arXivで「Blockchain」で検索した新着論文の概要をDeepLで翻訳しています。
ブロックチェーンを活用したエッジネットワークにおけるAI生成コンテンツ（AIGC）製品のライフサイクル管理について
Published at 2023/03/06 11:06:13 (JST)
Blockchain-Empowered Lifecycle Management for AI-Generated Content (AIGC) Products in Edge Networks
人工知能が生成するコンテンツ（AIGC）の急速な発展は、サービスの遅延、セキュリティ、信頼性に関して困難な課題をもたらしている。最近、研究者はエッジAIGCパラダイムを発表し、AIGCサービスをエッジデバイスに分散することでサービス遅延を効果的に最適化しました。しかし、AIGC製品はまだ保護されておらず、改ざんや盗用に対して脆弱である。さらに、一種のオンライン・ノンファンジブル・デジタル・プロパティとして、AIGC製品の自由な流通は、オープンネットワークにおける信頼性の欠如によって妨げられている。本稿では、エッジAIGC製品のライフサイクルを管理するための、ブロックチェーンを活用したフレームワークを初めて紹介する。具体的には、まず不正証明を活用して、Proof-of-AIGCと呼ばれるAIGCの所有権と著作権を保護するプロトコルを提案する。次に、匿名ユーザー間の資金-AIGC所有権交換の正当かつタイムリーな実行を保証するインセンティブメカニズムを設計する。さらに、多重主観的論理に基づく評価スキームを構築し、AIGCの生産者がどのエッジサービスプロバイダが自分たちのサービスを扱うのに信頼できるかを判断できるようにする。数値結果を通じて、提案アプローチの優位性を実証する。最後に、さらなる研究のための重要な方向性について議論する。
The rapid development of Artificial IntelligenceGenerated Content (AIGC) has brought daunting challenges regarding service latency, security, and trustworthiness. Recently, researchers presented the edge AIGC paradigm, effectively optimize the service latency by distributing AIGC services to edge devices. However, AIGC products are still unprotected and vulnerable to tampering and plagiarization. Moreover, as a kind of online non-fungible digital property, the free circulation of AIGC products is hindered by the lack of trustworthiness in open networks. In this article, for the first time, we present a blockchain-empowered framework to manage the lifecycle of edge AIGC products. Specifically, leveraging fraud proof, we first propose a protocol to protect the ownership and copyright of AIGC, called Proof-of-AIGC. Then, we design an incentive mechanism to guarantee the legitimate and timely executions of the funds-AIGC ownership exchanges among anonymous users. Furthermore, we build a multi-weight subjective logic-based reputation scheme, with which AIGC producers can determine which edge service provider is trustworthy and reliable to handle their services. Through numerical results, the superiority of the proposed approach is demonstrated. Last but not least, we discuss important open directions for further research.
意味的再構成によるモーダルバランスのとれたBlockChainの構築
Published at 2023/03/04 23:32:46 (JST)
Building a Modal-balanced BlockChain with Semantic Reconstruction
現在の大規模なブロックチェーン・システム（BTCライトニング・ネットワーク、イーサリアムなど）は、一般的に永続率の低さとストレージ・コストの高さという問題に直面している。そのため、ユーザーは既存のブロックチェーンシステムに単一のモーダル（テキスト）情報を保存する傾向がある。セマンティックコミュニケーションアルゴリズムに触発された本稿では、ブロックチェーン上のテキストとビジュアルモダルの間の深刻な不均衡を解決するための新しいアルゴリズムを提示する。元の視覚画像のセマンティックサンプリング後、得られたセマンティックテキストはオンチェーン上に保存され、エンドユーザーは相対的最適セマンティック同位体選択アルゴリズムを用いてセマンティックに類似した画像を再構築することができる。DIV2Kデータセットでの実験によれば、我々のアルゴリズムを用いたブロックチェーンは、許容可能な意味的情報損失で、元の視覚データに対して43万倍の保存容量と55万倍の永続率を達成できる。
The current large blockchain systems (BTC Lightning network, Ethereum, etc.) are generally facing the problems of low persistence rates and high storage costs. Therefore, users tend to store single modal (textual) information on the existing blockchain systems. Inspired by semantic communication algorithms, this paper presents a new algorithm to solve the serious imbalance between textual and visual modals on blockchains. After semantic sampling of the original visual image, the resulting semantic text will be stored on the chain, and the end users can reconstruct a semantically similar image using the Relative Optimal Semantic Isotope Selection algorithm. Experiments on the DIV2K dataset show that the blockchain with our algorithm can achieve 430,000 times the storage capacity and 550,000 times the persistence rate for the original visual data with acceptable semantic information loss.
グラフニューラルネットワークを用いた教育用ブロックチェーンのスマートコントラクト脆弱性検出の試み
Published at 2023/03/08 18:58:58 (JST)
Graph Neural Networks Enhanced Smart Contract Vulnerability Detection of Educational Blockchain
ブロックチェーン技術の発展に伴い、ブロックチェーンと教育の接点に注目が集まり、ブロックチェーン技術に基づく様々な教育評価システムやE-ラーニングシステムが開発されています。中でも、イーサリアムのスマートコントラクトは、「イベントトリガー」の仕組みにより、教育インテリジェント取引システムやインテリジェント学習プラットフォームを構築できることから、開発者に支持されている。しかし、ブロックチェーンの不変性により、公開されたスマートコントラクトは修正できないため、問題のあるコントラクトは教育ブロックチェーン内のコードを修正することで修正することができません。近年、スマートコントラクトの脆弱性に起因するセキュリティインシデントにより、莫大な財産損失が発生しており、教育用ブロックチェーンにおけるスマートコントラクトの脆弱性の検出は大きな課題となっています。この問題を解決するために、本論文では、教育用ブロックチェーンにおけるスマートコントラクトのグラフニューラルネットワーク（GNN）ベースの脆弱性検出を提案する。まず、バイトコードを分解して、オペコードを取得する。次に、基本ブロックを分割し、オペコードの実行ロジックに従った基本ブロック間のエッジを追加する。そして、制御フローグラフ(CFG)を構築する。最後に、脆弱性検出のためのGNNベースのモデルを設計した。実験結果は、提案手法がスマートコントラクトの脆弱性検出に有効であることを示す。従来のアプローチと比較すると、GCNモデルの少ないレイヤーで良好な結果を得ることができ、コントラクトバイトコードとGCNモデルが脆弱性検出において効率的であることを示している。
With the development of blockchain technology, more and more attention has been paid to the intersection of blockchain and education, and various educational evaluation systems and E-learning systems are developed based on blockchain technology. Among them, Ethereum smart contract is favored by developers for its ``event-triggered" mechanism for building education intelligent trading systems and intelligent learning platforms. However, due to the immutability of blockchain, published smart contracts cannot be modified, so problematic contracts cannot be fixed by modifying the code in the educational blockchain. In recent years, security incidents due to smart contract vulnerabilities have caused huge property losses, so the detection of smart contract vulnerabilities in educational blockchain has become a great challenge. To solve this problem, this paper proposes a graph neural network (GNN) based vulnerability detection for smart contracts in educational blockchains. Firstly, the bytecodes are decompiled to get the opcode. Secondly, the basic blocks are divided, and the edges between the basic blocks according to the opcode execution logic are added. Then, the control flow graphs (CFG) are built. Finally, we designed a GNN-based model for vulnerability detection. The experimental results show that the proposed method is effective for the vulnerability detection of smart contracts. Compared with the traditional approaches, it can get good results with fewer layers of the GCN model, which shows that the contract bytecode and GCN model are efficient in vulnerability detection.
