[논문 리뷰] A Predictable Incentive Mechanism for TrueBit

Julia Koch, Christian Reitwießner|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 29.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 TrueBit의 예측 가능한 인센티브 메커니즘을 제안하며, 확률적 강제 오류를 대체하여 결정적 소버 선택과 독립 실행 증명을 도입한다. 블로깅된 소버들 중에서 무작위로 다수의 소버를 선택하고, 상태 스크래치샷의 머클 증명을 제출함으로써 프로토콜은 검증 가능하고 균등하게 분배된 보상을 보장하며, 잭팟이나 토큰 세금이 필요 없게 되어 예측 가능성은 향상되고 사전적 인센티브에 대한 의존도는 감소한다.

ABSTRACT

TrueBit is a protocol that uses interactive verification to allow a resource-constrained computation environment like a blockchain to perform much larger computations than usual in a trusted way. As long as a single honest participant is present to verify the computation, an invalid computation cannot get accepted. In TrueBit, the presence of such a verifier is incentivised by randomly injected forced errors. Additionally, in order to counter sybil attacks, the reward for finding an error drops off exponentially with the number of challengers. The main drawback of this mechanism is that it makes it very hard to predict whether participation will be profitable or not. To even out the rewards, we propose to randomly select multiple solvers from a pool and evenly share the fees among them, while still allowing outside challengers. Furthermore, a proof of independent execution will make it harder to establish computation pools which share computation results.

연구 동기 및 목표

• 원래 TrueBit 프로토콜이 확률적 강제 오류와 지수 감소 보상에 의존함에 따라 보상의 예측 불가능성을 해결하기 위해.
• 원래의 네이티브 Truebit 토큰, 세금, 잭팟 메커니즘을 제거하기 위해 결정적이고 확장 가능한 인센티브 구조로 대체함으로써 이를 달성하기 위해.
• 비밀 보호된 상태 스크래치샷을 포함한 머클 트리로 독립 실행 증명을 요구하여, 소버 간의 공모나 결과 공유에 대한 저항력을 향상시키기 위해.
• 작업 제공자가 소버 수를 선택하여 각 작업에 대해 보안 수준을 맞춤 설정할 수 있도록 하여 검증 비용과 신뢰성 간의 세밀한 제어를 가능하게 하기 위해.
• 높은 변동성과 로또와 유사한 지급 방식이 아닌 안정적이고 예측 가능한 보상으로 정직한 검증을 위한 경제적 유인을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 각 계산 작업에 대해 블로깅된, 이용 가능한 참가자 풀에서 k ≥ 2명의 소버를 무작위로 선택한다.
• 각 소버가 상태 스크래치샷의 머클 트리를 생성하고 제출하도록 요구하며, 각 리프에 개인 비밀(H(s,p))을 통합하여 유일성을 확보한다.
• 블록체인에 저장되는 것은 솔루션 해시 H(s,p,y), 루트 r, 그리고 색인 (1 + r % n)에 위치한 리프로의 무작위 머클 증명 pr(r) 뿐이다.
• 외부 케이징러가 소버들의 작업을 검증할 수 있도록 하며, 케이징러 수가 증가함에 따라 보상이 지수 감소하도록 하여 시비 공격을 방지한다.
• 소버들이 의견을 다를 경우 검증 게임을 가능하게 하며, 블록체인은 머클 증명과 상태 스크래치샷을 사용하여 분쟁를 해결한다.
• 타임아웃 후 모든 소버가 자신의 개인 랜덤니스 H(s,p)를 제출하도록 요구하여 독립 실행의 검증을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TrueBit 원래 인센티브 메커니즘에서 보상의 예측 불가능성을 어떻게 완화하여 참가자 유인을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 결정적 소버 선택 및 독립 실행 증명 메커니즘이 보안에 영향을 주지 않으면서도 확률적 강제 오류를 대체할 수 있는가?
• RQ3 상태 스크래치샷의 머클 증명을 요구함으로써 소버 간의 공모나 결과 공유를 어느 정도 방지할 수 있는가?
• RQ4 제안된 메커니즘이 원래 프로토콜과 비교해 검증 풀을 구성하기 위한 경제적 유인에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 소버의 계산 비용 증가와 토큰 기반 인센티브 및 세금 메커니즘의 제거 사이의 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 프로토콜은 두 명의 소버인 경우 잘못된 솔루션이 수락될 확률이 최대 2.8%이며, 세 명의 소버인 경우 0.46% 미만으로 유지되어 원래 프로토콜과 동일하거나 이를 초월하는 보안 수준을 확보한다.
• 프로토콜은 강제 오류, 잭팟, 네이티브 토큰의 필요성을 제거하여 경제 모델을 단순화하고 참가자들에게 더 높은 예측 가능성을 제공한다.
• 비밀 보호된 상태 스크래치샷을 포함한 머클 트리로 독립 실행 증명을 요구함으로써 소버들이 결과를 공유하거나 공모 풀을 형성하는 것을 방지한다.
• 작업 제공자는 이제 각 작업에 대해 소버 수를 선택하여 보안 수준을 독립적으로 조정할 수 있으며, 전역 세율에 의존하지 않고 비용-보안 트레이드오프를 가능하게 한다.
• 높은 변동성과 로또와 유사한 보상에서 안정적이고 예측 가능한 수입으로 전환함으로써 '보험 풀' 형성 유인을 감소시킨다.
• 증명 생성으로 인한 소버 당 계산 비용이 증가하지만, 더 적은 검증자로도 동일한 가정 하에 원래 모델에서 6명의 검증자와 동일하거나 더 높은 보안을 달성할 수 있다. 예를 들어, 신규 모델에서 3명의 소버가 원래 모델의 6명의 검증자 수준의 보안을 달성한다.