[论文解读] On Congestion Control for Distributed Ledgers in Adversarial IoT Networks.

Andrew Cullen, Pietro Ferraro+3 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 26被引用 6

一句话总结

本文提出了一种针对对抗性物联网网络中基于有向无环图（DAG）的分布式账本技术（DLTs）的去中心化拥塞控制算法。受TCP和QoS原理的启发，该算法无需依赖可信反馈机制，即可实现公平的交易传播，确保所有节点在面对节点不诚实和计算资源受限的情况下接收到相同的信息。

ABSTRACT

Distributed Ledger Technologies (DLTs) (the agnostic term for blockchain) are a potential solution for many pressing issues arising in the Internet of Things (IoT) domain. These issues include facilitating secure transactions between IoT devices and immutably recording data. Most DLT architectures were not designed with IoT in mind and consequentially do not satisfy the requirements of many IoT applications. However, the relatively new class of Directed Acyclic Graph (DAG) based DLTs show great promise for IoT networks. These DLTs require the rate at which transactions are issued and disseminated to be explicitly managed in order to ensure fairness among users. We present a congestion control algorithm for these DLTs, which optimises dissemination rate and guarantees that all nodes receive the same information and have fair access even in a dishonest environment, subject to the computing limitations of nodes. Our algorithm takes inspiration from well-known areas of networking research, such as QoS, and TCP. However, an important distinction between the DLT setting and traditional networks is the unique nature of traffic in DLT networks and the fact that nodes cannot trust familiar feedback measurements, such as packet acknowledgements or congestion notifications. Our solution realises a decentralised congestion control algorithm for DLTs without the need for trust among nodes.

研究动机与目标

• 解决针对物联网环境定制的基于DAG的DLTs中缺乏拥塞控制的问题。
• 在对抗性条件下确保所有节点公平访问并一致传播信息。
• 设计一种无需信任的去中心化算法，使其在物联网设备的计算能力限制内运行。
• 克服DLT网络中缺乏可靠反馈机制（如数据包确认）的问题。
• 在对抗性行为下优化交易传播速率，同时保持系统公平性和一致性。

提出的方法

• 该算法借鉴了TCP和QoS的原理，以调节交易的生成和传播速率。
• 其运行方式为去中心化，消除了对集中式或可信反馈源的依赖。
• 系统通过本地节点状态和网络行为推断拥塞水平，无需数据包确认或显式通知。
• 通过根据观察到的网络负载和节点参与度动态调整传输速率，实现公平性。
• 设计时考虑了物联网设备的计算限制，确保实际可部署性。
• 确保所有节点最终接收到相同的交易集合，从而在对抗性环境中保持一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不依赖可信反馈机制的情况下，有效控制基于DAG的DLTs中的拥塞？
• RQ2 在存在不可信节点的对抗性物联网网络中，哪些机制可实现公平的交易传播？
• RQ3 如何设计去中心化的拥塞控制机制，以尊重物联网设备的计算限制？
• RQ4 传统网络中的哪些设计原则可被适配以应对DLT独特的流量模式？
• RQ5 如何在恶意或不可靠行为存在的情况下，保证所有节点间的一致性和公平性？

主要发现

• 所提出的算法在无需依赖反馈机制信任的前提下，实现了所有节点间的公平交易传播。
• 它确保所有节点接收到相同的交易集合，即使在对抗性条件下也能保持一致性。
• 该算法在物联网设备的计算能力限制内有效运行，支持实际部署。
• 通过借鉴TCP和QoS的原理，它为基于DAG的DLTs提供了一种可扩展且去中心化的拥塞控制机制。
• 系统在不依赖数据包确认或显式拥塞通知的情况下，维持了公平性和一致性。
• 该方法对不诚实节点具有鲁棒性，因为它不依赖可能被操纵的反馈。