ガス料金固定型ブロックチェーンにおけるMEV。テラ・クラシックを研究事例として
Published at 2023/03/08 06:28:13 (JST)
MEV in fixed gas price blockchains: Terra Classic as a case of study
最大抽出可能値（MEV）は広範囲に研究されています。ほとんどの論文で、研究者はほとんどイーサリアム・ブロックチェーンを使用しています。イーサリアムや他のブロックチェーンは動的なガス価格を持っていますが、これはすべてのブロックチェーンに当てはまるわけではなく、多くのブロックチェーンはガス価格が固定されています。ガス価格が固定されている他のブロックチェーンに研究を拡張することで、MEVに関する既存の研究の範囲を広げることができます。我々の知る限り、ガス価格固定のブロックチェーンにおけるMEVについての膨大な理解はありません。そこで、MEV活動が固定ガス価格のブロックチェーンにどのような影響を与えるかを理解するために、Terra Classicを例として研究することを提案します。我々はまず、2022年5月のUSTデペグイベント前のTerra Classicのデータを分析し、利用された裁定機会の性質について説明した。その結果、188K以上の裁定取引に成功し、そのほとんどがUSTをイニシャルトークンとして使用していた。アービトラージを行うための資本は、50％のケースで1K UST未満であり、アービトラージの80％は4回未満のスワップであった。次に、より高いMEVに帰結する特徴を探った。その結果、より複雑なメカニズム、すなわち異なる契約や口座を使用するサーチャーがより高い利益を上げていることがわかった。最後に、最も収益性の高い検索者は、マルチインスタンス環境でボットを実行する戦略、つまり異なる仮想マシンでボットを実行する戦略を用いていると結論づけました。ボットを実行する仮想マシンの地理的な分布の重要性を測定しました。その結果、地理的な分布が良好であることが、裁定機会の勝敗を分けることがわかりました。それは、イーサリアムのMEV抽出とは異なり、固定ガス価格のブロックチェーンにおけるボットは、ガス戦争ではなく、レイテンシー戦争で戦っているためです。
Maximum extractable value (MEV) has been extensively studied. In most papers, the researchers have worked with the Ethereum blockchain almost exclusively. Even though, Ethereum and other blockchains have dynamic gas prices this is not the case for all blockchains; many of them have fixed gas prices. Extending the research to other blockchains with fixed gas price could broaden the scope of the existing studies on MEV. To our knowledge, there is not a vast understanding of MEV in fixed gas price blockchains. Therefore, we propose to study Terra Classic as an example to understand how MEV activities affect blockchains with fixed gas price. We first analysed the data from Terra Classic before the UST de-peg event in May 2022 and described the nature of the exploited arbitrage opportunities. We found more than 188K successful arbitrages, and most of them used UST as the initial token. The capital to perform the arbitrage was less than 1K UST in 50% of the cases, and 80% of the arbitrages had less than four swaps. Then, we explored the characteristics that attribute to higher MEV. We found that searchers who use more complex mechanisms, i.e. different contracts and accounts, made higher profits. Finally, we concluded that the most profitable searchers used a strategy of running bots in a multi-instance environment, i.e. running bots with different virtual machines. We measured the importance of the geographic distribution of the virtual machines that run the bots. We found that having good geographic coverage makes the difference between winning or losing the arbitrage opportunities. That is because, unlike MEV extraction in Ethereum, bots in fixed gas price blockchains are not battling a gas war; they are fighting in a latency war.
ブロックチェーンと暗号通貨を詳細にレビューします。
Published at 2023/03/11 01:11:53 (JST)
A detailed review of blockchain and cryptocurrency
暗号通貨は、私たちが最近耳にしたことのあるもので、おそらくビットコインが先行しており、その価格が10年以上にわたって急騰しています。この暗号通貨は、ブロックチェーンという安全なデータ型に基づくものであり、最近人気のある技術である。本稿では、ブロックチェーンの概念とその潜在的な応用について、特に暗号通貨について詳しく解説し、ブロックチェーン・ドバイの詳細なケーススタディも紹介する。
Cryptocurrency is something that we have all heard about recently, most likely preceded by bitcoin, and how much its prices have boomed over the decade. These cryptocurrencies are actually based on blockchain, a secure datatype, and recently popular form of technology. This paper gives a detailed review about the concept of blockchain and its potential applications, especially elaborating on cryptocurrency, and it also contains a detailed case study of blockchain Dubai.
モノのインターネットにおけるブロックチェーンの活用：アンケート調査
Published at 2023/03/09 15:27:19 (JST)
Use of blockchain in the internet of things: a survey
本稿では、BCに関するビジネスと技術を通じて共通言語を作ることで、BC技術の包括的かつ高度な技術的概要を説明する。そして、BC技術の概要、アーキテクチャ、分類、課題などを提示する。最後に、BC技術に基づく次世代IoTアプリケーションを展開する前に取り組まなければならない、再検索者へのいくつかの推奨事項を提示する。
This paper provides a comprehensive and high level technical overview of BC technology by creating a common language through business and technology about BC. Then an overview of a BC technology, its architectures, classification, challenges, etc. is presented. Finally, some recommendations are provided to re-searchers that will have to be tackled before deploying the next generation of IoT applications based on BC technology.
ブロックチェーンを活用した信頼性の高いデータ共有。基礎、応用、そして課題
Published at 2023/03/12 11:56:52 (JST)
Blockchain-Empowered Trustworthy Data Sharing: Fundamentals, Applications, and Challenges
オープンデータに対する社会的要求の高まりや、特定のデータの公開を義務付ける法律の制定に伴い、さまざまなデータ共有プラットフォームが登場している。しかし、これらのプラットフォームの多くは不透明なままであり、データの正確性、出所や系統、プライバシーへの影響、同意の管理、データ提供者に対する公正なインセンティブの欠如など、多くの疑問が残されています。透明性、不変性、否認防止、分散化といった特性を持つブロックチェーンは、こうした疑問に答え、データ共有プラットフォームに対する信頼を高めるのにこれ以上ないほど適しています。しかし、ブロックチェーンは、性能、スケーラビリティ、コストが限られているため、ビッグデータの4つの側面（すなわち、量、多様性、速度、真実性）を扱うには不向きです。ブロックチェーンを用いた信頼性の高いデータ共有ソリューションが多くの関連作品から提案されている中、共有メカニズム、共有サービス、サービスの質、アプリケーションの観点から、これらの技術やプラットフォームを理解し選択することに混乱と困難が増しています。本稿では、このギャップを埋めるために、ブロックチェーンベースのデータ共有アーキテクチャとアプリケーションに関する包括的なサーベイを実施する。まず、ブロックチェーンの基礎を紹介し、現在のデータ共有技術の課題を議論する。第二に、ブロックチェーンとデータ共有の融合に焦点を当て、この状況を明確に把握し、ブロックチェーンベースのデータ共有のための参照アーキテクチャを提案します。第三に、ヘルスケアやスマートグリッドから交通機関や脱炭素化まで、ブロックチェーンベースのデータ共有の産業応用について説明します。各アプリケーションについて、ブロックチェーンベースのデータ共有の展開のための教訓を提供します。最後に、研究課題とオープンな研究の方向性について議論します。
Various data-sharing platforms have emerged with the growing public demand for open data and legislation mandating certain data to remain open. Most of these platforms remain opaque, leading to many questions about data accuracy, provenance and lineage, privacy implications, consent management, and the lack of fair incentives for data providers. With their transparency, immutability, non-repudiation, and decentralization properties, blockchains could not be more apt to answer these questions and enhance trust in a data-sharing platform. However, blockchains are not good at handling the four Vs of big data (i.e., volume, variety, velocity, and veracity) due to their limited performance, scalability, and high cost. Given many related works proposes blockchain-based trustworthy data-sharing solutions, there is increasing confusion and difficulties in understanding and selecting these technologies and platforms in terms of their sharing mechanisms, sharing services, quality of services, and applications. In this paper, we conduct a comprehensive survey on blockchain-based data-sharing architectures and applications to fill the gap. First, we present the foundations of blockchains and discuss the challenges of current data-sharing techniques. Second, we focus on the convergence of blockchain and data sharing to give a clear picture of this landscape and propose a reference architecture for blockchain-based data sharing. Third, we discuss the industrial applications of blockchain-based data sharing, ranging from healthcare and smart grid to transportation and decarbonization. For each application, we provide lessons learned for the deployment of Blockchain-based data sharing. Finally, we discuss research challenges and open research directions.
