[論文レビュー] Transwarp Conduit: Interoperable Blockchain Application Framework

Shidokht Hejazi-Sepehr, Ross Kitsis+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

Transwarp-Conduit (TWC) は、下位レベルのプロトコルを変更せずに、独立したブロックチェーン間で安全で相互運用可能なメッセージ送信を可能にするノタリー型フレームワークである。開発者は TWC compliant スマートコントラクトをデプロイし、TWC ノードを稼働させることで、時間的要因に基づく相互運用性を実現するが、中程度の中央集権化を犠牲にして、時間ロック型やリレーベースのシステムよりも信頼性と機能性を向上させている。

ABSTRACT

Transwarp-Conduit (TWC) is a protocol for message transfers between two smart-contract enabled blockchains. Furthermore, we specify an application framework (leveraging the TWC protocol) that enables developers to define arbitrarily complex cross-blockchain applications, simply by deploying framework-compliant smart contracts and hosting a TWC node (daemon process).The TWC protocol is implementable without additional effort on part of the base blockchain protocol.

研究の動機と目的

• 2018 年時点で 600 を超えるパブリックブロックチェーンが存在する中で、その相互運用性に関する課題を解決すること。
• 独立したブロックチェーン上の出来事の因果関係を確立することで、信頼できない交換やポータブルアセットのような分散型のクロスチェーンアプリケーションを可能にすること。
• セキュリティと信頼性を維持したまま、クロスチェーン開発を簡素化する汎用的かつ拡張可能なフレームワークを提供すること。
• 時間ロック型アトミックスワップやリレーメカニズムに対する実用的な代替手段を提供し、相互作用性、機能性、分散性のバランスを取ること。
• 鍵の分離と信頼モデルを用いて、システミックリスクを最小限に抑える安全でフェイルセーフなクロスチェーン通信モデルを定義すること。

提案手法

• TWC プロトコルは、複数署名のノタリー方式を用いて、別々のブロックチェーン上の取引間に因果関係を確立し、メッセージの完全性と最終性を保証する。
• 開発者は対象となるブロックチェーンに TWC 合致のスマートコントラクトをデプロイし、クロスチェーンメッセージをリレーや検証を行う TWC ノード（デーモン）を稼働させる。
• このフレームワークは、ブリッジと署名者（ノタリー）のセットに依存しており、これらが共同でメッセージを検証・署名することで、クロスチェーンの状態遷移に対する信頼性を確保する。
• 各 TWC ノードはローカルステートを維持し、各ブロックチェーンのアダプタと通信して、暗号的証明に基づきメッセージを検証およびリレーフェーズを実行する。
• システムは鍵の分離を強制する：コントラクトデプロイ、リレー、アダプタ操作にそれぞれ異なる鍵が使用され、侵害時に攻撃表面積を制限する。
• フレームワークは前向きおよび逆方向の因果関係をサポートしており、複雑な dApp ワークフローのための双方向通信を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 独立的かつ相互運用不能な 2 つのブロックチェーン上の取引間に、どのようにして信頼性の高い因果関係を確立できるか？
• RQ2 クロスチェーン通信において、時間ロック型、リレーベース、ノタリー方式の間には、どのようなアーキテクチャ上のトレードオフが存在するか？
• RQ3 ベースとなるブロックチェーンプロトコルを変更せずに、複雑なクロスチェーン dApp を実現できる汎用的かつ拡張可能なフレームワークを構築可能か？
• RQ4 ノタリー型クロスチェーンメッセージングシステムにおける中央集権化のセキュリティ的影響は何か？
• RQ5 マルチパーティの侵害リスクを低減しつつ、システムの可用性と正しさを維持するにはどうすればよいか？

主な発見

• TWC フレームワークは、プロトコルレベルの変更なしに、ノタリー型モデルを用いて独立したブロックチェーン間のメッセージ送信を可能にし、取引間に因果関係を確立する。
• システムは分散性と機能性の実用的トレードオフを実現しており、時間ロック型やリレーベースの手法よりも表現力と信頼性に優れている。
• 単一の TWC ノードや鍵が侵害されても、鍵の分離とモジュラー設計のおかげで、全体のシステムが破壊されない。攻撃表面積が制限される。
• しかし、ブリッジと署名者セットのマルチパーティ侵害は、正当な署名を伴う悪意ある取引を宛先チェーンに作成可能にする高影響リスクをもたらす。
• フレームワークは深いチェーン再組織化に対してもレジリエントであるが、そのようなイベントが発生した場合には、運用者が手動で対応する準備が必要である。
• 信頼できないクロスチェーン状態調整を可能にすることで、分散型取引所やポータブルアセットといった重要なユースケースを実現できる。