[論文レビュー] Witnet: A Decentralized Oracle Network Protocol

Adán Sánchez de Pedro Crespo, Daniele Levi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Cryptography and Data Security参考文献 24被引用数 37

ひとこと要約

Witnetは、信頼性のない第三者に依存せずに、スマートコントラクトによる外部データの検証可能かつ信頼できる取得を可能にする分散型オラクルネットワーク（DON）を提案している。独自のRetrieve-Attest-Deliver（RAD）プロトコルを用い、評価に基づくウォッチドッグ選定、シャーディングされたタスク配分、ブロックチェーンベースのインcentivesを統合することで、データの完全性、スケーラビリティ、およびSybil攻撃やエクリプス攻撃に対する耐性を確保し、検閲に強いデジタル知識アーカイブの基盤を形成する。

ABSTRACT

Witnet is a decentralized oracle network (DON) that connects smart contracts to the outer world. Generally speaking, it allows any piece of software to retrieve the contents published at any web address at a certain point in time, with complete and verifiable proof of its integrity and without blindly trusting any third party. Witnet runs on a blockchain with a native protocol token (called Wit), which miners-called witnesses-earn by retrieving, attesting and delivering web contents for clients. On the other hand, clients spend Wit to pay witnesses for their Retrieve-Attest-Deliver (RAD) work. Witnesses also compete to mine blocks with considerable rewards, but Witnet mining power is proportional to their previous performance in terms of honesty and trustworthiness-this is, their reputation as witnesses. This creates a powerful incentive for witnesses to do their work honestly, protect their reputation and not to deceive the network. The Witnet protocol is designed to assign the RAD tasks to witnesses in a way that mitigates most attack vectors to the greatest extent. At the same time, it includes a novel 'sharding' feature that (1) guarantees the efficiency and scalability of the network, (2) keeps the price of RAD tasks within reasonable bounds and (3) gives clients the freedom to adjust certainty and price by letting them choose how many witnesses will work on their RAD tasks. When coupled with a Decentralized Storage Network (DSN), Witnet also gives us the possibility to build the Digital Knowledge Ark: a decentralized, immutable, censorship-resistant and eternal archive of humanity's most relevant digital data. A truth vault aimed to ensure that knowledge will remain democratic and verifiable forever and to prevent history from being written by the victors.

研究の動機と目的

• スマートコントラクトが外部データにアクセスする際の信頼の問題を解決し、検証可能で分散型のオラクルサービスを可能にすること。
• 改ざんやSybil攻撃を防ぐことができるスケーラブルで安全な分散型データ取得アーキテクチャを設計すること。
• ウォッチドッグのインcentiveを誠実な行動と長期的なネットワークの完全性に一致させるレピュテーションシステムを構築すること。
• 分散型ストレージネットワーク（DSN）との統合を通じて、恒久的かつ改ざんできないデジタル知識アーカイブの構築を可能にすること。
• クライアントがタスクごとのウォッチドッグ数を選択することで、信頼性とコストの最適なトレードオフを調整できるプロトコルを形式化すること。

提案手法

• システムは三段階のRAD（Retrieve-Attest-Deliver）プロトコルを用いる：クライアントがデータ取得リクエストを送信し、ウォッチドッグがデータを取得して証明し、結果がクライアントに配信される。
• ウォッチドッグは、時間経過とともに減少するデマージ関数を用いて計算されるレピュテーションに基づいて選定され、不誠実な行動に対してペナルティが科される。
• プロトコルは、RADタスクを複数のウォッチドッグに分散配分するシャーディングメカニズムを採用しており、スケーラビリティの向上と、信頼性とコストの調整を可能にしている。
• レピュテーションに基づくマイニングプロトコルにより、ブロックマイニングパワーが過去のパフォーマンスに比例するようになり、誠実な行動を促進し、共謀を抑制する。
• 外部プラットフォームとの統合には「ブリッジ」を用い、イーサリアム、DSN、Web APIを含む、クロスチェーンのデータフローを可能にしている。
• スマートコントラクトとMASTベースのスクリプティングにより、複雑な論理や条件分岐実行が可能となり、コーヴェンントやバンドルマクロを用いた安全な取引パターンの実装も可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 信頼できる第三者に依存せずに、スマートコントラクトが外部データを取得する際の完全性と検証可能性をどのように保証できるか？
• RQ2 セキュリティを維持しつつ、Sybil攻撃やエクリプス攻撃などの攻撃ベクトルを最小限に抑えるために、分散型オラクルネットワークをどのようにスケーリングできるか？
• RQ3 ウォッチドッグの信頼性を動的に反映させるとともに、長期にわたり改ざんされないようなレピュテーションシステムをどのように設計できるか？
• RQ4 分散型データ取得におけるコスト、信頼性、パフォーマンスの最適なトレードオフは何か？クライアントはそれをどのように制御できるか？
• RQ5 分散型ストレージネットワーク（DSN）をオラクルと統合することで、恒久的で検閲に強いデジタル知識のアーカイブをどのように実現できるか？

主な発見

• Witnetプロトコルは、任意のWebアドレスから完全な暗号的証明（完全性と可用性の両方）を伴って検証可能で信頼できるデータ取得を可能にしている。
• レピュテーションに基づくウォッチドッグ選定メカニズムにより、マイニングパワーとタスク割り当てが過去の誠実さに比例するようになり、共謀のリスクが顕著に低減される。
• RADタスクのシャーディングにより、クライアントがリクエストごとのウォッチドッグ数を調整可能となり、コストと信頼性のチューナブルなトレードオフが実現される。
• システムの設計は分散型ストレージネットワーク（DSN）との統合をサポートしており、恒久的かつ改ざんできないデジタル知識アーカイブの構築を可能にしている。
• レピュテーションにデマージ関数を導入することで、自然に時間とともに減少し、長期的なレピュテーションの蓄積を防ぎ、積極的な参加を促進する。
• 取引スクリプティングにおけるMASTとコーヴェンントの使用により、条件分岐実行や出力ロックを含む高度で安全なスマートコントラクトパターンの実装が可能になっている。