[论文解读] When Can a Distributed Ledger Replace a Trusted Third Party?

Thomas Locher, Sebastian Obermeier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2018

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 13被引用 5

一句话总结

本文提出了兩個正式標準——物件創建與內部謂詞驗證——以判斷分散式帳本何時能真正取代可信第三方。研究發現，大多數現實世界應用仍需依賴特定實體的信賴，儘管帳本在不可篡改性和容錯性方面具備技術優勢，但其消除對可信方依賴的能力仍受限制。

ABSTRACT

The functionality that distributed ledger technology provides, i.e., an immutable and fraud-resistant registry with validation and verification mechanisms, has traditionally been implemented with a trusted third party. Due to the distributed nature of ledger technology, there is a strong recent trend towards using ledgers to implement novel decentralized applications for a wide range of use cases, e.g., in the financial sector and sharing economy. While there can be several arguments for the use of a ledger, the key question is whether it can fully replace any single trusted party in the system as otherwise a (potentially simpler) solution can be built around the trusted party. In this paper, we introduce an abstract view on ledger use cases and present two fundamental criteria that must be met for any use case to be implemented using a ledger-based approach without having to rely on any particular party in the system. Moreover, we evaluate several ledger use cases that have recently received considerable attention according to these criteria, revealing that often participants need to trust each other despite using a distributed ledger. Consequently, the potential of using a ledger as a replacement for a trusted party is limited for these use cases.

研究动机与目标

• 確定在何種條件下，分散式帳本能完全取代系統中的可信第三方。
• 識別消除帳本系統中任何單一參與方信賴所需的技術與結構前提。
• 將這些標準應用於知名現實世界應用案例，以評估帳本技術取代信賴的實務可行性。
• 明確帳本技術在實現去中心化信賴方面的限制，特別是在需要現實世界驗證的情境下。
• 區分信賴可由演算法強制執行的應用與需依賴外部、非技術性信賴的應用。

提出的方法

• 作者提出帳本應用案例的抽象模型，將物件創建與謂詞驗證從帳本操作中分離。
• 定義兩項核心標準：(1) 帳本必須控制物件創建，(2) 用於驗證資料的所有謂詞必須能透過帳本的共識機制內部驗證。
• 將該模型應用於分析現實世界應用案例，如供應鏈追蹤、位置追蹤與數位身分登記。
• 針對每一項應用，評估物件創建與謂詞驗證程序是否內建於帳本，或依賴外部可信實體。
• 分析內容包括識別是否必須由非協定實體驗證現實世界事實（例如容器內容、感測器資料），進而導致信賴不可避免。
• 該方法使用形式邏輯評估謂詞（例如「此容器是否存在？」）是否能僅根據帳本狀態與共識規則計算得出。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何種條件下，分散式帳本能完全取代可信第三方，且不依賴任何外部實體？
• RQ2 何時技術上無法將現實世界事實的驗證內建於帳本的共識流程中？
• RQ3 為何許多提出的帳本應用仍需依賴特定實體的信賴，儘管帳本具備不可篡改性與容錯性？
• RQ4 在哪些情境下，外部謂詞可轉化為帳本內部驗證的條件？
• RQ5 什麼因素決定帳本系統能否在不依賴現實世界驗證者的情況下實現端到端信賴？

主要发现

• 大多數現實世界應用，包括供應鏈與位置追蹤，因需依賴現實世界驗證者，未能符合內部謂詞驗證標準。
• 即使帳本確保不可篡改性與共識機制，物件創建與其屬性驗證仍經常依賴外部可信實體，如供應商或GPS報告系統。
• 本文示範感測器-based 謂詞（例如溫度讀數）仍屬外部因素，因感測器為實體裝置，無法在帳本內完全建模或驗證。
• 依賴GPS資料或運輸期間實體檢查的應用無法消除對報告實體的信賴，因GPS訊號可被偽造，且檢查結果無法僅由帳本單獨驗證。
• 研究顯示，僅當帳本同時控制物件創建與謂詞驗證時，以帳本取代可信第三方才具可行性，而此情況在實務中極為罕見。
• 作者結論指出，對於許多應用，特別是涉及現實世界事實者，帳本無法消除對可信第三方的需求，法律或組織機制仍屬必要。