[論文レビュー] Workflow Management on the Blockchain --- Implications and Recommendations

Jöerg Evermann, Henry Kim|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2019

Business Process Modeling and Analysis参考文献 39被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、標準化されたインターフェースを介して、従来のスマートコントラクト非依存のワークフローエンジンをブロックチェーンインfra構造と統合するブロックチェーンベースのワークフロー管理システム（WfMS）を提案している。2つのプロトタイプを通じて実現可能性を示しており、主な貢献は、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスに起因するブロックチェーン固有の課題を特定し、非同期処理、不変性、ユーザインターフェースの問題に対して実用的な対策を提示していることである。

ABSTRACT

Blockchain technology, originally popularized by cryptocurrencies, has been proposed as an infrastructure technology with applications in many areas of business management. Blockchains provide an immutable record of transactions, which makes them useful in situations where business actors may not fully trust each other. The distributed nature of blockchains makes them particularly suitable for inter-organizational e-Business applications. In this paper we examine the use of blockchains for executing inter-organizational workflows. We discuss architectural options and describe prototype implementations of blockchain-based workflow management systems (WfMS), highlighting differences to traditional WfMS. Our main contribution is the identification of potential problems raised by blockchain infrastructure and recommendations to address them.

研究の動機と目的

• ブロックチェーンインfra構造上で、標準的でスマートコントラクト非依存のワークフローエンジンを、相互運用的ワークフローに効果的に展開できるかを検討すること。
• ブロックチェーンのプルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスメカニズムに起因する、ワークフロー実行におけるアーキテクチャ的および運用的課題を特定すること。
• ワークフローエンジンとブロックチェーンシステムの間で、言語に依存しない汎用的なインターフェースを設計し、モジュラー統合を可能にすること。
• ブロックチェーンベースのWfMSにおける使いやすさ、パフォーマンス、障害耐性を向上させるための実用的提言を提供すること。
• スマートコントラクトはブロックチェーンベースのWfMSの前提条件ではないことを示し、既存のWfMSの採用に向けた代替的アーキテクチャ的道筋を提示すること。

提案手法

• ブロックチェーンが取引の不変性とコンセンサスを処理する一方で、従来のWfMSエンジンがワークフロー論理と状態遷移を管理する、分離型アーキテクチャを設計すること。
• ワークフローディスクリプション言語に依存しない、標準化されたインターフェースを用いて、ワークフロー状態とアクティビティをブロックチェーン取引にマッピングする2つの研究用プロトタイプを実装すること。
• プロトタイプ実装を用いて、ブロックチェーンの遅延と確定性がワークフロー実行とユーザーエクスペリエンスに与える影響を評価すること。
• 分散型およびレプリケート型WfMSの原則を応用し、従来のシステムをブロックチェーンの分散型で障害に強いモデルに適合させること。
• 1:1およびn:mのブロックチェーンノードとワークフローエンジンのマッピングを含む、アーキテクチャ的選択肢を評価し、スケーラビリティと展開の柔軟性を検討すること。
• 取引のロールバックに対処し、ブロックチェーンの遅延に起因するユーザーエクスペリエンスの劣化を緩和するため、予測実行および補償ワークフローのメカニズムを提案すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来のスマートコントラクト非依存のワークフローエンジンは、ブロックチェーンインフラ構造と相互運用的ワークフローに効果的に統合可能か？
• RQ2 プルーフ・オブ・ワーク（PoW）コンセンサスが、ブロックチェーンベースのWfMSにもたらす主なパフォーマンスおよび使いやすさの課題は何か？
• RQ3 不変性、確定性、遅延といったブロックチェーン固有の性質を明確に伝えるために、ユーザーフレンドリーなインターフェースはどのように設計すべきか？
• RQ4 ブロックチェーンベースのWfMSにおいて、スケーラビリティ、障害耐性、拡張性を最適にサポートするアーキテクチャパターンは何か？
• RQ5 YAWLなどの既存のWfMSは、スマートコントラクト言語への完全な再実装を経ずに、ブロックチェーンに適応可能か、その程度はどの程度か？

主な発見

• スマートコントラクトに依存せず、コンponents間の標準化されたインターフェースを用いることで、汎用的かつ標準的なワークフローエンジンをブロックチェーンインフラ上に実装することが可能である。
• プルーフ・オブ・ワーク（PoW）ブロックチェーンは、ワークフロー実行に顕著な遅延と確定遅延をもたらし、これに対応するための新しいユーザインターフェースおよびインタラクションパターンの設計が不可欠である。
• ブロックチェーン取引の不変性と暗号的整合性は、特に敵対的関係にある当事者間の相互運用的ワークフローにおいて、信頼性を高める。
• 補償アクティビティやワークフロー断片の使用により、ブロックチェーン環境下での失敗または遅延した取引の影響を軽減できる。
• アーキテクチャの柔軟性、特にブロックチェーンノードとワークフローエンジンのn:mマッピングをサポートすることで、スケーラビリティと展開オプションが向上する。
• ユーザ教育とインターフェース設計は、取引の確定性や不可逆的状態変更といったブロックチェーン固有の挙動を理解する必要があるため、重要な課題である。