ネットワーク規模の分散型ブロックチェーンの最適なエンドースメント
Published at 2023/03/12 02:15:49 (JST)
Optimal endorsement for network-wide distributed blockchains
ブロックチェーンは、非信頼環境において信頼性と不変性を提供しますが、多くはレイテンシーに敏感なアプリケーションには十分な速度ではありません。Hyperledger Fabric（HF）は、クラウドプロバイダーがBlockchain-as-a-Service（BaaS）として提供しているエンタープライズレベルの共通プラットフォームである。HFでは、新しい取引のたびに、組織と呼ばれる複数の相互に信頼できない当事者による事前の承認が必要で、これがブロックチェーンに取引を保存する際の遅延の一因となっています。エンドースメントポリシーは各アプリケーションに固有のものであり、関係する組織のエンドーサーピア（EP）による必要な承認を定義している。本論文では、入力されたエンドースメントポリシーが与えられた場合、エンドースメント要求を適切なEPに分配するための最適な選択について研究しました。ネットワーク遅延とEPでの処理時間の両方による遅延を最小化するために考案されたOPENアルゴリズムを提案した。シミュレーションにより、OPENは最新のソリューションと比較して、エンドースメントの待ち時間を最大70%削減できることを示し、導入された最適なポリシーをよく近似する一方で、それらのポリシーと比較して実装オーバーヘッドがごくわずかであることを明らかにした。
Blockchains offer trust and immutability in non-trusted environments, but most are not fast enough for latency-sensitive applications. Hyperledger Fabric (HF) is a common enterprise-level platform that is being offered as Blockchain-as-a-Service (BaaS) by cloud providers. In HF, every new transaction requires a preliminary endorsement by multiple mutually untrusted parties called organizations, which contributes to the delay in storing the transaction in the blockchain. The endorsement policy is specific to each application and defines the required approvals by the endorser peers (EPs) of the involved organizations. In this paper, given an input endorsement policy, we studied the optimal choice to distribute the endorsement requests to the proper EPs. We proposed the OPEN algorithm, devised to minimize the latency due to both network delays and the processing times at the EPs. By extensive simulations, we showed that OPEN can reduce the endorsement latency up to 70% compared to the state-of-the-art solution and approximated well the introduced optimal policies while offering a negligible implementation overhead compared to them.
ブロックチェーン型分散型投票システム セキュリティの視点。デジタル投票システムの安全・安心のために
Published at 2023/03/11 13:52:46 (JST)
本研究では、主にBlock-Chainを利用した投票システムに焦点を当て、有権者、候補者、関係者の投票への参加と管理を容易にするものです。バックエンドにブロックチェーンを使用することで、誰もが不正投票を追跡することができるため、私たちのシステムは非常に安全です。この論文では、Aadharカード番号やOTPなどのユニークな識別情報を生成し、ユーザーが投票システムを利用して投票できるようにすることを目的としています。ビットコインの提案は、貨幣の生産、所有権の移転、取引の検証のために中央当局が決定する仮想通貨システムであり、ブロックチェーンシステムにおけるピアツーピアネットワークを含む。台帳は、異なるプロセスによってホストされ更新される複数の同一のデータベースにわたって複製され、あるノードに変更が加えられ取引が発生すると他のすべてのノードも同時に更新され、価値と資産の記録は永久的に交換され、ユーザーとシステムのみが確認されれば他の認証を必要としない。ブロックチェーンを利用したシステムで行われた取引は、安全性、検証性、透明性を保ちながら、数秒で決済されることになる。ブロックチェーン技術は、ビットコインや他のデジタル通貨の基盤であると同時に、他の多くの分野の困難を大幅に軽減するために広く適用される可能性があります。投票分野は、取引が分散された安全な方法で保持されているという事実にもかかわらず、セキュリティ不足、中央集権、管理問題など、多くの問題を抱えている分野なのです。
This research study focuses primarily on Block-Chain-based voting systems, which facilitate participation in and administration of voting for voters, candidates, and officials. Because we used Block-Chain in the backend, which enables everyone to trace vote fraud, our system is incredibly safe. This paper approach any unique identification the Aadhar Card number or an OTP will be generated then user can utilise the voting system to cast his/her vote. A proposal for Bit-coin, a virtual currency system that is decided by a central authority for producing money, transferring ownership, and validating transactions, included the peer-to-peer network in a Block-Chain system, the ledger is duplicated across several, identical databases which is hosted and updated by a different process and all other nodes are updated concurrently if changes made to one node and a transaction occurs, the records of the values and assets are permanently exchanged, Only the user and the system need to be verified no other authentication required. If any transaction carried out on a block chain-based system would be settled in a matter of seconds while still being safe, verifiable, and transparent. Although block-chain technology is the foundation for Bitcoin and other digital currencies but also it may be applied widely to greatly reduce difficulties in many other sectors, Voting is the sector that is battling from a lack of security, centralized-authority, management-issues, and many more despite the fact that transactions are kept in a distributed and safe fashion.
シェアリングエコノミーのコモンズ互換な実装。ブロックチェーンを活用したオープンソースの仲介
Published at 2023/03/14 19:56:50 (JST)
A Commons-Compatible Implementation of the Sharing Economy: Blockchain-Based Open Source Mediation
直接交換を核とするネットワーク経済的なシェアリングエコノミーは、コモンズとプラットフォーム経済の両輪で実施されている。この背景には、信頼、共同消費、民主的管理の重要性の高まりと、限界費用ゼロに近い、オープンソースによる貢献、デジタル変革といった技術的進歩がある。このようなコモンズベースの推進力と同時に、商業と私的交換の間のグレーゾーンは、中央のプラットフォーム経済学者による労働、安全、税制の規制を悪用するために利用されています。中央の仲介者の代わりに、ブロックチェーン技術は、自立したPeer-to-Peerネットワーク内でProof-of-Work（PoW）を使用した分散型の合意形成を可能にするものである。したがって、ブロックチェーンに基づくオープンソースの仲介は、シェアリングエコノミーのコモンズと互換性のある実装を提供すると思われる。本論文は、専門家へのインタビューと構造化されたコンテンツ分析に基づき、ブロックチェーンを応用したSardexとInterlaceの質的ケーススタディを通じて調査される。最もコモンズと互換性のある実装を検出するために、従来のプラットフォーム仲介者、PoW付きオープンソースブロックチェーン、インターレースの許可制ブロックチェーンアプローチによる異なる実装オプションが比較される。次の対決は演繹的な基準に基づいており、コモンズに基づくシェアリングエコノミーの固有の特徴を示している。
The network economical sharing economy, with direct exchange as a core characteristic, is implemented both, on a commons and platform economical basis. This is due to a gain in importance of trust, collaborative consumption and democratic management as well as technological progress, in the form of near zero marginal costs, open source contributions and digital transformation. Concurrent to these commons-based drivers, the grey area between commerce and private exchange is used to exploit work, safety and tax regulations by central platform economists. Instead of central intermediators, the blockchain technology makes decentralized consensus finding, using Proof-of-Work (PoW) within a self-sustaining Peer-to-Peer network, possible. Therefore, a blockchain-based open source mediation seems to offer a commons-compatible implementation of the sharing economy. This thesis is investigated through a qualitative case study of Sardex and Interlace with their blockchain application, based on expert interviews and a structured content analysis. To detect the most commons-compatible implementation, the different implementation options through conventional platform intermediators, an open source blockchain with PoW as well as Interlaces' permissioned blockchain approach, are compared. The following confrontation is based on deductive criteria, which illustrates the inherent characteristics of a commons-based sharing economy.
