[论文解读] PDFS: Practical Data Feed Service for Smart Contracts

Juan Guarnizo, Paweł Szałachowski|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 16被引用 3

一句话总结

PDFS 是一种实用的、应用层数据馈送服务，使智能合约能够安全高效地从外部源消费经过认证、易于解析的数据，而无需修改 TLS 协议或依赖可信第三方。通过将内容提供商直接链接至区块链，利用由智能合约监控的防篡改数据结构，PDFS 确保了数据的真实性，防止了数据矛盾和审查行为，并为内容提供商创造了新的变现模式。

ABSTRACT

Smart contracts are a new paradigm that emerged with the rise of the blockchain technology. They allow untrusting parties to arrange agreements. These agreements are encoded as a programming language code and deployed on a blockchain platform, where all participants execute them and maintain their state. Smart contracts are promising since they are automated and decentralized, thus limiting the involvement of third trusted parties, and can contain monetary transfers. Due to these features, many people believe that smart contracts will revolutionize the way we think of distributed applications, information sharing, financial services, and infrastructures. To release the potential of smart contracts, it is necessary to connect the contracts with the outside world, such that they can understand and use information from other infrastructures. For instance, smart contracts would greatly benefit when they have access to web content. However, there are many challenges associated with realizing such a system, and despite the existence of many proposals, no solution is secure, provides easily-parsable data, introduces small overheads, and is easy to deploy. In this paper we propose PDFS, a practical system for data feeds that combines the advantages of the previous schemes and introduces new functionalities. PDFS extends content providers by including new features for data transparency and consistency validations. This combination provides multiple benefits like content which is easy to parse and efficient authenticity verification without breaking natural trust chains. PDFS keeps content providers auditable, mitigates their malicious activities (like data modification or censorship), and allows them to create a new business model. We show how PDFS is integrated with existing web services, report on a PDFS implementation and present results from conducted case studies and experiments.

研究动机与目标

• 解决智能合约缺乏安全、高效且易于解析的数据馈送的问题，而无需依赖可信第三方或修改 TLS 协议。
• 使内容提供商能够以密码学方式确保数据真实性，同时保持可审计性，并通过基于区块链的支付实现激励。
• 通过由区块链监控的防篡改数据结构，防止内容提供商出现恶意行为，如数据矛盾或审查。
• 使智能合约能够高效验证数据真实性，而无需昂贵的公钥操作或复杂的协议变更。
• 支持新型商业模式，即内容提供商因数据验证而获得报酬，从而提高采用率和可持续性。

提出的方法

• PDFS 通过在内容提供商处扩展一种防篡改数据结构（TDS），将数据绑定至区块链地址，实现可验证且可审计的数据发布。
• TDS 由智能合约进行更新和监控，确保数据一致性，并防止内容提供商发生矛盾或篡改历史数据。
• 数据以前结构化、机器可读的格式（例如 JSON）发布，使智能合约能够轻松解析，而无需额外处理。
• 通过内容提供商对数据批次进行密码学签名，并将证明存储在区块链上，实现高效验证。
• 基于区块链的 API 允许智能合约直接查询内容提供商，通过提供公共数据访问途径，防止审查行为，即使提供商试图阻止请求。
• 通过区块链交易原生支持货币激励，使内容提供商能够为数据验证收费，从而构建可持续的数据馈送生态系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 智能合约如何在不依赖可信第三方或修改 TLS 协议的情况下，安全地消费外部数据馈送？
• RQ2 能否设计一种系统，为智能合约提供数据真实性与高效、结构化的解析能力，同时不引入新的信任假设？
• RQ3 如何激励内容提供商发布真实数据，同时防止其发生矛盾或审查查询行为？
• RQ4 何种架构方法可实现在应用层安全部署认证数据馈送，而无需修改传输层协议？
• RQ5 基于区块链监控的防篡改数据结构能否有效防止数据篡改并确保可审计性，而无需依赖可信硬件或复杂证明机制？

主要发现

• PDFS 在不修改 TLS 栈或依赖可信硬件的情况下，实现了数据真实性与高效验证，降低了部署门槛。
• 该系统通过区块链监控的防篡改数据结构（TDS）防止内容提供商发生矛盾和审查，确保了数据一致性和可审计性。
• 数据以机器可读格式（例如 JSON）结构化存储，使智能合约能够轻松解析，而无需额外转换或处理开销。
• 该解决方案原生支持基于区块链的支付，使内容提供商能够为数据馈送变现，从而支持新型可持续商业模式。
• PDFS 仅需应用层更改，无需协议级标准化或修改现有 TLS 基础设施，可立即投入部署。
• 与先前系统（如 TLS-N、Town Crier 或 TLSNotary）相比，PDFS 避免了昂贵的验证操作，且无需可信硬件或 TLS 栈修改。