[논문 리뷰] Towards a Smart Contract Verification Framework in Coq.

Danil Annenkov, Bas Spitters|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 24.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 메타프로그래밍을 사용하여 기능적 스마트 계약 언어의 깊이 있는(딥) 및 浅은(섀로우) 임베딩을 결합한 Coq 기반 검증 프레임워크를 제시한다. 이는 메타이론적 분석과 구체적 계약 검증에 대한 형식적 추론을 가능하게 하며, 두 임베딩을 연결하는 타당성 정리(soundness theorem)를 수립한다. 이 접근법은 Oak 언어에서의 기부금 모금 계약의 검증을 통해 실용성을 입증한다.

ABSTRACT

We propose a novel way of embedding functional smart contract languages into the Coq proof assistant using meta-programming techniques. Our framework allows for developing the meta-theory of smart contract languages using the deep embedding and provides a convenient way for reasoning about concrete contracts using the shallow embedding. The proposed approach allows to make a connection between the two embeddings in a form of a soundness theorem. As an instance of our approach we develop an embedding of the Oak smart contract language in Coq and verify several important properties of a crowdfunding contract. The developed techniques are applicable to all functional smart contract languages.

연구 동기 및 목표

• Coq 내에서 기능적 스마트 계약 언어를 위한 통합된 형식적 검증 프레임워크를 개발하는 것.
• 임베딩 기법을 활용하여 메타이론적 추론과 구체적 계약 검증 간 격차를 메우는 것.
• 딥 및 샤펠 임베딩 간의 연결을 통해 스마트 계약의 성질에 대한 신뢰할 수 있고 기계로 검증 가능한 증명을 가능하게 하는 것.
• 모든 기능적 스마트 계약 언어에 적용 가능한 재사용 가능한 방법론을 제공하는 것.

제안 방법

• Coq의 메타프로그래밍을 활용하여 기능적 스마트 계약 언어의 구문과 의미 체계를 깊이 있게 증명 보조기에 임베딩하는 것.
• 개별 스마트 계약에 대한 편리하고 고수준의 추론을 위해 얕은 임베딩을 사용하는 것.
• 딥 임베딩(메타이론)과 샤펠 임베딩(구체적 계약)을 연결하는 타당성 정리를 형식화하는 것.
• 스마트 계약의 행동적 성질에 대한 형식적 검증을 지원하는 도메인 특화 언어를 Coq 내에서 정의하는 것.
• Coq의 종속형 타입과 인덕티브 가족을 활용하여 임베딩의 타입 안정성과 정확성을 보장하는 것.
• 프레임워크를 Oak 스마트 계약 언어에 적용하여 실제 사례로 구현하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 계약 언어의 깊이 있는 임베딩과 얕은 임베딩이 증명 보조기 내에서 어떻게 형식적으로 연결될 수 있는가?
• RQ2 Coq를 사용하여 스마트 계약 성질의 스케일러블하고 모듈러한 검증을 가능하게 하는 기법은 무엇인가?
• RQ3 단일 프레임워크가 메타이론적 분석과 구체적 계약 검증을 모두 지원할 수 있는가?
• RQ4 Coq의 메타프로그래밍을 어떻게 활용하여 기능적 스마트 계약 언어를 안전하게 임베딩할 수 있는가?
• RQ5 이 통합적 접근을 통해 스마트 계약의 어떤 성질을 형식적으로 검증할 수 있는가?

주요 결과

• 프레임워크는 깊이 있는 임베딩과 얕은 임베딩을 연결하는 타당성 정리를 성공적으로 수립하여, 메타이론과 구체적 계약 실행 간의 일관성을 보장한다.
• 이 접근법은 Oak 언어에서 기부금 모금 계약의 형식적 검증을 가능하게 하여 실용성과 적용 가능성을 입증한다.
• Coq 내 메타프로그래밍의 사용은 스마트 계약 언어 의미 체계의 안전하고 모듈러한 통합을 가능하게 한다.
• 프레임워크는 Oak에 국한되지 않고 모든 기능적 스마트 계약 언어에 일반화 가능하다.
• 딥 및 샤펠 임베딩의 조합은 고수준 추론과 저수준 정확성 증명을 모두 지원한다.