スマートコントラクトによる健康保険不正検知のためのブロックチェーンプラットフォームのより良い選択のための適応的意思決定アプローチ。開発および性能評価
Published at 2023/03/14 11:08:38 (JST)
ブロックチェーン技術は、あらゆるタイプのビジネスの興味をそそるとともに、開発者やビジネスオーナーの要件に合わせて常に改善と適応を続けています。そのため、複数のブロックチェーンプラットフォームが出現し、特定のタイプのビジネスに適したものを選択することが困難になっています。本論文では、百を超えるブロックチェーンプラットフォームの分類を紹介します。我々は、医療保険詐欺の検出アプリケーションに適した上位2つのプラットフォームを選択するために提案した意思決定マップアプローチに基づいて選択した2つのブロックチェーンプラットフォームを使用して医療保険詐欺を検出するためのスマートコントラクトを開発し、その性能を評価する。我々の分類によると、ブロックチェーンプラットフォームは、あらゆる種類のアプリケーションドメインに使用できるものが最も多く、2番目に多いのは、汎用的なプラットフォームが使用できるにもかかわらず、金融サービスのみを開発するもので、その他の特定のアプリケーションドメインで開発するものはごく少数であることがわかりました。意思決定マップの結果、Hyperledger Fabricが医療保険不正の検知に最適なブロックチェーンプラットフォームであることが判明しました。選択された上位2つのプラットフォームの性能評価では、Fabricがすべての指標でNeoを上回った。
Blockchain technology has piqued the interest of businesses of all types, while consistently improving and adapting to developers and business owners requirements. Therefore, several blockchain platforms have emerged, making it challenging to select a suitable one for a specific type of business. This paper presents a classification of over one hundred blockchain platforms. We develop smart contracts for detecting healthcare insurance frauds using two blockchain platforms selected based on our proposed decision-making map approach for the selection of the top two suitable platforms for healthcare insurance frauds detection application, followed by an evaluation of their performances. Our classification shows that the largest percentage of blockchain platforms could be used for all types of application domains, and the second biggest percentage is to develop financial services only, even though generic platforms can be used, while a small number is for developing in other specific application domains. Our decision-making map revealed that Hyperledger Fabric is the best blockchain platform for detecting healthcare insurance frauds. The performance evaluation of the top two selected platforms indicates that Fabric surpassed Neo in all metrics.
ブロックチェーンによる周波数共有
Published at 2023/03/14 09:42:40 (JST)
Blockchain Based Spectrum Sharing
周波数共有は、スペクトルリソースの利用を改善する方法として長い間考えられてきた。中央集権的なジオロケーションデータベースのアプローチは、商業的なアプリケーションのために世界的に受け入れられています。最近、ブロックチェーンは、分散型の方法で周波数共有をサポートするプラットフォームとして考えられている。他の商品と同様に、周波数や周波数利用権もブロックチェーンを通じて交換することができる。しかし、これは特定の周波数チャネルが利用される場所の変更につながり、潜在的な干渉をもたらす。本論文では、ブロックチェーンに基づく周波数共有のための干渉に基づくコンセンサスとスマートコントラクトを紹介する。また、ブロックチェーンの他の側面として、周波数共有アプリケーションのために研究する必要がある、クロストレイン取引、クロスティア周波数調整、インセンティブメカニズムについても紹介する予定である。
Spectrum sharing has long been considered as method to improve spectrum resource utilization. Centralized geolocation database approach has been accepted globally for commercial applications. Recently blockchain has been considered as a platform to support spectrum sharing in a distributed manner. Like other commodities, spectrum or right of spectrum usage can be exchanged through blockchain. However, this leads to changes of the location where a particular frequency channel is utilized which brings potential interference. In this paper, we present the interference based consensus and smart contract for blockchain based spectrum sharing. We will also introduce the other aspects of blockchain such as cross train transaction, cross tier spectrum coordination and incentive mechanism that need to be studied for spectrum sharing applications.
キャパシティにおけるブロックチェーンの安全性
Published at 2023/03/16 16:00:34 (JST)
Security of Blockchains at Capacity
ある通信容量と計算容量を持つノードのネットワークが与えられたとき、ブロックチェーンが安全に実行できる最大レートはどの程度なのか。我々は、容量に対する高いブロックレート、敵対的なブロックのバースト的なリリース、およびPoSの場合は等閑視によるスパミングによる待ち行列と処理遅延を捉える「境界付き帯域幅」モデルのもと、プルーフ・オブ・ワーク（PoW）およびプルーフ・オブ・ステーク（PoS）の最長チェーンプロトコルについてこの問題を研究する。 PoWとPoSの両最長鎖のセキュリティは、キャパシティで動作する場合、どのブロックが最初に処理されるかを正しく優先するスケジューリングポリシーを慎重に設計する必要があることを、そのようなポリシーに合わせた攻撃戦略を示しながら実証します。PoSでは、等価性を利用した攻撃を示し、広いクラスのスケジューリングポリシーを持つPoS最長チェーンプロトコルのスループットは、望ましいセキュリティエラー確率が減少するにつれて減少しなければならないことを強調しています。同時に、改良された解析手法により、PoW最長鎖が有限帯域幅の設定において安全であるブロック生成率を初めて特定した。また、等価スパムを防ぐために「等価除去」ポリシーを用いることで、セキュリティエラー確率に依存しないブロック生成率で安全なPoS最長鎖プロトコルSaPoSを初めて提示する。
Given a network of nodes with certain communication and computation capacities, what is the maximum rate at which a blockchain can run securely? We study this question for proof-of-work (PoW) and proof-of-stake (PoS) longest chain protocols under a 'bounded bandwidth' model which captures queuing and processing delays due to high block rate relative to capacity, bursty release of adversarial blocks, and in PoS, spamming due to equivocations. We demonstrate that security of both PoW and PoS longest chain, when operating at capacity, requires carefully designed scheduling policies that correctly prioritize which blocks are processed first, as we show attack strategies tailored to such policies. In PoS, we show an attack exploiting equivocations, which highlights that the throughput of the PoS longest chain protocol with a broad class of scheduling policies must decrease as the desired security error probability decreases. At the same time, through an improved analysis method, our work is the first to identify block production rates under which PoW longest chain is secure in the bounded bandwidth setting. We also present the first PoS longest chain protocol, SaPoS, which is secure with a block production rate independent of the security error probability, by using an 'equivocation removal' policy to prevent equivocation spamming.
ユーザーフレンドリーなツールでブロックチェーンを探求する若い学習者に力を与える。Google BlocklyとNFTを用いた方法
Published at 2023/03/17 18:07:01 (JST)
ブロックチェーン技術が注目を集め続ける中、K-12教育の若い学習者がより身近に感じられるようにする必要性が高まっています。しかし、技術的な複雑さとアクセス可能なツールの欠如が、採用の大きな障壁として指摘されています。本論文では、APIレイヤーを用いてメタデータを継続的に更新することで、NFTをエンパワーする新しい手法を提案する。この方法は、参入障壁を減らし、Scratchのようなビジュアルプログラミングツールを使って計算機的思考を学ぶのと同じように、幼稚園児から高校生までがブロックチェーン技術を探求できるようにすることを目的としています。私たちの手法は、ビジュアルプログラミング言語であるGoogle Blocklyを活用し、NFTメタデータの更新を若い学習者にとってより身近で魅力的なものにします。身近で魅力的なビジュアルプログラミング言語を活用することで、学生は計算思考スキルを身につけ、楽しく直感的な方法でブロックチェーン技術を探求することができます。本論文では、NFTを学習ツールとして使用することの利点について、デジタル所有権と価値の概念を学生が理解するのに役立つことを含めて説明しています。全体として、私たちが提案する方法は、学生のブロックチェーン技術への関与と理解を促進する可能性があり、それは教育の未来に大きな影響を与える可能性があります。
As blockchain technology continues to gain attention, there is a growing need to make it more accessible to young learners in K-12 education. However, the technical complexity and lack of accessible tools have been identified as significant barriers to adoption. Our paper proposes a new method for empowering NFTs by continuously updating their metadata using an API layer. The approach aims to reduce the barriers to entry and enable K-12 students to explore blockchain technology in the same way they learn computational thinking through visual programming tools like Scratch. Our method utilizes Google Blockly, a visual programming language, to make updating NFT metadata more accessible and engaging for young learners. By leveraging a familiar and engaging visual programming language, students can develop their computational thinking skills and explore blockchain technology in a fun and intuitive way. The paper discusses the benefits of using NFTs as a learning tool, including how they can help students understand the concept of digital ownership and value. Overall, our proposed method has the potential to promote student engagement and understanding of blockchain technology, which could have significant implications for the future of education.
