[論文レビュー] A Survey on Blockchain Interoperability: Past, Present, and Future Trends

Rafael Belchior, André Vasconcelos+2 more|arXiv (Cornell University)|May 28, 2020

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ブロックチェーン相互運用性に関する包括的なサーベイを提示し、404件の収集済み出典から102件の主要な文書を分析して、ソリューションをパブリックコネクタ、ブロックチェーンのブロックチェーン、ハイブリッドコネクタの3つに分類している。技術的相互運用性と意味的相互運用性を中心的な課題として特定し、標準化、クロスブロックチェーンプログラミング、パブリックおよび許可ブロックチェーン間の安全な移行といった今後の研究方向性を提案している。

ABSTRACT

Blockchain interoperability is emerging as one of the crucial features of blockchain technology, but the knowledge necessary for achieving it is fragmented. This fact makes it challenging for academics and the industry to seamlessly achieve interoperability among blockchains. Given the novelty and potential of this new domain, we conduct a literature review on blockchain interoperability, by collecting 262 papers, and 70 grey literature documents, constituting a corpus of 332 documents. From those 332 documents, we systematically analyzed and discussed 80 documents, including both peer-reviewed papers and grey literature. Our review classifies studies in three categories: Cryptocurrency-directed interoperability approaches, Blockchain Engines, and Blockchain Connectors. Each category is further divided into sub-categories based on defined criteria. We discuss not only studies within each category and subcategory but also across categories, providing a holistic overview of blockchain interoperability, paving the way for systematic research in this domain. Our findings show that blockchain interoperability has a much broader spectrum than cryptocurrencies. The present survey leverages an interesting approach: we systematically contacted the authors of grey literature papers and industry solutions to obtain an updated view of their work. Finally, this paper discusses supporting technologies, standards, use cases, open challenges, and provides several future research directions.

研究の動機と目的

• 異種ブロックチェーン間でのシームレスな統合を妨げる、ブロックチェーン相互運用性分野における断片的な知識基盤を是正すること。
• 学術的および産業的研究を支援するために、既存のブロックチェーン相互運用性ソリューションを体系的に分析・分類すること。
• クロスチェーン通信、セキュリティ、標準化分野における主な課題と今後の研究方向性を同定すること。
• 分散型ID、検証可能証明書、ブロックチェーンに依存しないプロトコルといった新興技術が相互運用性の実現に果たす役割を調査すること。
• 暗号通貨を越えた包括的なフレームワークを提供し、公共行政、アクセス制御、およびエンタープライズシステムにおけるユースケースを含む相互運用性の理解を深めること。

提案手法

• 284件の同行レビュー論文および120件のグレイ・リサーチ文書を対象とした体系的文献レビューを実施し、102件を深掘り分析の対象とした。
• 技術的および意味的基準に基づくサブカテゴリを含め、主にパブリックコネクタ、ブロックチェーンのブロックチェーン、ハイブリッドコネクタの3つの主要カテゴリに相互運用性ソリューションを分類した。
• ブロックチェーン相互運用性フレームワークを適用して、67の既存ソリューションをマッピング・分析し、設計パターンとメカニズムの構造的比較を可能にした。
• 分散型ID（DIDs）、検証可能証明書、クロスブロックチェーンプログラミング言語といった支援技術を調査し、それらが相互運用性の実現に果たす役割を評価した。
• 分散型アプリケーションにおける原子性および一貫性保証を含む、クロスチェーン取引（CC-Txs）の実現可能性とセキュリティを評価した。
• リレーサービスの信頼性、パブリックと許可ブロックチェーン間の移行、標準化プログラミングモデルの必要性といった未解決の課題を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のソリューションと設計パターンに基づいて、ブロックチェーン相互運用性を体系的に分類・分類することは可能か？
• RQ2 クロスブロックチェーン通信および取引の原子性を実現するにあたり、主な技術的および意味的課題は何か？
• RQ3 パブリックコネクタ、ブロックチェーンのブロックチェーン、ハイブリッドコネクタといった異なる相互運用性アプローチは、信頼モデル、スケーラビリティ、ユースケースカバレッジの観点からどのように比較できるか？
• RQ4 分散型ID（DIDs）、検証可能証明書などの新興標準・技術は、ブロックチェーン相互運用性の発展にどのように寄与しているか？
• RQ5 安全でスケーラブルかつ標準化されたクロスブロックチェーン統合を達成するにあたり、最も有望な今後の研究方向性は何か？

主な発見

• ブロックチェーン相互運用性に関する研究論文の数は、2015年の2件から2020年には207件にまで増加し、学術的および産業的関心の急激な上昇を示している。
• ハイブリッドコネクタは、クロスブロックチェーン分散型アプリケーションを含む幅広いユースケースに適した、最も多様性と適応性に富んだソリューションカテゴリである。
• ブロックチェーンのブロックチェーンは、カスタマイズ可能で相互運用可能なブロックチェーンをサポートできる点を考慮し、短期から中長期にわたり採用が進むと予想される。
• パブリックコネクタ（例：サイドチェーン、HLTCs）は産業界で人気が高いが、信頼性と柔軟性に優れた新しいハイブリッドモデルの登場により、もはや唯一の焦点ではなくなった。
• クロスチェーン取引（CC-Txs）は、特に分散型アプリケーションにおいて、原子性および一貫性のより強い保証を必要としており、これが主要な未解決課題であることを示している。
• DIDs や検証可能証明書といった標準の統合は、意味的相互運用性の実現およびブロックチェーンエコシステムの将来への耐久性を高めるために不可欠である。