TrueBit: ブロックチェーン向けスケーラブルな検証ソリューション

目次

1. 経済学による計算の保護

BitcoinやEthereumのようなNakamotoコンセンサスに基づく暗号通貨は、ブロックチェーンとして知られる金融取引の確定的な公開台帳を提供します。このコンセンサス技術は基本的なBitcoin取引を可能にし、Ethereum取引はスマートコントラクトを通じてより複雑な計算スクリプトを実行します。

匿名のマイナーが中央機関なしに取引の有効性を決定しますが、ブロックチェーンの完全性は最小限の検証負荷に依存しています。歴史上最も強力な計算リソースを持っているにもかかわらず、BitcoinとEthereumは検証者のジレンマにより、典型的なスマートフォン以上の検証能力を提供していません。

1.1 アウトソーシング計算

本システムは、Ethereumネットワークへの安全なアウトソーシング計算を可能にし、ユーザーが複雑な計算に対して正しい答えを受け取りながら、ブロックチェーンのセキュリティを維持できます。

1.2 実用的な影響

即時のアプリケーションには、Ethereumスマートコントラクトによって運営される分散型マイニングプール、スケーラブルなトランザクション処理能力を持つ暗号通貨、および分離された暗号通貨システム間でのトラストレスな通貨転送が含まれます。

1.3 スマートコントラクト

Ethereumスマートコントラクトは、計算スクリプト評価に依存する複雑な金融およびデータベース操作を可能にし、TrueBitの検証システムの基盤を提供します。

2. TrueBitの仕組み

TrueBitは、多用途の「検証ゲーム」という形態をとる紛争解決レイヤーの上に構築された金融インセンティブレイヤーで構成されています。この2層アーキテクチャにより、Ethereum上でのスケーラブルな計算が可能になりながら、セキュリティ保証を維持します。

2.1 システム特性

本システムは、注意深く設計された経済的メカニズムを通じて、計算の完全性、活性、およびインセンティブ互換性を提供します。

2.2 前提条件

TrueBitは、合理的な経済主体と、セキュリティを維持するためにシステム内に少なくとも1人の正直な検証者が存在することを前提としています。

2.3 攻撃者モデル

本プロトコルは、洗練されたインセンティブ構造を通じて、Sybil攻撃、共謀プール、経済的悪用を含む様々な攻撃ベクトルに対して防御します。

3. 紛争解決レイヤー

TrueBitの核心的な革新は、計算結果の効率的な紛争解決を可能にする検証ゲームです。

3.1 ボトルネック：検証者のジレンマ

検証者のジレンマは、マイナーが複雑な計算を検証する十分なインセンティブを持たない場合に発生し、無効な取引がブロックチェーンに含まれる可能性があります。これは、7月4日のBitcoinフォークとEthereumの2016年サービス拒否攻撃で明らかになりました。

3.2 解決策：検証ゲーム

検証ゲームは、インタラクティブ証明システムと二分探索プロトコルを使用して、オンチェーンリソースを最小限に抑えながら、効率的に計算エラーを特定します。

3.3 詳細なプロトコル

本プロトコルは、検証者がソルバーの計算に挑戦する複数ラウンドを含み、紛争は段階的な実行検証を通じて解決されます。

3.4 実行時間とセキュリティ分析

本システムは、計算サイズに対する紛争解決の対数複雑性を達成し、大規模計算に対して実用的です。

4. インセンティブレイヤー

経済レイヤーは、注意深く調整された報酬とペナルティを通じて、正直な参加を保証します。

4.1 ジャックポット

ランダム化されたジャックポット報酬は、検証者が検証プロセスに積極的に参加する経済的インセンティブを提供します。

4.2 税金

取引税金はインセンティブプールを資金調達し、検証エコシステムの持続可能な運用を保証します。

4.3 デポジット

ソルバーと検証者からのセキュリティデポジットは、悪意のある行動を妨げる経済的利害関係を作り出します。

4.4 強制エラーの生成

本システムは、検証者の警戒心をテストし、積極的な参加を保証するために、意図的に強制エラーを導入します。

4.5 ソルバーと検証者の選出

参加者は、システムの不正利用を防ぐランダムサンプリングメカニズムを通じて選出されます。

4.6 プロトコル概要

完全なプロトコルは、紛争解決と経済的インセンティブを一貫したシステムに統合します。

4.7 サニティチェック

複数の検証メカニズムがシステムの完全性を保証し、悪用を防止します。

5. 防御策

TrueBitは、様々な攻撃ベクトルに対する洗練された防御策を組み込んでいます。

5.1 ペアワイズSybil攻撃

本システムは、経済的障壁と本人確認メカニズムを通じてSybil攻撃を防止します。

5.2 トリフェクタ

3つの補完的な防御メカニズムが連携して、堅牢なセキュリティ保証を提供します。

5.3 共謀プール

経済的抑止力とランダムサンプリングが参加者間の共謀を防止します。

5.4 低い果実について

本システムは、通常検証システムを悪用する一般的な攻撃ベクトルに対処します。

5.5 現金等価性問題

経済的メカニズムは、インセンティブがシステムセキュリティと整合性を保つことを保証します。

6. 実装

TrueBitの実装には、TrueBit仮想マシンと、シームレスな操作のためのEthereumスマートコントラクトとの統合が含まれます。

7. アプリケーション

本プロトコルは、基本的な計算検証を超えた多数の実用的なアプリケーションを可能にします。

7.1 実用的な分散型プールマイニング

スマートコントラクトによって運営される分散型マイニングプールは、中央の障害点を排除します。

7.2 Dogecoin-Ethereumブリッジ

暗号通貨システム間のトラストレスなブリッジは、シームレスな価値転送を可能にします。

7.3 スケーラブルなトランザクション処理能力

TrueBitは、大幅に高いトランザクション容量を持つ暗号通貨を可能にします。

7.4 ビッグデータシステムへの展開

本アーキテクチャは、ブロックチェーンネットワーク上の大規模データ処理をサポートします。

独自分析

技術詳細

実験結果

コード例

// ソルバーがタスクを提出
function submitTask(bytes memory code, bytes memory input) public payable {
    require(msg.value >= MIN_DEPOSIT);
    
    Task memory newTask = Task({
        solver: msg.sender,
        code: code,
        input: input,
        deposit: msg.value,
        status: TaskStatus.Pending
    });
    
    tasks[taskCounter] = newTask;
    emit TaskSubmitted(taskCounter, msg.sender);
    taskCounter++;
}

// 検証者が結果に異議を唱える
function challengeResult(uint taskId, bytes memory claimedOutput) public {
    require(tasks[taskId].status == TaskStatus.Pending);
    
    challenges[taskId] = Challenge({
        verifier: msg.sender,
        claimedOutput: claimedOutput,
        round: 0
    });
    
    initiateVerificationGame(taskId);
}

// 紛争解決のための二分探索プロトコル
function performBisection(uint taskId, uint step) public {
    Challenge storage challenge = challenges[taskId];
    
    // 単一ステップを実行しMerkle証明を提供
    (bytes32 stateHash, bytes32 proof) = executeStep(
        tasks[taskId].code, 
        tasks[taskId].input, 
        step
    );
    
    // 検証のためにステップ実行を提出
    emit StepExecuted(taskId, step, stateHash, proof);
    
    // エラーが特定されるまで二分探索を継続
    if (challenge.round < MAX_ROUNDS) {
        challenge.round++;
    } else {
        resolveFinalStep(taskId, step);
    }
}

将来のアプリケーション

参考文献