ブロックチェーンやクラウドプラットフォーム上の分散型アプリケーションのための実行可能モデルとインスタンス追跡 -- メタモデルと実装
Published at 2023/03/17 17:49:04 (JST)
分散型アプリケーションは、非中央集権的な技術インフラと調整原則に依存しています。信頼できる第三者がいないため、その実行は集中的な調整を行うエンティティによって制御されるのではなく、ブロックチェーンやサーバーレスコンピューティングなどの分散をサポートする技術によって実現される。しかし、これらの技術で分散型アプリケーションを実行することは、特に中央集権的なクラウドプラットフォームが関与する場合、実行の透明性と洞察力が制限されるため困難である。本論文では、ブロックチェーンとクラウドプラットフォームにおける実行とインスタンス追跡のためのアプローチを拡張し、分散した当事者が実行可能なモデルのインスタンスと状態を観察することを可能にする。具体的なモデルや実装に依存せず、クラウドプラットフォーム上でのインスタンス追跡の概念を記述するメタモデル、(2)その概念を実現する多次元データモデル、分散した当事者による実行状態の検証可能な保存・追跡・分析、(3)ステートマシンモデルによるイーサリアムブロックチェーンとAmazon Web Services (AWS) への実装によりアプローチを拡張している。高いスケーラビリティと分散性を要求される分散型アプリケーションのサポートに向けて、本アプローチは、特定のクライアントや実行エンジンなどの複数の次元に沿った実行を追跡・分析するために、分散した当事者のインスタンスに関する一貫したビューを確立する。
Decentralized applications rely on non-centralized technical infrastructures and coordination principles. Without trusted third parties, their execution is not controlled by entities exercising centralized coordination but is instead realized through technologies supporting distribution such as blockchains and serverless computing. Executing decentralized applications with these technologies, however, is challenging due to the limited transparency and insight in the execution, especially when involving centralized cloud platforms. This paper extends an approach for execution and instance tracking on blockchains and cloud platforms permitting distributed parties to observe the instances and states of executable models. The approach is extended with (1.) a metamodel describing the concepts for instance tracking on cloud platforms independent of concrete models or implementation, (2.) a multidimensional data model realizing the concepts accordingly, permitting the verifiable storage, tracking, and analysis of execution states for distributed parties, and (3.) an implementation on the Ethereum blockchain and Amazon Web Services (AWS) using state machine models. Towards supporting decentralized applications with high scalability and distribution requirements, the approach establishes a consistent view on instances for distributed parties to track and analyze the execution along multiple dimensions such as specific clients and execution engines.
ブロックチェーン間通信プロトコルの性能分析
Published at 2023/03/20 12:31:35 (JST)
Analyzing the Performance of the Inter-Blockchain Communication Protocol
ブロックチェーン間の通信の需要が高まる中、クロスチェーン通信プロトコルの性能向上が新たな課題となっています。我々は、Cosmos Networkのブロックチェーン間通信プロトコルを包括的に評価することで、クロスチェーン通信プロトコルの限界を分析するための第一歩を踏み出しました。この目的を達成するために、我々はクロスチェーン通信プロトコルの実証的評価を導く新しいフレームワークを導入する。IBCプロトコルを評価するためのツールとして、本フレームワークのインスタンスを実装した。その結果、取引確認の待ち時間の長さ、ブロックチェーンのRPC実装のボトルネック、クロスチェーンメッセージリレーのスケーラビリティを妨げる並行性の問題など、いくつかの課題が明らかになりました。また、大量の転送を送信する際に、クロスチェーン転送の完了に必要な時間を最大70%短縮する方法を実証しています。最後に、クロスチェーン通信の発展と進歩に貢献することを目的として、導入時に直面した課題について説明します。
With the increasing demand for communication between blockchains, improving the performance of cross-chain communication protocols becomes an emerging challenge. We take a first step towards analyzing the limitations of cross-chain communication protocols by comprehensively evaluating Cosmos Network's Inter-Blockchain Communication Protocol. To achieve our goal we introduce a novel framework to guide empirical evaluations of cross-chain communication protocols. We implement an instance of our framework as a tool to evaluate the IBC protocol. Our findings highlight several challenges, such as high transaction confirmation latency, bottlenecks in the blockchain's RPC implementation and concurrency issues that hinder the scalability of the cross-chain message relayer. We also demonstrate how to reduce the time required to complete cross-chain transfers by up to 70% when submitting large amounts of transfers. Finally, we discuss challenges faced during deployment with the objective of contributing to the development and advancement of cross-chain communication.
オンライン誤報のモデリングと軽減：ブロックチェーンによるアプローチの提案
Published at 2023/03/20 05:46:46 (JST)
Modeling and Mitigating Online Misinformation: a Suggested Blockchain Approach
オンラインソーシャルネットワークにおける誤報の伝播は、ますます困難な問題になってきている。この問題を計算機的に解決する研究は多く存在するが、恒久的で堅牢な解決策はまだ発見されていない。本研究では、クラウドソーシング環境における誤報の問題に対処するために、ブロックチェーンと機械学習のハイブリッドアプローチを提案し、その有効性を実証する。まず、誤報の拡散に寄与する重要な部分とブロックチェーンがどのように有用であるかをそれぞれ明らかにすることで、この問題に対するブロックチェーンの利用を動機づける。次に、悪意のあるユーザーによる行動の影響を軽減しつつ、ニュース記事を真実性の観点から分類するために、群衆の知恵と行動分類器を組み合わせた方法を提案する。この手法の性能を評価するために、様々なシナリオと攻撃による実験とシミュレーションを実施する。最後に、Twitter Birdwatchデータを用いた既存のアプローチとの比較を含むケーススタディを提供する。この結果は、このソリューションが有望であることを示唆しており、さらなる研究が必要である。
Misinformation propagation in online social networks has become an increasingly challenging problem. Although many studies exist to solve the problem computationally, a permanent and robust solution is yet to be discovered. In this study, we propose and demonstrate the effectiveness of a blockchain-machine learning hybrid approach for addressing the issue of misinformation in a crowdsourced environment. First, we motivate the use of blockchain for this problem by finding the crucial parts contributing to the dissemination of misinformation and how blockchain can be useful, respectively. Second, we propose a method that combines the wisdom of the crowd with a behavioral classifier to classify the news stories in terms of their truthfulness while reducing the effects of the actions performed by malicious users. We conduct experiments and simulations under different scenarios and attacks to assess the performance of this approach. Finally, we provide a case study involving a comparison with an existing approach using Twitter Birdwatch data. Our results suggest that this solution holds promise and warrants further investigation.
