JP7174719B2 - ブロックチェーンネットワークにおける効率的な伝播のための確率的リレー - Google Patents
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Description
前記ノードの各インターフェイスで処理されるデータ間の相関を表す相関係数を有する相関行列を決定することと、
前記ノードの受信インターフェイスでデータを受信することと、
前記ノードの複数の他のインターフェイスから少なくとも1つの他のインターフェイスを選択し、前記受信されたデータを前記少なくとも1つの他のインターフェイスからリレーすることであり、他のインターフェイスは、前記受信インターフェイスの相関係数の組に従って選択される、ことと
を有する前記方法を提供することが望ましい。
ブロックチェーンネットワークは、他のメンバーからの招待なしで又は承諾なしで、誰でも参加することができるピア・ツー・ピアの非会員制(open-membership)ネットワークとして記載され得る。ブロックチェーンネットワークが動作するブロックチェーンプロトコルのインスタンスを実行する分散した電子デバイスが、ブロックチェーンネットワークに参加し得る。そのような分散した電子デバイスはノードと呼ばれ得る。ブロックチェーンプロトコルは、例えば、ビットコインプロトコル又は他の暗号資産であってよい。
現在のピア・ツー・ピアのビットコインプロトコルは、10のデータメッセージと、13の制御メッセージとを定義する。これに関連して、オブジェクト転送(object transfer)に関係があるデータ又はデータパケットの転送は、個々のトランザクション又はブロックを指すことがある。
・メッセージが復号されなかったこと、
・ブロックが有効でないこと、すなわち、無効なプルーフ・オブ・ワーク又は無効なシグニチャが提供されたこと、
・トランザクションが有効でないこと、すなわち、入力よりも大きい出力値又は無効なシグニチャが提供されたこと、
・ブロックがもはやサポートされていないバージョンを使用していること、
・接続ノードが、拒絶側ノードがサポートしていないプロトコルバージョンを使用していること、
・トランザクションが、以前に拒絶されたトランザクションと同じ入力を使用していること(二重支払い)、
・トランザクションが、リレー又はマイニングされるのに十分な料金又は優先度を有していなかったこと
がある。
1.ノードiは、トランザクションのリストを含むINVメッセージを送信する。
2.ノードjは、以前に知らされたトランザクションのサブセットを要求するGETDATAメッセージにより応答する。
3.ノードiは、要求されたトランザクションを送信する。
・直列化されたトランザクション、
・送信側/受信側ピアへのTCP/IP接続を表す論理インターフェイスID
を含む。
ノードiがインベントリ交換の使用なしで、新しいトランザクションを直接送信することを許可された場合には、トランザクションは、より速い速度でネットワーク内に広められる。ただし、何らかの規制がなければ、ネットワークは氾濫することになる。
・インターフェイスaからピアノードへの伝送のためにトランザクションを処理して、ノードjで受け取られるようにする第1段階r1、
・ノードjがビットコインを介した伝送のためにトランザクションを処理して、ノードkで受け取られるようにする第2段階r2、及び
・ノードkが、インターフェイスbでトランザクションを受信するピアノードiへの伝送のためにトランザクションを処理する第3段階r3
が含まれる。
・ノードがインターフェイス(b)から、他のインターフェイス(a)からの伝送のために処理された同じトランザクションを受け取る場合に、2つのインターフェイスはある程度の相関を共有する。
・ノードiで生成されたトランザクションが所与のjの入力インターフェイスを通じてノードjに届く場合に、ノードiで生成された第2のトランザクションは、高い確率で同じインターフェイスを通じてjに届く。
図8は、ピアノードへ接続される5つのインターフェイスa、b、c、d及びeを有しているノードiについて決定され得る局所相関行列Cの一例である。行列は、着信トラフィックについての相関の程度を表す。この行列の形成及び適用については、以下で記載される。図8に示される値は、例示のためである。
ca=cab+cac+cad+cae=0.2+0.8+0.2+0.2=1.4
インターフェイスaからの着信トランザクションを考えると、ノードは、範囲[mmin,mmax]内のピア数m*へのリレーを実行する。
{ca}=[c0a,c1a,・・・,cam-1]
すなわち、{ca}は、相関係数のリスト又は組であり、この組は、インターフェイスaについての係数を有する。相関インデックスは、図8及び上記の例により、係数の和、すなわち、ca=cab+cac+cad+caeである。
上記の通り、どのインターフェイスが情報をリレーするために使用されるべきかの決定は、行列が変更されない定常状態条件を仮定する。
ノードiが起動するとき、それは、ビットコインネットワークのようなブロックチェーン内の他のノードとのm個のピア接続を初期化する。例えば、全詳細については、Bitcoin Developer Referenceを参照されたい。初期段階で、ノードiは、そのインターフェイスを通るデータ間の相関に対する如何なる情報も有しておらず、それを通る又は流れるデータを表すデータの限られた組を有する。従って、完全なトランザクションのリレーは、ある程度の時間実行されることになる。
