[논문 리뷰] How to verify computation with a rational network

Sanjay Jain, Prateek Saxena외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 19.

Cryptography and Data Security참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 분산 네트워크에서 외주된 계산의 정확성을 보장하기 위해 이성적 인centив 및 검증 게임을 활용하는 경제적 프로토콜을 제안한다. 예치금과 보상 메커니즘을 통해 증명자들이 정확한 해결책을 제출하도록 유도하고, 도전자들이 오류를 탐지하도록 유도함으로써, 최소한의 암호학적 오버헤드로 증명 가능한 정확한 결과를 달성한다.

ABSTRACT

The present paper introduces a practical protocol for provably secure, outsourced computation. Our protocol minimizes overhead for verification by requiring solutions to withstand an interactive game between a prover and challenger. For optimization problems, the best or nearly best of all submitted solutions is expected to be accepted by this approach. Financial incentives and deposits are used in order to overcome the problem of fake participants.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 기반 계산에서 이성적 마이너가 보상을 극대화하기 위해 무거운 거래를 검증하는 것을 생략하는 '검증자 딜레마' 문제를 해결하기 위해.
• 비싼 암호학적 증명에 의존하지 않고도 외주된 작업에서 정확한 계산을 보장하는 시스템을 설계하기 위해.
• 분산 네트워크에서 증명자와 도전자 모두의 정직한 행동을 유도하는 경제적 메커니즘을 만들기 위해.
• 증명자와 도전자 간의 게임 이론적 상호작용을 통해 계산 해결책의 정확하고 효율적인 검증을 가능하게 하기 위해.
• 합리적인 경제적 가정 하에, 정확한 해결책은 높은 확률로 선택되고 잘못된 해결책은 기각됨을 보여주기 위해.

제안 방법

• 증명자가 해결책을 제출하고 도전자들이 상호작용적 도전을 통해 이를 반박하려는 검증 게임이 도입된다.
• 각 도전은 예치금을 바탕으로 하며, 네트워크는 예치금 규모에 따라 도전을 우선순위 순으로 정렬한다.
• 네트워크는 해결책-도전 쌍의 사전순 리스트를 유지하고, 순서대로 처리하며, 지는 자는 예치금을 이긴 자와 작업 제공자에게 이관된다.
• 예치금은 이긴 자와 작업 제공자 간에 50:50으로 분배되며, 지는 자는 향후 참여에서 제외된다.
• 프로토콜은 이더리움 스마트 컨tracts를 사용해 제재와 보상을 강제함으로써 게임의 신뢰할 수 없는 실행을 보장한다.
• 시스템은 정확한 해결책이 모든 도전을 견뎌내고, 잘못된 해결책은 이성적인 도전자들에 의해 탐지되어 기각됨을 보장하도록 설계되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비용이 많이 들지만 비용이 많이 드는 암호학적 증명에 의존하지 않고도, 이성적인 참가자들로 구성된 분산 네트워크가 외주된 계산을 정확하게 검증하도록 유도할 수 있는가?
• RQ2 검증이 비용이 많이 들고 마이너가 이성적일 경우, 블록체인 시스템에서 '검증자 딜레마' 문제는 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ3 어떤 경제적 및 계산 조건에서 증명자는 정확한 해결책을 제출할 동기를 가지며, 도전자들은 오류를 탐지할 동기를 가지는가?
• RQ4 게임 이론적 메커니즘이 이성적인 적대자 존재하에서도 정확한 해결책만 선택되도록 보장할 수 있는가?
• RQ5 시간, 비용, 예치금 규모에 어떤 조건이 충족되어야 정확한 해결책이 경쟁에서 승리할 수 있는가?

주요 결과

• 제시된 조건 하에서, 충분한 계산 능력을 지닌 증명자는 정확한 해결책을 제출하고 상금을 얻을 동기를 가진다.
• 도전자들은 실패한 도전에서 예치금을 잃고 성공한 도전에서 이익을 얻기 때문에, 잘못된 해결책을 탐지하고 도전하는 데 동기를 가진다.
• 작업 제공자가 충분한 시간과 상금을 할당한다면, 프로토콜은 오직 정확한 해결책만 검증 게임을 통과하도록 보장한다.
• 허위 제출을 방지하고 신뢰할 수 있는 도전을 확보하기 위해, 예치금은 예상되는 계산 및 네트워크 비용의 최소 4배 이상이 필요하다.
• 시스템은 첫 번째로 정확한 해결책(사전순으로)이 상금을 얻고, 모든 생존한 참가자들이 자신의 예치금을 회수할 수 있음을 보장한다.
• 경제적 인센티브와 게임 이론적 검증에 의존함으로써, 프로토콜은 최소한의 암호학적 오버헤드로 증명 가능한 정확한 계산을 달성한다.