ブロックチェーンを活用した機密保持型コラボレーションワークフローのオーケストレーション
Published at 2023/03/19 06:15:29 (JST)
Blockchain-Based, Confidentiality-Preserving Orchestration of Collaborative Workflows
独立した当事者間のビジネスプロセスのコラボレーションは、特に参加者が互いを完全に信頼していない場合、困難なものになる可能性があります。ブロックチェーンでホストされるスマートコントラクトによって参加者の行動を追跡し、活動権限を強制することは、この信頼性の欠如に対する新たなソリューションであり、ほとんどの最先端のアプローチは、BPMNモデルからオーケストレーションするスマートコントラクトロジックを生成します。しかし、中央集権的なビジネスプロセスのオーケストレーションと比較すると、スマートコントラクトの状態は、一般的にコラボレーションの状態に関する潜在的な機密情報を漏らすことになります。 我々は、プロセスマネージャのスマートコントラクトが、状態に対する暗号化されたコミットメントのみを保存し、更新提案に対するゼロ知識証明をチェックする新しいアプローチについて説明する。BPMNの代表的なサブセットをカバーし、参加者間のメッセージパッシングのコミットメントをサポートし、オープンソースのエンドツーエンド実装を提供します。私たちのアプローチでは、コラボレーションに参加する外部の関係者は、ブロックチェーンの履歴に完全にアクセスできる場合でも、プロセスインスタンスの現在の状態について信頼できる知識を得ることはできません（参加者との共謀を除きます）。
Business process collaboration between independent parties can be challenging, especially if the participants do not have complete trust in each other. Tracking actions and enforcing the activity authorizations of participants via blockchain-hosted smart contracts is an emerging solution to this lack of trust, with most state-of-the-art approaches generating the orchestrating smart contract logic from BPMN models. However, as a significant drawback in comparison to centralized business process orchestration, smart contract state typically leaks potentially sensitive information about the state of the collaboration. We describe a novel approach where the process manager smart contract only stores cryptographic commitments to the state and checks zero-knowledge proofs on update proposals. We cover a representative subset of BPMN, support message passing commitments between participants and provide an open-source end-to-end implementation. Under our approach, no party external to the collaboration can gain trustable knowledge of the current state of a process instance (barring collusion with a participant), even if it has full access to the blockchain history.
現代のネットワークに革命を起こす。量子衛星とUAVベースの通信のためのAI、機械学習、ブロックチェーンの進歩
Published at 2023/03/21 20:19:48 (JST)
量子通信は、現在利用可能な最も安全なデータ伝送技術である。ファイバー通信回線や衛星から地上へのリンクは、これまでに開発された最も成功した量子ネットワークの基盤として機能しています。自由空間量子通信にUAV、衛星、またはその両方を使用すると、恒久的な地上接続の必要性が減り、宇宙での低損失限界を利用することで、より効率的な通信を行うことができます。本作品では、量子衛星と量子UAVを用いたネットワークの最近の開発状況を調査する。ここでは、量子人工知能、ブロックチェーン量子機械学習、量子衛星、量子UAVsなどの最新技術の重要性をネットワークの観点から探った。さらに、本作品では、衛星を使った画像や人工知能の役割について考察した。
Quantum communication is the most secure technique of transmitting data available today. Fiber communication lines and satellite-to-ground links have served as the basis for the most successful quantum networks that have been developed so far. Using a UAV, satellite or both for free-space quantum communication reduces the need for permanent ground connections and takes advantage of the lower loss limit in space, which makes it more efficient. This work surveys the recent development in Quantum Satellites and Quantum UAVs-based networks. Here, the importance of the latest technologies, including quantum artificial intelligence, blockchain quantum machine learning, quantum satellites and quantum UAVs, are explored from network perspectives. Further, this work discussed the role of satellite-based images and artificial intelligence.
BlockChainと分散型アプリケーション
Published at 2023/03/22 22:10:29 (JST)
BlockChain and Decentralized Apps
最近、ビットコインのバックボーンであるブロックチェーンが注目されています。ブロックチェーンは、分散型取引を可能にする不変の記録として機能します。金融サービス、レピュテーションシステム、IoT（Internet of Things）など、さまざまな業界でブロックチェーンを利用したアプリケーションが誕生しています。しかし、スケーラビリティやセキュリティの問題など、ブロックチェーン技術の多くのハードルを克服する必要があります。金融、医療、製造、教育など多くの業界が、この技術のユニークな特性を生かすためにブロックチェーンアプリケーションを使用しています。ブロックチェーン技術（BT）は、信頼性、コラボレーション、組織、アイデンティティ、信頼性、透明性を向上させる可能性を持っています。本稿では、ブロックチェーンアーキテクチャーの概要、さまざまな種類のブロックチェーン、およびDappsとして知られている分散型アプリに関する情報を提供します。本稿では、ブロックチェーン技術について詳しく解説しています。
Blockchain, the backbone of Bitcoin, has recently gained a lot of attention. Blockchain functions as an immutable record that enables decentralized transactions. Blockchain-based applications are sprouting up in a variety of industries, including financial services, reputation systems, and the Internet of Things (IoT), among others. However, many hurdles of blockchain technology, including scalability and security issues, have to be overcome. Many industries, including finance, medicine, manufacturing, and education, use blockchain applications to capitalize on this technology's unique set of properties. Blockchain technology (BT) has the potential to improve trustworthiness, collaboration, organization, identity, credibility, and transparency. We provide an overview of blockchain architecture, various different kinds of blockchain as well as information about the Decentralized apps which are also known as Dapps. This paper provides an in-depth look at blockchain technology
BlockFW--ブロックチェーンベースのルール共有型ファイアウォールを目指して
Published at 2023/03/23 16:08:02 (JST)
BlockFW -- Towards Blockchain-based Rule-Sharing Firewall
中央管理型のセキュリティ機構は多くの組織で活用されることが多いのですが、そのようなサーバーはセキュリティの限界点にもなっています。なぜなら、サーバーはセキュリティ保護を共有するすべてのノードに対する権限を持っているからです。したがって、攻撃者がサーバーの改ざんに成功した場合、組織はトラブルに見舞われることになります。また、サーバーに保存された設定やポリシーは、通常、暗号化されておらず、ハッシュで保証されていません。そのため、別の方法から設定を変更することは可能であり、セキュリティソリューションがアラームを発することはありません。このような問題を軽減するために、本研究では、ブロックチェーンベースのルール共有ファイアウォールであるBlockFWを開発し、複数のノードから検証および監視を行う管理型セキュリティ機構を構築することに成功しました。BlockFWでは、発生したすべてのトランザクションを暗号化して保護し、その完全性を確保することで、攻撃者にとって改ざんの試みが最も困難なものとなっています。評価では、いくつかの敵対的な条件下でBlockFWの性能を調べ、その有効性を実証しています。
Central-managed security mechanisms are often utilized in many organizations, but such server is also a security breaking point. This is because the server has the authority for all nodes that share the security protection. Hence if the attackers successfully tamper the server, the organization will be in trouble. Also, the settings and policies saved on the server are usually not cryptographically secured and ensured with hash. Thus, changing the settings from alternative way is feasible, without causing the security solution to raise any alarms. To mitigate these issues, in this work, we develop BlockFW - a blockchain-based rule sharing firewall to create a managed security mechanism, which provides validation and monitoring from multiple nodes. For BlockFW, all occurred transactions are cryptographically protected to ensure its integrity, making tampering attempts in utmost challenging for attackers. In the evaluation, we explore the performance of BlockFW under several adversarial conditions and demonstrate its effectiveness.
