論文の概要: Manifoldchain: Maximizing Blockchain Throughput via Bandwidth-Clustered Sharding

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.16295v1
• Date: Tue, 23 Jul 2024 08:52:51 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-24 17:56:17.003500
• Title: Manifoldchain: Maximizing Blockchain Throughput via Bandwidth-Clustered Sharding
• Title（参考訳）: Manifoldchain: Bandwidth-Clustered Shardingによるブロックチェーンのスループットの最大化
• Authors: Chunjiang Che, Songze Li, Xuechao Wang,
• Abstract要約: 帯域制限は、作業証明ブロックチェーンのスケーリングスループットを妨げる主要なボトルネックである。 ブロックチェーンスループットを最大化するために、遅いマイナの影響を軽減するシャーディングプロトコルであるManifoldchainを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.782016890474873
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Bandwidth limitation is the major bottleneck that hinders scaling throughput of proof-of-work blockchains. To guarantee security, the mining rate of the blockchain is determined by the miners with the lowest bandwidth, resulting in an inefficient bandwidth utilization among fast miners. We propose Manifoldchain, an innovative blockchain sharding protocol that alleviates the impact of slow miners to maximize blockchain throughput. Manifoldchain utilizes a bandwidth-clustered shard formation mechanism that groups miners with similar bandwidths into the same shard. Consequently, this approach enables us to set an optimal mining rate for each shard based on its bandwidth, effectively reducing the waiting time caused by slow miners. Nevertheless, the adversary could corrupt miners with similar bandwidths, thereby concentrating hashing power and potentially creating an adversarial majority within a single shard. To counter this adversarial strategy, we introduce sharing mining, allowing the honest mining power of the entire network to participate in the secure ledger formation of each shard, thereby achieving the same level of security as an unsharded blockchain. Additionally, we introduce an asynchronous atomic commitment mechanism to ensure transaction atomicity across shards with various mining rates. Our theoretical analysis demonstrates that Manifoldchain scales linearly in throughput with the increase in shard numbers and inversely with network delay in each shard. We implement a full system prototype of Manifoldchain, comprehensively evaluated on both simulated and real-world testbeds. These experiments validate its vertical scalability with network bandwidth and horizontal scalability with network size, achieving a substantial improvement of 186% in throughput over baseline sharding protocols, for scenarios where bandwidths of miners range from 5Mbps to 60Mbps.
• Abstract（参考訳）: 帯域制限は、作業証明ブロックチェーンのスケーリングスループットを妨げる主要なボトルネックである。 セキュリティを確保するために、ブロックチェーンのマイニングレートは、最低帯域幅のマイニング者によって決定され、高速マイニング者間で非効率な帯域利用をもたらす。 Manifoldchainは、ブロックチェーンのスループットを最大化するために、遅いマイナの影響を軽減する革新的なブロックチェーンシャーディングプロトコルである。 Manifoldchainは、同じ帯域幅を持つマイナーを同じシャードにグループ化する、バンド幅のクラスタ化されたシャード形成機構を利用する。 提案手法により, 帯域幅に基づいて各シャードの最適マイニング率の設定が可能となり, 遅いマイニングによる待ち時間を効果的に削減できる。 それでも、敵対者は同様の帯域幅で鉱山労働者を腐敗させる可能性があり、それによってハッシュ力を集中させ、1つのシャード内で敵の多数派を創り出す可能性があった。 この敵対的戦略に対抗するために、共有マイニングを導入し、ネットワーク全体の誠実なマイニングパワーを各シャードのセキュアな台帳形成に参加できるようにし、未シャードブロックチェーンと同じレベルのセキュリティを実現する。 さらに、さまざまな採掘率を持つシャード間のトランザクションの原子性を確保するために、非同期な原子コミットメント機構を導入する。 理論解析により, マニフォールドチェーンは, シャード数の増加とともに線形にスループットを拡大し, 各シャードのネットワーク遅延に逆向きにスケールすることを示した。 Manifoldchainの完全なシステムプロトタイプを実装し、シミュレーションと実世界のテストベッドの両方で包括的に評価する。 これらの実験は、ネットワーク帯域幅による垂直スケーラビリティとネットワークサイズによる水平スケーラビリティを検証し、マイナーの帯域幅が5Mbpsから60Mbpsのシナリオにおいて、ベースラインシャーディングプロトコルよりも186%のスループット向上を実現した。

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