[论文解读] Towards a Design Philosophy for Interoperable Blockchain Systems

Thomas Hardjono, Alexander Lipton+1 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 28被引用 31

一句话总结

本文提出了一种受互联网基础原则启发的可互操作区块链系统设计哲学——特别是生存能力、端到端可靠性及自治系统原则。通过将区块链建模为自治系统，并应用可达性、密码学生存能力及语义互操作性等原则，作者实现了无需中心化中介的跨域交易，其验证基于MIT Tradecoin系统的架构。

ABSTRACT

In this paper we discuss a design philosophy for interoperable blockchain systems, using the design philosophy of the Internet architecture as the basis to identify key design principles. Several interoperability challenges are discussed in the context of cross-domain transactions. We illustrate how these principles are informing the interoperability architecture of the MIT Tradecoin system.

研究动机与目标

• 通过借鉴互联网架构的基础原则，建立可互操作区块链系统的系统设计哲学。
• 解决跨域区块链交易中的互操作性挑战，特别是关于生存能力和语义一致性的问题。
• 在不依赖交易所等第三方的情况下，实现许可与非许可区块链之间的无信任、去中心化互操作性。
• 在机械（技术）与价值（语义）两个层面形式化互操作性，确保在不同系统间保持事务完整性。
• 探索在遭受网络攻击场景下，数字货币及中央银行数字货币（CBDC）的生存能力机制。

提出的方法

• 将区块链系统建模为自治系统，类比互联网自治系统，以实现可扩展且模块化的互操作性。
• 应用端到端原则，确保跨域交易中的可靠性与状态保护，最大限度减少对中间基础设施的依赖。
• 实施密码学生存能力，即使在发生网络中断或遭受攻击时，也能保持事务完整性和账本一致性。
• 设计网关机制，协调跨域交易，同时在不同区块链系统之间保持语义与机械互操作性。
• 定义区块链自治系统之间的对等协议，以实现弹性、基于社区的连接，并在隔离后实现恢复。
• 集成人工智能/机器学习技术，用于异常检测与区块链社区的预测性防护，提升对复杂网络攻击的韧性。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链系统如何在不依赖中心化中介（如交易所）的情况下实现互操作性？
• RQ2 哪些来自互联网架构的设计原则——特别是生存能力与端到端可靠性——可应用于区块链系统？
• RQ3 如何在价值层面实现语义互操作性，以确保不同区块链系统中代币与货币的语义一致性？
• RQ4 哪些机制可使区块链自治系统社区在大规模网络攻击或网络中断后仍能生存并实现恢复？
• RQ5 人工智能与机器学习如何实现实时提升区块链社区的自我保护与韧性能力？

主要发现

• 本文确立了将区块链视为自治系统可为互操作性提供原则性方法，将互联网中的可达性与对等互联等概念延伸至区块链网络。
• 机械互操作性——通过标准化网关与密码学验证实现——为价值层面的互操作性提供了技术基础，但语义一致性仍需经人工验证的法律合同支持。
• 生存能力并非通过保护单个区块链实现，而是通过确保区块链自治系统社区在中断期间仍能维持经济功能来达成。
• MIT Tradecoin系统表明，端到端原则与网关中介机制可支持无中心化信任的跨域交易。
• 区块链自治系统之间的对等协议可设计为增强韧性，超级对等模型亦可用于紧急情况下的跨社区恢复。
• 人工智能与机器学习可检测异常交易模式，并支持主动防御机制，从而提升区块链社区的自我保护能力。