[論文レビュー] Taxonomy Of Blockchain Technologies. Principles Of Identification And Classification

Paolo Tasca, Claudio J. Tessone|arXiv (Cornell University)|May 31, 2017

Economic and Technological Systems Analysis被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、ブロックチェーン技術を階層的な構成要素に分解し、その代替構成の分類を通じて包括的で構成要素ベースの分類法を提案する。コンSENSUSメカニズム、データ構造、手数料モデルなどの主要なアーキテクチャ的選択肢を特定し、異種性を低減し、相互運用性、標準化、産業横断的採用を支援する標準化された参照モデルを提供する。

ABSTRACT

A comparative study across the most widely known blockchain technologies is conducted with a bottom-up approach. Blockchains are disentangled into building blocks. Each building block is then hierarchically classified in main and subcomponents. Then, alternative layouts for the subcomponents are identified and compared between them. Finally, a taxonomy tree summarises the study and provides a navigation tool across different blockchain architectural configurations.

研究の動機と目的

• 相互運用性、規制、イノベーションの阻害要因となっている、ブロックチェーンアーキテクチャの増大する異種性に対処すること。
• 一貫性のある設計、比較、評価を支援する標準化された参照モデルを提供すること。
• コアコンポONENTとその代替実装を特定することで、業界標準の開発を促進すること。
• ブロックチェーン技術の構造的多様性を明確化することで、学術的研究、規制枠組み、産業横断的応用を支援すること。
• 構造的でナビゲート可能な分類ツリーを通じて、開発者や組織がアーキテクチャ的トレードオフを理解できるようにすること。

提案手法

• ボトムアップの構成要素ベースの設計アプローチを用いて、ブロックチェーンを原子的で機能的・論理的なコンポonentに分解する。
• 各コンポonentを主カテゴリとサブコンポonentに分類する。例：コンセンサス、データ構造、ネットワークトポロジー。
• 各サブコンポonentの代替レイアウト（例：コンセンサスにおけるPoW対PoS、可変対固定手数料）を特定し、比較する。
• ブロックチェーンアーキテクチャ的構成の全範囲を可視化・ナビゲート可能な階層的分類ツリーを構築する。
• 代表的なブロックチェーン（例：Bitcoin、Ethereum、Enigma、Peercoin）の実証的分析を用いて、コンポonent分類の妥当性を検証する。
• 拡張性と将来の標準（例：ISO/TC 307）への整合性を確保するため、ソフトウェアアーキテクチャおよびシステム工学の原則を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーンシステムを構成する基本的構成要素は何か。また、それらはどのように体系的に分類できるか。
• RQ2 既存のブロックチェーンにおいて、コアコンポonent（例：コンセンサス、データ構造、手数料モデル）の実装はどのように異なるか。
• RQ3 パフォーマンス、セキュリティ、分散性、スケーラビリティの間で、ブロックチェーン設計にどのようなアーキテクチャ的トレードオフが存在するか。
• RQ4 標準化された分類法は、異種ブロックチェーンプラットフォーム間での複雑さをどのように低減し、相互運用性を支援するか。
• RQ5 この分類法は、ISO や IEC や業界コンsortium による将来の標準化作業の基盤として、どのような形で活用できるか。

主な発見

• 分類法は、コンセンサス、データ構造、ネットワーク、アクセス制御を含む5つのアーキテクチャ層にわたり14のコアコンポonentを特定した。
• すべてのコンポonentに対して代替レイアウトが存在する。例：コンセンサスではPoW、PoS、PBFT。データ構造ではMerkleツリー、有向非巡回グラフ（DAGs）。
• 手数料構造は可変（例：Bitcoinのバイトあたりsatoshis）か固定（例：Ethereumのガスモデル、またはPeercoinのKBあたり0.01 PPC）のいずれか。
• 分類ツリーは、既知のブロックチェーンにわたる1,000以上の可能なアーキテクチャ的構成をマッピングするナビゲート可能な階層的モデルを提供する。
• 本研究では、プラットフォーム間で顕著なアーキテクチャ的乖離が判明し、支配的設計が存在しないことが示され、標準化の必要性が強調された。
• 提案された分類法は、開発者、規制当局、標準化機関が用語と設計原則を統一するための基盤的参照として機能する。