[论文解读] Hybrid DLT as a data layer for real-time, data-intensive applications

Andrea Canciani, Claudio Felicioli+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2023

Blockchain Technology Applications and Security被引用 4

一句话总结

本文提出 Hybrid DLT，一种新颖的架构，结合私有 DLT 用于实时数据处理，以及基于公共 DLT 的公证人（Notary）以实现防篡改的可审计性。通过仅在公共区块链上存储账本摘要和一致性证明，该架构确保了数据完整性并符合 GDPR 要求，同时在不牺牲隐私或性能的前提下，支持低延迟、数据密集型的协作。

ABSTRACT

We propose a new approach, termed Hybrid DLT, to address a broad range of industrial use cases where certain properties of both private and public DLTs are valuable, while other properties may be unnecessary or detrimental. The Hybrid DLT approach involves a system where private ledgers, with limited data block dissemination, are collaboratively created by nodes within a private network. The Notary, a publicly auditable authoritative component, maintains a single, official, coherent history for each private ledger without requiring access to data blocks. This is achieved by leveraging a public DLT solution to render the ledger histories tamper-proof, consequently providing tamper-evidence for ledger data disclosed to external actors. We present Traent Hybrid Blockchain, a commercial implementation of the Hybrid DLT approach: a real-time, data-intensive collaboration system for organizations seeking immutable data while also needing to comply with the European General Data Protection Regulation (GDPR).

研究动机与目标

• 解决工业用例中对数据不可篡改性和隐私合规性的双重需求，特别是在 GDPR 框架下。
• 克服公共 DLT（吞吐量低、成本高）和私有 DLT（缺乏外部可审计性和信任）的局限性。
• 设计一种系统，在保持高性能和数据隐私的同时，为外部方提供可验证、防篡改的数据完整性。
• 为实时、数据密集型应用（如数字临床试验和产品护照）提供可扩展、可投入生产的解决方案。

提出的方法

• 在封闭网络内的私有节点协作维护私有账本，仅限有限范围的数据传播。
• 一个位于私有网络外部的公证人（Notary）组件，将账本状态的摘要和一致性证明记录在公共 DLT 上，以确保防篡改的历史记录。
• 公证人不存储或访问原始账本数据，从而在保障隐私的同时实现账本完整性的公开可审计性。
• 生成并验证一致性证明，以确保官方账本历史保持一致且未被篡改。
• 通过最小化区块延迟并实现实时账本扩展的公证，支持实时事务处理。
• 一种称为延迟公证（Delayed Notarization）的变体，通过批量处理证明，降低频繁更新账本的公证开销。

Figure 1: Hybrid DLT schematic, including a ledger extension flow initiated by a node. Data block dissemination is limited to a specific subgroup of nodes for each ledger. However, the receipts for all ledgers are distributed among all nodes.

实验结果

研究问题

• RQ1 如何扩展私有 DLT 以提供外部可审计性，同时不暴露敏感数据？
• RQ2 混合架构能否在工业工作负载中实现高性能、数据隐私和可验证完整性的平衡？
• RQ3 如何在保持防篡改数据历史的同时，实现符合 GDPR 的数据擦除？
• RQ4 公证频率对系统性能和公证人组件信任度有何影响？
• RQ5 如何通过单一公共 DLT 流高效地在多个私有账本之间生成和验证一致性证明？

主要发现

• Hybrid DLT 架构通过为每个事务即时创建区块，支持低延迟事务处理，实现对实时、数据密集型应用的高效支持。
• 通过仅在公共 DLT 上存储摘要和一致性证明，系统在不暴露原始数据的前提下，为外部方提供了防篡改的证据。
• 公证人组件确保每个私有账本拥有单一、一致且可公开审计的历史记录，即使无法访问底层数据块。
• 该方法通过私有数据集合中原生支持的数据擦除功能实现 GDPR 合规性，同时通过密码学证明维持数据完整性。
• 该系统设计允许节点验证公证人内部操作，通过可验证证明检测其异常行为。
• 延迟公证变体减少了公证操作次数，提升了高频更新工作负载下的性能。

Figure 2: Sequence diagram of the new ledger creation process.