語を安全に埋め込むことができるか？
• RQ5 この統合的アプローチを用いることで、どのようなスマートコントラクトの性質を形式的に検証できるか？

主な発見

• 本フレームワークは、深さ埋め込みと浅さ埋め込みを結ぶ健全性定理を成功裏に確立し、メタ理論と具体的なコントラクト実行の整合性を保証した。
• 本手法により、Oak言語におけるクラウドファンディングコントラクトの形式的検証が可能となり、実用的応用性が実証された。
• Coqにおけるメタプログラミングの活用により、スマートコントラクト言語の意味論の安全でモジュラーな統合が可能になった。
• 本フレームワークは、Oakに限定されず、任意の関数型スマートコントラクト言語へ一般化可能である。
• 深さ埋め込みと浅さ埋め込みの組み合わせにより、高水準の推論と低水準の正しさの証明の両方が可能になった。