f1(m):=m
f2(m):=m2
一般的なノードjの接続は、変更を考慮して時間とともに変化する。そのような変更は、(i)他のノードがネットワークに加わること、(ii)他のノードがネットワークから去ること、及び/又は(iii)他のノードが悪意のある動作をすることのうちのいずれかによる。悪意のあるノードは選択的にブラックリストに登録され、対応する接続は閉じられる。
・相関行列がリセットされる周期リセット
新しいノードごとに、完全なトランザクションリレーが、時間Tbootupに実行される。次いで、ノードjは、ピアノードへ接続される各インターフェイスについてのその新しいm*個の値に対して選択的なリレーを実行する。
・相関行列が更新されるアップデート
所与のインターフェイスαについて、選択された組{c*a}の中のβ個の最高相関インターフェイス(0<β<mmin)は、{c*a}にないβ個の最小相関インターフェイスと交換される。
cd=cda+cdb+cdc+cde=0.2+0.4+0.4+0.6=1.6
{cd}={0.2,0.4,0.4,0.6}
悪意のあるノードは、トランザクションの配布のための確率的モデルを効率的でないものとすることを目的としている。悪意のあるノードは、次の方法のいずれかで機能又は動作することができる。
・悪意のあるノードは、伝播されるはずのトランザクションを伝播しない。この悪意のあるノードへ接続される誠実な(honest)ノードは、他の誠実な(又は悪意のある)ノードからそれらのトランザクションを取得可能であり得る。しかし、マイナーの組が依然としてそれらを受信して、新たにマイニングされたブロックに含めることができるとすれば、ネットワークにおけるトランザクションの完全な配布は不要である。
・悪意のあるノードは、同じ合法トランザクションを複数回伝播する。受信側ノードは、ルックアップテーブルを用いて、以前に受け取られたトランザクションの経過を追うことができる。従って、不正行為は容易に検出可能であり、悪意のあるピアは削除される。
・悪意のあるノードは、無効なトランザクションを伝播する。受信側ノードがトランザクションの妥当性確認を実行する場合に、不正行為は容易に検出可能であり、悪意のあるピアは削除される。
・悪意のあるノードは、膨大な数のダミートランザクションを生成し伝播する。受信側ノードは、ピアからの膨大な有効な着信トランザクションに対して異なる応答をすることができる。それに応えて、(i)受信側は、トランザクションリレーレートを低減するように送信側に求める。問題が解決しない場合に、送信側ピアは削除され、(ii)受信側は、リレーされたトランザクションに対する最低限のトランザクション料金を要求(及びチェック)することができる。これにより、悪意のあるノードにとって攻撃が高価になる。最低限のトランザクション料金が順守されない場合に、送信側ピアは削除され、且つ/あるいは、(iii)送信側ピアは単に削除される。
・トランザクションリレーレートは、個々のノードの処理性能及び帯域幅利用可能性の両方に依存する。この理由により、デフォルトの最大レートは強制されない。
・悪意のあるノードは、単に沈黙を保つことができない。それらは、自身の接続を維持するために、有効なトランザクションを転送しなければならない。
ビットコインネットワーク上のノードインターフェイスからのデータ又はオブジェクトの確率的リレーを含む、本明細書における方法の実装をサポートするために、新しいメッセージタイプが導入され得る。更に、現在のピア・ツー・ピアのビットコインプロトコルに関して先に詳述された現在のメッセージタイプのいくつは、もはや使用されず、一方、以下で記載されていないメッセージタイプは、ビットコインP2Pプロトコルに対して変更されない。
他のノードに1以上のデータオブジェクトを要求するメッセージGETDATAはもはや使用されないか、あるいは使用から外される。同様に、送信側ピアが知っているオブジェクトの1以上のインベントリを送信するメッセージINVはもはや使用されないか、あるいは使用から外される。GETDATAに対する応答としてのNOTFOUNDメッセージはもはや使用されないか、あるいは使用から外される。
ピアが依然として接続されていることを確認するためのPINGメッセージ及びPONGメッセージは取り除かれる。悪意のあるノードのような無言のノードは、上記の通りに管理される。メッセージFEEFILTERは変更されないままである。しかし、料金閾値を順守しないピアは削除される。
・TEMPメッセージは、ピアが依然として動作しているかどうかを、そのインターフェイスから着信トラフィックが受信されないためにチェックするようノードが求められる場合に、使用される。(任意の短い時間Ttempの)一時リレー要求TEMPは、前記インターフェイスへ接続されたピアへ送られる。受信側ピアがリレーを開始するが、所与の時間窓Tempを順守しない場合に、それは行列から削除される。
・FLOWメッセージは、ノードがピアに局所フロー制御に従ってトランザクションリレーレート(1秒あたりのトランザクションの数)を変更するよう要求する場合に、使用される。レートは、増大、低減、又は一時的にサスペンド(リレーレート=0)されてよい。受信側ピアが新しいリレーレートを順守しない場合に、それは削除される。新しいFLOW要求は、現在のリレーレートを変更するために必要とされる。受信側ピアがリレーと再開するために第2のFLOW要求を受信しない場合に、それは送信側を削除する。