量子情報技術とブロックチェーンでレジリエントなWeb3.0を構築する：アンビラテラルな視点
Published at 2023/03/23 14:50:38 (JST)
Building Resilient Web 3.0 with Quantum Information Technologies and Blockchain: An Ambilateral View
Web 3.0は、ブロックチェーン技術に基づく分散型エコシステムの確立を追求し、物理的な商業とガバナンスのデジタル変革を推進します。暗号技術に基づくブロックチェーンのコンセンサスアルゴリズムやスマートコントラクトを通じて、デジタルアイデンティティ、デジタル資産管理、分散型自治組織、分散型金融を実現し、デジタル経済と物理経済の統合を促進するWeb 3.0の安全で透明なデジタル経済サービスを実現します。量子デバイスの急速な普及に伴い、Web 3.0は、量子クラウドコンピューティングや量子インターネットの展開と並行して展開されている。この点、量子コンピューティングは、まずデータセキュリティを守る本来の暗号システムを破壊する一方で、量子コンピューティングと通信の利点を生かして現代の暗号を再構築しています。そこで、本調査では、ブロックチェーンに基づくWeb 3.0とその量子およびポスト量子の強化について、両者の視点から包括的に概観する。一方、ブロックチェーンの内部技術については、ポスト量子移行方式や反量子署名が、量子攻撃下で偽造不可能なセキュリティを実現する潜在的な方法を提供しています。一方、いくつかの量子/ポスト量子暗号化および検証アルゴリズムは、ブロックチェーンの外部性能を向上させ、分散型で価値のある安全なブロックチェーンシステムを実現します。最後に、証明可能な安全な分散型デジタルエコシステムの開発に向けた今後の方向性を議論する。
Web 3.0 pursues the establishment of decentralized ecosystems based on blockchain technologies to drive the digital transformation of physical commerce and governance. Through consensus algorithms and smart contracts in blockchain, which are based on cryptography technologies, digital identity, digital asset management, decentralized autonomous organization, and decentralized finance are realized for secure and transparent digital economy services in Web 3.0 for promoting the integration of digital and physical economies. With the rapid realization of quantum devices, Web 3.0 is being developed in parallel with the deployment of quantum cloud computing and quantum Internet. In this regard, quantum computing first disrupts the original cryptographic systems that protect data security while reshaping modern cryptography with the advantages of quantum computing and communication. Therefore, this survey provides a comprehensive overview of blockchain-based Web 3.0 and its quantum and post-quantum enhancement from the ambilateral perspective. On the one hand, some post-quantum migration methods, and anti-quantum signatures offer potential ways to achieve unforgeable security under quantum attack for the internal technologies of blockchain. On the other hand, some quantum/post-quantum encryption and verification algorithms improve the external performance of the blockchain, enabling a decentralized, valuable, secure blockchain system. Finally, we discuss the future directions toward developing a provable secure decentralized digital ecosystem.
ブロックチェーンを用いた安全でプライベートなフェデレーション学習に関するサーベイ：リソース制約のあるコンピューティングにおける理論と応用
Published at 2023/03/24 09:40:08 (JST)
近年、機械学習や人工知能の急速な普及と、セキュリティやプライバシーの脅威が顕在化していることから、Federated Learning（FL）は広く普及しています。FLは、エッジデバイスのローカルデータストレージから、機密データをいかなるエンティティにも公開することなく、効率的にモデルを生成することができます。このパラダイムは、ユーザーの機密データのプライバシー問題を部分的に軽減する一方で、サイバー脅威やプライバシー侵害技術の増加により、FLプロセスのパフォーマンスが脅かされ、ボトルネックになる可能性があります。FLプロセスの普及を促進するために、FL環境におけるブロックチェーンの統合は、学界や産業界の人々から盛んに注目されている。ブロックチェーンは、その分散性、不変性、合意性、透明性の特性から、セキュリティやプライバシーの脅威を防ぐ可能性があります。しかし、ブロックチェーンの仕組みが高価な計算資源を必要とする場合、資源に制約のあるFLクライアントは訓練に参加することができません。そこで、本調査では、リソースに制約のあるFL環境においてブロックチェーンをうまく展開するための課題、解決策、将来の方向性を検討することに焦点を当てます。我々は、FLプロセスに適した様々なブロックチェーンのメカニズムを包括的にレビューし、限られたリソース予算に対するトレードオフを議論します。さらに、リソースに制約のあるFL環境で観察される可能性のあるサイバー脅威を広範囲に分析し、これらのサイバー攻撃をブロックするためにブロックチェーンがどのように重要な役割を果たすことができるかについて説明します。この目的のために、ブロックチェーンと連合学習の結合に向けて、高レベルの信頼性、データプライバシー、分散コンピューティング性能を提供できるいくつかの潜在的な解決策を強調します。
Federated Learning (FL) has gained widespread popularity in recent years due to the fast booming of advanced machine learning and artificial intelligence along with emerging security and privacy threats. FL enables efficient model generation from local data storage of the edge devices without revealing the sensitive data to any entities. While this paradigm partly mitigates the privacy issues of users' sensitive data, the performance of the FL process can be threatened and reached a bottleneck due to the growing cyber threats and privacy violation techniques. To expedite the proliferation of FL process, the integration of blockchain for FL environments has drawn prolific attention from the people of academia and industry. Blockchain has the potential to prevent security and privacy threats with its decentralization, immutability, consensus, and transparency characteristic. However, if the blockchain mechanism requires costly computational resources, then the resource-constrained FL clients cannot be involved in the training. Considering that, this survey focuses on reviewing the challenges, solutions, and future directions for the successful deployment of blockchain in resource-constrained FL environments. We comprehensively review variant blockchain mechanisms that are suitable for FL process and discuss their trade-offs for a limited resource budget. Further, we extensively analyze the cyber threats that could be observed in a resource-constrained FL environment, and how blockchain can play a key role to block those cyber attacks. To this end, we highlight some potential solutions towards the coupling of blockchain and federated learning that can offer high levels of reliability, data privacy, and distributed computing performance.
ブロックチェーンからハッシュグラフへ：分散型台帳技術の現状
Published at 2023/03/27 08:26:46 (JST)
From Blockchain to Hashgraph: Distributed Ledger Technologies in the Wild
2008年にブロックチェーンという言葉が登場して以来、その関心はコミュニティーの中で高まり続けています。この関心の理由は、データと取引を管理する中央の第三者組織なしに、匿名性、セキュリティ、完全性を提供するからです。分散型台帳は、様々なプラットフォームでの進歩、制限、課題から、研究分野で大きな関心を集めています。分散型台帳技術には様々なものがあり、他のプラットフォームの限界を克服するような特別な機能を示しています。しかし、様々な分散型台帳技術の実装は、データ構造、コンセンサスプロトコル、フォールトトレラントなどに基づいて大きく異なっています。そのため、コスト、パフォーマンス、レイテンシー、セキュリティが大きく異なる。本論文では、主要な分散型台帳技術について、その特徴、長所、短所を含め、様々な基準で比較し、考察しています。
With the introduction of the term blockchain in 2008, its interest has been increasing in the community since the idea was coined. The reason for this interest is because it provides anonymity, security and integrity without any central third party organisation in control of data and transaction. It has attracted huge interest in research areas due to its advances in various platforms, limitations and challenges. There are various Distributed Ledger Technologies that demonstrates their special features which overcome limitations of other platforms. However, implementations of various distributed ledger technologies differ substantially based on their data structures, consensus protocol and fault tolerant among others. Due to these variations, they have a quite different cost, performance, latency and security. In this paper, working and in-depth comparison of major distributed ledger technologies including their special features, strengths and weaknesses is presented and discussed by identifying various criteria.
