[論文レビュー] On the specification and verification of atomic swap smart contracts

Ron van der Meyden|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2018

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、時相論理によるモデル検査を用いて、アトミックスワップスマートコントラクトの形式的仕様と検証フレームワークを提示している。戦略論理構造—概念的には有用であるが—実際に実装を検証する上で必ずしも必要ではないことが示されている。主な貢献は、自動モデル検査を用いて、オンチェーンおよびクロスチェーンのアトミックスワップの正しさを保証する実用的な手法であり、検証された性質にはアトミシティ、公平性、資産の整合性が含まれる。

ABSTRACT

Blockchain systems and smart contracts provide ways to securely implement multi-party transactions without the use of trusted intermediaries, which currently underpin many commercial transactions. However, they do so by transferring trust to computer systems, raising the question of whether code can be trusted. Experience with high value losses resulting from incorrect code has already shown that formal verification of smart contracts is likely to be beneficial. This note investigates the specification and verification of a simple form of multi-party transaction, atomic swaps. It is argued that logics with the ability to express properties of strategies of players in a multi-agent setting are conceptually useful for this purpose, although ultimately, for our specific examples, the less expressive setting of temporal logic suffices for verification of concrete implementations. This is illustrated through a number of examples of the use of a model checker to verify atomic swap smart contracts in on-chain and cross-chain settings.

研究の動機と目的

• 信頼できる中間者を必要としない、アトミックスワップスマートコントラクトの形式的仕様の開発を目的とする。
• スマートコントラクトの振る舞いを指定および検証する際に、戦略論理が必須であるかどうかを調査すること。
• 時相論理によるモデル検査が、アトミックスワップの具体的な実装を検証するのに十分であることを示すこと。
• 異なるブロックチェーンプラットフォームを含むクロスチェーンアトミックスワップへの検証手法の拡張を目的とする。
• 抽象化と検証を通じて、抽象的な形式的モデルと実行可能なスマートコントラクトコードの間のギャップを埋めること。

提案手法

• 本稿では、明示的なエージェント行動と取引状態を伴う状態遷移系としてアトミックスワッププロトコルをモデル化する。
• アトミシティ、公平性、資産所有権移転などの望ましい性質を形式的に指定するために、時相論理（LTL）を用いる。
• モデルチェッカーを用いて、さまざまな実行シナリオ下で実装が仕様を満たしているかどうかを自動的に検証する。
• 低レベルのブロックチェーンの詳細（例：取引手数料、マイナーの振る舞い）から抽象化し、論理的正しさに焦点を当てる。
• クロスチェーンスワップの文脈では、時相論理のアサーションを用いて、クロスチェーン通信およびハッシュロックメカニズムをモデル化する。
• 本フレームワークは、オンチェーンおよびクロスチェーンのアトミックスワップの両方の検証を可能とし、正しさとレースコンディションの不在に重点を置く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 戦略論理に依存せずに、時相論理によるモデル検査がアトミックスワップスマートコントラクトの正しさを検証できるか？
• RQ2 マルチパーティデジタルアセット取引におけるアトミシティと公平性を保証するために、どのような形式的仕様が十分かつ必要とされるか？
• RQ3 時相論理を用いて、クロスチェーンアトミックスワップを形式的にモデル化および検証できるか？
• RQ4 スマートコントラクト検証において、戦略論理を単純な時相論理に置き換えることはどの程度可能か？
• RQ5 形式的検証を現実のスマートコントラクト実装に適用する際、セキュリティ保証を維持しながらどのように実現できるか？

主な発見

• 時相論理によるモデル検査は、オンチェーンアトミックスワップ実装の正しさを成功裏に検証し、戦略論理を必要とせずにアトミシティと公平性を確認した。
• 戦略論理は高水準の仕様作成において概念的に役立つが、具体的な実装の検証には不可欠ではない。
• クロスチェーンスワップへの拡張は、時相論理を用いてクロスチェーン通信およびハッシュロックメカニズムをモデル化することで可能となる。
• 検証結果から、資産がアトミックに移転され、一方の当事者が補償を受けずに資産を失うことはないことが確認された。
• 変数の変化可能性を指定するフレーム条件は、モデル内で暗黙的かつ満たされることがあるが、時相論理における明示的サポートは限定的である。
• 本アプローチは、ブロックチェーン固有の詳細から抽象化を可能とし、さまざまなスマートコントラクト言語やプラットフォームでの検証を可能にする。