・MINFEEメッセージは、ノードが最低限のトランザクション料金によってフィルタをかけられたトランザクションを受け取るよう求められる場合に、使用される。最低限の値は、個々のトランザクション及び/又は、複数のトランザクションが単一のIPパケットに収まる場合には料金の合計に対して、セットされ得る。受信側ピアがトランザクション料金の制限を順守しない場合に、それは削除される。
今日のビットコインネットワークは、計算作業の観点から、マイニングを中心としている。トランザクションの量が大幅に増えると、これは必ずしも実現可能になるとは限らない。本明細書で記載される解決法により、ビットコインネットワークは大量のトランザクションの伝播を処理可能となる。
Claims (19)
- ブロックチェーンネットワークのノードのための、コンピュータにより実施される方法であって、前記ノードは、ピアノードへ接続される複数のインターフェイスを有する、前記方法において、
前記ノードの各インターフェイスで処理されるデータ間の相関を表す相関係数を有する相関行列を決定することと、
前記ノードの受信インターフェイスでデータを受信することと、
前記ノードの複数の他のインターフェイスから少なくとも1つの他のインターフェイスを選択し、前記受信されたデータを前記少なくとも1つの他のインターフェイスからリレーすることであり、他のインターフェイスは、前記受信インターフェイスの相関係数の組に従って選択される、ことと
を有する前記方法。 - 前記相関行列からインジケータが導出され、
前記受信インターフェイスと前記少なくとも1つの他のインターフェイスとの間の相関が前記インジケータよりも低い場合に、データはリレーされる、
請求項1に記載の方法。 - 前記インジケータは、メトリックを決定するために使用され、該メトリックは、前記複数の他のインターフェイスの中のどれを選択してデータをリレーするかを選択する基準を設定する、
請求項2に記載の方法。 - 前記データは、直列化されたトランザクションを表すネットワークパケットと、隣接又はピアノードへの接続を表す識別とに存在する、
請求項1に記載の方法。 - 前記ノードは、
(i)各インターフェイスを通じて処理されたデータの各パケットのデータ識別子と、
(ii)インターフェイスの対を通じて処理された同一トランザクションと
をモニタすることによって前記相関行列を構築し、それからいずれか2つのインターフェイス間の相関係数を決定する、
請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の方法。 - 前記インジケータは、
ピアノードへ接続される各インターフェイスについて、前記相関行列から導出される相関係数の組を決定し、該組は、各インターフェイス間の相関係数を有する、ことと、
前記組から平均又は中央値を導出することと
によって決定される、
請求項2に記載の方法。 - データをリレーすることは、
(i)ノード始動又は起動からの時間であるリセット時間と、
(ii)新しいピアノードがインターフェイスへ接続されること、インターフェイスへの接続の終了、及びノードへ接続するインターフェイスが悪意的であると分類又は判断されることのうちの少なくとも1つを含む変更イベント間の時間である変更時間と
のうちの少なくとも1つに更に基づく、
請求項2に記載の方法。 - ノード始動時に、前記ノードはピアノードと接続し、前記相関行列が構築される前記リセット時間の期間中に全てのインターフェイスを介してデータをリレーし、前記期間が過ぎた後に、前記ノードは、前記受信インターフェイスと前記他のインターフェイスとの間の相関が前記インジケータよりも低い場合には全てのデータをリレーする、
請求項10に記載の方法。 - 変更イベントを検出すると、前記相関行列がリセット及び再決定される、
請求項10又は11に記載の方法。 - 変更イベントを検出すると、前記ノードは、前記受信インターフェイスと前記他のインターフェイスとの間の相関が前記インジケータを上回る場合に前記ノードからインターフェイスを介して全てのオブジェクトをリレーする、
請求項10又は11に記載の方法。 - インターフェイスからのピアノードの切断を検出すると、前記相関行列はリセット及び再決定される、
請求項10又は11に記載の方法。 - 新しいピアノードとインターフェイスとの間の接続を検出すると、該インターフェイスは、
(i)前記リセット時間の期間及び/又は
(ii)前記変更時間
の間に全てのインターフェイスを介してデータをリレーする、
請求項10又は11に記載の方法。 - 実行されるときに、請求項1乃至15のうちいずれか一項に記載の方法を実行するようにプロセッサを構成するコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読記憶媒体。
- インターフェイスデバイスと、該インターフェイスデバイスへ結合される1以上のプロセッサと、該1以上のプロセッサへ結合されるメモリとを有し、
前記メモリは、実行されるときに、請求項1乃至15のうちいずれか一項に記載の方法を実行するように前記1以上のプロセッサを構成するコンピュータ実行可能命令を記憶している、
電子デバイス。 - ブロックチェーンネットワークのノードであって、
請求項1乃至15のうちいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成される前記ノード。 - 請求項18に記載のノードを有するブロックチェーンネットワーク。
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