[論文レビュー] On and Off-Blockchain Enforcement Of Smart Contracts

Carlos Molina-Jiménez, Ellis Solaiman+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 21被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、ブロックチェーン上とブロックチェーン外の両方の強制メカニズムを組み合わせることでスマートコントラクトを強制するハイブリッドアーキテクチャを提案している。ブロックチェーンは信頼性が重要な操作に、中央集権的な信頼できる第三者機関（TTP）はパフォーマンスに敏感な操作や複雑な操作に使用する。主な貢献は、分散性、パフォーマンス、表現力のバランスを最適化するために、コントラクト論理をオンチェーンとオフチェーンの強制者に戦略的に分割することで実現される実用的でスケーラブルなフレームワークである。

ABSTRACT

In this paper we discuss how conventional business contracts can be converted into smart contracts---their electronic equivalents that can be used to systematically monitor and enforce contractual rights, obligations and prohibitions at run time. We explain that emerging blockchain technology is certainly a promising platform for implementing smart contracts but argue that there is a large class of applications, where blockchain is inadequate due to performance, scalability, and consistency requirements, and also due to language expressiveness and cost issues that are hard to solve. We explain that in some situations a centralised approach that does not rely on blockchain is a better alternative due to its simplicity, scalability, and performance. We suggest that in applications where decentralisation and transparency are essential, developers can advantageously combine the two approaches into hybrid solutions where some operations are enforced by enforcers deployed on--blockchains and the rest by enforcers deployed on trusted third parties.

研究の動機と目的

• パフォーマンス、スケーラビリティ、コスト、表現力の面で、完全にブロックチェーンベースのスマートコントラクトに見られる限界を解消すること。
• 中央集権的な強制メカニズムが、多くの実世界の応用において実用的で、しばしば優れた代替手段であることを示すこと。
• 信頼性、パフォーマンス、機能性の最適なトレードオフを実現するため、オンチェーンとオフチェーンの両方の強制を組み合わせたハイブリッドモデルを提唱すること。
• 分散型と中央集権型の強制コンponents間でコントラクト論理を分割する実用的なフレームワークを提供すること。

提案手法

• 著者らは、信頼性が重要なコントラクト操作（例：支払い、最終決済）をブロックチェーン上で強制することで不変性と信頼性を確保し、非重要またはパフォーマンスに敏感な操作は中央集権的なコントラクトチェッカー（CCC）によってオフチェーンで強制するハイブリッド強制アーキテクチャを導入する。
• CCCは、データ可用性、お知らせのタイミング、リクエストレート制限などの操作を信頼できる第三者として強制し、オンチェーンのオーバーヘッドなしに正しさを保証する。
• システムは、コントラクトの状態と遷移を表すために有限状態機械（FSM）モデルを用い、オンチェーンとオフチェーンのコンponentsがそれぞれの条項を独立して強制する。
• オンチェーンとオフチェーンのコンponents間には直接的および間接的な通信が可能であり、オフチェーンのCCCはJSON-RPC APIを介してブロックチェーンとやり取りできる。
• 開発者は、表現力を高めるために宣言的でルールベースの言語でオフチェーンの論理を記述できる一方で、オンチェーンの論理には命令型のブロックチェーン言語（例：Solidity）を用いることができる。
• 本アプローチは、IoTセンサデータを含む実世界のデータ取引のユースケースを通じて評価されており、コントラクト条項が強制可能な操作としてモデル化されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央集権的と分散型のスマートコントラクト強制の間で、パフォーマンス、スケーラビリティ、コストのトレードオフはどのように変化するか？
• RQ2 どのアプリケーションシナリオで中央集権的強制アプローチがブロックチェーンベースのものよりも適しているか？
• RQ3 オンチェーンとオフチェーンの強制コンponentsを効果的に調整することで、矛盾を回避し、一貫性を保証するにはどうすればよいか？
• RQ4 オンチェーンとオフチェーンのコンponents間でコントラクト論理を最適に分割する戦略は何か？
• RQ5 宣言的言語と命令型言語をハイブリッド強制アーキテクチャでどのように統合できるか？

主な発見

• 高頻度の操作、厳密なタイミング制約、複雑な論理を伴う多くの実世界のアプリケーションは、ブロックチェーンのパフォーマンスとコストの制限のため、オフチェーン強制により顕著に利益を得る。
• 信頼できる第三者（CCC）を介した中央集権的強制は、データ可用性やリクエストレート制御などの非重要なコントラクト操作において、優れたパフォーマンス、スケーラビリティ、表現力を提供する。
• ハイブリッドモデルは、信頼性が重要な操作（例：支払い）とパフォーマンスに敏感な操作（例：データ配信）を効果的に分離することで、セキュリティと効率性の両方を実現する。
• オフチェーン論理に宣言的言語を用いることで表現力と保守性が向上するが、一方でオンチェーン実行には命令型言語（例：Solidity）が依然として不可欠である。
• JSON-RPC APIを介したオフチェーンとオンチェーンコンponentsの統合は実現可能で実用的であり、リアルタイムの調整とフォールトトレランスを可能にする。
• ハイブリッドアプローチにより、ブロックチェーンの主な限界（高コストの取引、遅い最終性、制限された計算的表現力）が緩和され、スマートコントラクトの企業内での広範な採用が可能になる。