論文の概要: Optimal Sharding for Scalable Blockchains with Deconstructed SMR

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.08252v2
• Date: Thu, 11 Jul 2024 14:46:43 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-12 22:28:14.736978
• Title: Optimal Sharding for Scalable Blockchains with Deconstructed SMR
• Title（参考訳）: 分解SMRを用いたスケーラブルブロックチェーンの最適シャーディング
• Authors: Jianting Zhang, Zhongtang Luo, Raghavendra Ramesh, Aniket Kate,
• Abstract要約: Areteは、サイズセキュリティのジレンマを解決するために設計された、最適にスケーラブルなブロックチェーンシャーディングプロトコルである。 Areteの重要なアイデアは、ブロックチェーンのState Machine Replication(SMR)プロセス自体を分割することで、シャードのセキュリティレジリエンス/閾値を改善することだ。 私たちはAreteを実装し、地理的に分散したAWS環境で評価し、Areteが最先端のシャーディングプロトコルより優れていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.432440366479941
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Sharding is proposed to enhance blockchain scalability. However, a size-security dilemma where every shard must be large enough to ensure its security constrains the efficacy of individual shards and the degree of sharding itself. Most existing sharding solutions therefore rely on either weakening the adversary or making stronger assumptions on network links. This paper presents Arete, an optimally scalable blockchain sharding protocol designed to resolve the dilemma based on an observation that if individual shards can tolerate a higher fraction of (Byzantine) faults, we can securely create smaller shards in a larger quantity. The key idea of Arete, therefore, is to improve the security resilience/threshold of shards by dividing the blockchain's State Machine Replication (SMR) process itself. Similar to modern blockchains, Arete first decouples SMR in three steps: transaction dissemination, ordering, and execution. However, unlike other blockchains, for Arete, a single ordering shard performs the ordering task while multiple processing shards perform the dissemination and execution of blocks. As processing shards do not run consensus, each of those can tolerate up to half compromised nodes. Moreover, the SMR process in the ordering shard is lightweight as it only operates on the block digests. Second, Arete considers safety and liveness against Byzantine failures separately to improve the safety threshold further while tolerating temporary liveness violations in a controlled manner. Apart from the creation of more optimal-size shards, such a deconstructed SMR scheme also empowers us to devise a novel certify-order-execute architecture to fully parallelize transaction handling, thereby improving the performance of sharded blockchain systems. We implement Arete and evaluate it on a geo-distributed AWS environment, showing that Arete outperforms the state-of-the-art sharding protocol.
• Abstract（参考訳）: Shardingはブロックチェーンのスケーラビリティを高めるために提案されている。 しかしながら、すべてのシャードがそのセキュリティを確保するのに十分な大きさでなければならない大きさのセキュリティジレンマは、個々のシャードの有効性とシャード自体の程度を制約する。 したがって、既存のシャーディングソリューションの多くは、敵を弱めるか、ネットワークリンクに強い仮定を与えるかに依存する。 本稿では、個別のシャードがより高い(ビザンチン)障害を許容できるならば、より小さなシャードをより多く安全に作成できるという観察に基づいてジレンマを解決するために設計された、最適にスケーラブルなブロックチェーンシャーディングプロトコルであるAreteを提案する。 したがって、Areteの鍵となる考え方は、ブロックチェーンのState Machine Replication(SMR)プロセス自体を分割することで、シャードのセキュリティのレジリエンス/閾値を改善することである。 現代のブロックチェーンと同じように、Areteはまず、トランザクションの拡散、順序付け、実行という3つのステップでSMRを分離する。 しかし、Areteのように他のブロックチェーンとは異なり、単一の順序付けシャードが順序付けタスクを実行し、複数の処理シャードがブロックの拡散と実行を行う。 処理シャードがコンセンサスを実行しないため、それぞれのノードは最大半分の妥協ノードを許容することができる。 さらに、順序付けシャードのSMRプロセスはブロックダイジェストのみで動作するため、軽量である。 第2に、アレテはビザンチンの障害に対する安全と生活を別々に検討し、安全基準をさらに改善するとともに、一時的な生活違反を規制された方法で許容している。 より最適なサイズのシャードの作成とは別に、このような分解されたSMRスキームは、トランザクション処理を完全に並列化するための新しい認証順序実行アーキテクチャを考案する上で、シャード化されたブロックチェーンシステムのパフォーマンス向上にも役立ちます。 私たちはAreteを実装し、地理的に分散したAWS環境で評価し、Areteが最先端のシャーディングプロトコルより優れていることを示す。

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