[论文解读] A Blockchain-based Trust System for Decentralised Applications: When trustless needs trust

Nguyen B. Truong, Gyu Myoung Lee+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2021

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 29被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的去中心化信任系统，通过在参与者之间实现基于声誉的反馈机制，以增强去中心化应用（DApps）中的可信度。该系统采用一种动态的、由反馈驱动的声誉模型，利用智能合约减轻操纵行为，确保在无信任环境中的可信服务选择，性能评估显示其在以太坊测试网上的可行性，尽管存在性能限制。

ABSTRACT

Blockchain technology has been envisaged to commence an era of decentralised applications and services (DApps) without the need for a trusted intermediary. Such DApps open a marketplace in which services are delivered to end-users by contributors which are then incentivised by cryptocurrencies in an automated, peer-to-peer, and trustless fashion. However, blockchain, consolidated by smart contracts, only ensures on-chain data security, autonomy and integrity of the business logic execution defined in smart contracts. It cannot guarantee the quality of service of DApps, which entirely depends on the services' performance. Thus, there is a critical need for a trust system to reduce the risk of dealing with fraudulent counterparts in a blockchain network. These reasons motivate us to develop a fully decentralised trust framework deployed on top of a blockchain platform, operating along with DApps in the marketplace to demoralise deceptive entities while encouraging trustworthy ones. The trust system works as an underlying decentralised service providing a feedback mechanism for end-users and maintaining trust relationships among them in the ecosystem accordingly. We believe this research fortifies the DApps ecosystem by introducing an universal trust middleware for DApps as well as shedding light on the implementation of a decentralised trust system.

研究动机与目标

• 解决尽管区块链在链上数据和智能合约执行方面具备固有安全性，但去中心化应用（DApps）中仍缺乏信任机制的问题。
• 降低在用户依赖点对点交互而无中间人参与的DApp生态系统中，欺诈或低质量服务提供商的风险。
• 设计一种通用的、去中心化的信任中间件，可与同一区块链平台上的任意DApp集成，以维护信任关系和服务质量。
• 开发一种对自吹自擂、诽谤和洗白等常见攻击具有抗性的声誉模型，通过经济和算法保障措施实现。
• 通过以太坊测试网和仿真环境，评估系统在真实世界部署场景下的性能和安全性。

提出的方法

• 提出一种基于过去交互反馈计算信任评分的去中心化声誉（DER）模型，反馈权重由反馈提供者的声誉决定。
• 实现一种反馈机制，用户需支付交易费用才能提交反馈，从而减少Sybil攻击和垃圾信息攻击。
• 采用受PageRank启发的递归声誉计算（公式6和7），其中节点的信任评分取决于其同伴的可信度。
• 将信任系统作为智能合约部署在以太坊上，并与DApps集成，以支持信任感知的服务选择。
• 在各种攻击场景（如自吹自擂、诽谤）下对系统进行仿真，以评估其抗性和反馈传播效果。
• 在四个以太坊测试网（Kovan、Rinkeby、Goerli、Ropsten）上进行性能评估，测量读/写事务的延迟和区块确认时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种去中心化信任系统，以在不依赖可信中间人的情况下确保DApps中的可信度？
• RQ2 在无信任环境中，何种声誉模型能有效抵御自吹自擂、诽谤和洗白等常见攻击？
• RQ3 提交反馈的经济成本在多大程度上影响声誉系统的可靠性和安全性？
• RQ4 在以太坊等现有区块链平台部署去中心化信任系统时，性能瓶颈是什么？
• RQ5 所提出的系统在多大程度上可集成到现实世界中的DApps，以提升服务质量和用户安全？

主要发现

• 所提出的去中心化信任系统通过基于反馈提供者声誉的加权机制，成功缓解了基于声誉的攻击，如自吹自擂和诽谤。
• 提交反馈的交易费用显著减少了垃圾信息和Sybil攻击，因为低声誉实体对他人声誉的贡献微乎其微。
• 在以太坊测试网上的性能评估表明，Kovan和Rinkeby表现出更低且更稳定的延迟（比Goerli和Ropsten低2至3倍），且写入事务的区块确认时间接近一个区块。
• Ropsten使用与主网相同的PoW机制，表现出最真实的性能，具有更高的延迟和更宽泛的区块确认时间波动（4500–17350毫秒）。
• 系统的性能受限于底层区块链的局限性，特别是共识机制和事务吞吐量，表明需要进一步研究分片和链下解决方案。
• 受PageRank启发的声誉模型设计，确保了新节点或恶意节点无法轻易夸大声誉，从而增强了系统的长期韧性。