[論文レビュー] Hybrid DLT as a data layer for real-time, data-intensive applications

Andrea Canciani, Claudio Felicioli+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、リアルタイムなデータ処理に適したプライベート DLT と、パブリック DLT によって裏付けられたノタリーを組み合わせた、新しいアーキテクチャ「Hybrid DLT」を提案する。パブリックブロックチェーン上にのみリレジスターのハッシュ値と整合性証明を保存することにより、データの完全性を保証するとともに、GDPR準拠を実現し、プライバシーおよびパフォーマンスを損なわずに低遅延かつデータ集約的な共同作業を可能にする。

ABSTRACT

We propose a new approach, termed Hybrid DLT, to address a broad range of industrial use cases where certain properties of both private and public DLTs are valuable, while other properties may be unnecessary or detrimental. The Hybrid DLT approach involves a system where private ledgers, with limited data block dissemination, are collaboratively created by nodes within a private network. The Notary, a publicly auditable authoritative component, maintains a single, official, coherent history for each private ledger without requiring access to data blocks. This is achieved by leveraging a public DLT solution to render the ledger histories tamper-proof, consequently providing tamper-evidence for ledger data disclosed to external actors. We present Traent Hybrid Blockchain, a commercial implementation of the Hybrid DLT approach: a real-time, data-intensive collaboration system for organizations seeking immutable data while also needing to comply with the European General Data Protection Regulation (GDPR).

研究の動機と目的

• 両立が求められるデータの改ざん禁止とプライバシー準拠（特に GDPR に基づくもの）を満たす産業用途を対象とする。
• パブリック DLT の限界（スループットが低く、コストが高いため）とプライベート DLT の限界（外部監査可能性と信頼性に欠ける）を克服すること。
• パフォーマンスとデータプライバシーを維持しつつ、外部機関が検証可能で改ざんを明確に示せるデータ完全性を実現するシステムを設計すること。
• デジタル臨床試験や製品パスポートなど、リアルタイムかつデータ集約的なアプリケーションに適したスケーラブルで生産環境対応のソリューションを提供すること。

提案手法

• 閉じたネットワーク内のプライベートノードが、限定的なデータ配布でプライベートレジスターを共同で維持する。
• プライベートネットワークとは別個のノタリー・コンポーネントが、レジスター状態のハッシュ値と整合性証明をパブリック DLT に記録することで、改ざん防止の履歴を保証する。
• ノタリーは生のレジスター・データを保存またはアクセスしないため、プライバシーを保持しつつ、レジスター完全性の公開監査を可能にする。
• 整合性証明を生成および検証することで、公式のレジスター履歴が一貫性を保ち、改ざんされていないことを保証する。
• ブロック遅延を最小限に抑え、レジスター拡張の即時ノタリゼーションを可能にすることで、リアルタイムのトランザクション処理を実現する。
• 遅延ノタリゼーションというバリエーションは、頻繁に更新されるレジスター向けに証明をバッチ処理することで、ノタリゼーションのオーバーヘッドを低減する。

Figure 1: Hybrid DLT schematic, including a ledger extension flow initiated by a node. Data block dissemination is limited to a specific subgroup of nodes for each ledger. However, the receipts for all ledgers are distributed among all nodes.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プライベート DLT は、機密データを暴露せずに外部監査可能性を拡張できるか？
• RQ2 ハイブリッドアーキテクチャは、高いパフォーマンス、データプライバシー、検証可能な完全性を、産業用途で両立できるか？
• RQ3 改ざん防止のデータ履歴を維持しつつ、GDPR準拠のデータ消去をどのように達成できるか？
• RQ4 ノタリゼーションの頻度がシステムのパフォーマンスおよびノタリー要因に対する信頼性に与える影響は何か？
• RQ5 1つのパブリック DLT ストリームを用いて、複数のプライベートレジスター間で整合性証明を効率的に生成および検証できるか？

主な発見

• Hybrid DLT アーキテクチャにより、各トランザクションに対して即時ブロック作成を可能にするため、低遅延のトランザクション処理を実現し、リアルタイムかつデータ集約的なアプリケーションが可能になる。
• パブリック DLT 上にのみハッシュ値と整合性証明を保存することで、生データを暴露せずに外部機関が改ざんを検知可能となる。
• ノタリー・コンポーネントにより、下位のデータブロックにアクセスできない状態でも、各プライベートレジスターの単一で一貫性があり、公開監査可能な履歴が保証される。
• プライベートデータ収集に組み込まれたネイティブなデータ消去機能により、GDPR準拠を達成する一方で、暗号的証明により完全性を維持する。
• システム設計により、ノードがノタリーの内部行動を検証可能とし、証明を通じて不正行為の検出が可能になる。
• 遅延ノタリゼーションのバリエーションは、ノタリゼーション処理を削減し、高頻度更新ワークロードにおけるパフォーマンスを向上させる。

Figure 2: Sequence diagram of the new ledger creation process.