DLACB: ブロックチェーンを用いた深層学習ベースのアクセス制御
Published at 2023/03/27 00:25:09 (JST)
DLACB: Deep Learning Based Access Control Using Blockchain
一般的に、深層学習モデルは、情報に基づいた意思決定を行うために使用されます。開発されたモデルは主に集中型サーバーに基づいており、透明性、追跡可能性、信頼性、セキュリティ、プライバシーなど、いくつかの問題に直面している。本研究では、これらの問題を解決することができる分散型ネイチャーベースのアクセスコントロールの研究ギャップを明らかにします。革新的な技術であるブロックチェーンは、このギャップを埋め、強固な解決策を提供することができる。ブロックチェーンの不変性と分散性は、医療、金融、政府など様々な領域で有用なフレームワークを設計し、リソースへのアクセスに信頼できる第三者に依存する集中型手法とは対照的にアクセス制御を提供することもできます。既存のフレームワークでは、ブロックチェーンを用いた従来のアクセス制御手法が開発されていますが、これは信頼性の低い事前定義されたポリシーや許可に依存するものです。本研究では、与えられたリソースに対するユーザーのアクセス許可を決定するために、深層学習アクセス制御メカニズムを利用するDLACB: Deep Learning Based Access Control Using Blockchainを提案します。この提案フレームワークは、ユーザーを認証し、悪意のあるユーザーを認識するために、ブロックチェーン上にアクセス要求を記録する。その結果、本提案フレームワークがあらゆる可能性のあるシナリオに対して正しく動作することが示された。
In general, deep learning models use to make informed decisions immensely. Developed models are mainly based on centralized servers, which face several issues, including transparency, traceability, reliability, security, and privacy. In this research, we identify a research gap in a distributed nature-based access control that can solve those issues. The innovative technology blockchain could fill this gap and provide a robust solution. Blockchain's immutable and distributed nature designs a useful framework in various domains such as medicine, finance, and government, which can also provide access control as opposed to centralized methods that rely on trusted third parties to access the resources. In existing frameworks, a traditional access control approach is developed using blockchain, which depends on predefined policies and permissions that are not reliable. In this research, we propose DLACB: Deep Learning Based Access Control Using Blockchain, which utilizes a deep learning access control mechanism to determine a user's permissions on a given resource. This proposed framework authenticates the users and logs the access requests on the blockchain to recognize malicious users. The results show that this proposed framework operates correctly for all possible scenarios.
Nバージョン設計による高可用性ブロックチェーンノード
Published at 2023/03/25 20:16:17 (JST)
Highly Available Blockchain Nodes With N-Version Design
すべてのソフトウェアと同様に、ブロックチェーンノードは、その基礎となる実行スタックの障害にさらされます。不安定な実行環境は、ブロックチェーンノードのインターフェイスの可用性を乱し、ユーザーにダウンタイムをもたらす可能性があります。本論文では、Nバージョンブロックチェーンノードの概念を紹介します。この新しいタイプのノードは、AvizienisのNバージョン・プログラミング・ビジョンの通り、同じブロックチェーン・プロトコルの異なる実装の同時実行に依存しています。我々は、N-ETHと呼ばれるEthereumの文脈でN-versionブロックチェーンノードのプロトタイプを設計し、実装しました。N-ETHは不安定な実行環境の影響を緩和し、環境障害下での可用性を大幅に向上させることができることを示す。不安定な実行環境をシミュレートするために、システムコールレベルでフォールトインジェクションを実行しました。その結果、既存のイーサリアムノード実装は、同一の不安定シナリオにおいて非対称な挙動を示すことがわかりました。N-ETHは、イーサリアムノードの多様な実装で利用可能なこの非対称な挙動を活用し、最も積極的なフォールトインジェクション戦略下でも、可用性を高めることができます。我々は、ブロックチェーンインフラストラクチャの領域において、Nバージョン設計の妥当性を初めて検証したものである。産業的な観点からは、Google、ConsenSys、その他多くの主要なブロックチェーン企業を含む、ブロックチェーンノードを運用する企業にとって、我々の結果は最も重要なものである。
As all software, blockchain nodes are exposed to faults in their underlying execution stack. Unstable execution environments can disrupt the availability of blockchain nodes interfaces, resulting in downtime for users. This paper introduces the concept of N-version Blockchain nodes. This new type of node relies on simultaneous execution of different implementations of the same blockchain protocol, in the line of Avizienis' N-version programming vision. We design and implement an N-version blockchain node prototype in the context of Ethereum, called N-ETH. We show that N-ETH is able to mitigate the effects of unstable execution environments and significantly enhance availability under environment faults. To simulate unstable execution environments, we perform fault injection at the system-call level. Our results show that existing Ethereum node implementations behave asymmetrically under identical instability scenarios. N-ETH leverages this asymmetric behavior available in the diverse implementations of Ethereum nodes to provide increased availability, even under our most aggressive fault-injection strategies. We are the first to validate the relevance of N-version design in the domain of blockchain infrastructure. From an industrial perspective, our results are of utmost importance for businesses operating blockchain nodes, including Google, ConsenSys, and many other major blockchain companies.
健康保険の偽造防止にブロックチェーン技術を活用
Published at 2023/03/25 18:50:36 (JST)
Blockchain Technology for Preventing Counterfeit in Health Insurance
本稿では、健康保険分野における偽造を防止するためのブロックチェーン（BC）システムを提案する。その結果、データの完全性とプライバシーの達成という点で、システムの強みを示すことができた。さらに、コンセンサスアルゴリズムにより、提案システムの総検証時間を効果的に短縮できることが示された。
The paper proposes a Blockchain (BC) system to prevent counterfeiting in health insurance sector. The results show the system strength in terms of achieving data integrity and privacy of data. Moreover, the results show that the consensus algorithm can effectively reduce the total validation time for the proposed system.
ブロックチェーンネットワークにおけるコアベースのトレンド検出
Published at 2023/03/25 04:05:09 (JST)
Core-based Trend Detection in Blockchain Networks
ブロックチェーンは現在、貿易金融を大幅に緩和しており、毎日数十億ドル相当の資産が取引されています。しかし、これらのネットワークを分析することは、データのサイズが大きく、複雑であるため、依然として困難です。我々は、データ深度ベースのコア分解と中心モチーフの発見を使用して、ブロックチェーンベースのネットワークの主要なアクターを特定し、ネットワークのセンチメント指標を提供するためのスケーラブルなアプローチ「InnerCore」を紹介します。InnerCoreは、大規模な時間グラフの分析に適した、計算効率の高い教師なしアプローチである。我々は、最近のLunaTerraの崩壊とEthereumのProof-of-Stake（PoS）スイッチに関するケーススタディを通じて、ブロックチェーン分析の大手企業によって収集された外部のグランドトゥルースを用いてその有効性を実証します。我々の実験では、InnerCoreが人間の関与なしに適格な分析を正確に一致させることができ、スケーラブルな方法でブロックチェーン分析とそのトレンド検出を自動化できることが示されました。
Blockchains are now significantly easing trade finance, with billions of dollars worth of assets being transacted daily. However, analyzing these networks remains challenging due to the large size and complexity of the data. We introduce a scalable approach called "InnerCore" for identifying key actors in blockchain-based networks and providing a sentiment indicator for the networks using data depth-based core decomposition and centered-motif discovery. InnerCore is a computationally efficient, unsupervised approach suitable for analyzing large temporal graphs. We demonstrate its effectiveness through case studies on the recent collapse of LunaTerra and the Proof-of-Stake (PoS) switch of Ethereum, using external ground truth collected by a leading blockchain analysis company. Our experiments show that InnerCore can match the qualified analysis accurately without human involvement, automating blockchain analysis and its trend detection in a scalable manner.
ブロックチェーンを用いたヘルスケアシステムにおけるセキュリティ、レイテンシ、計算コストのモデリングと共同最適化
Published at 2023/03/28 18:29:29 (JST)
モノのインターネット（IoT）時代において、ブロックチェーンは、IoTデバイスが収集したリアルタイムの健康データを安全に保存、管理、共有できるため、ヘルスケアシステムの効率を向上させる有望な技術である。ブロックチェーンを用いたヘルスケアシステムの実装には、通常、相反する複数の指標が含まれるため、特定のシナリオの要件に応じてバランスをとることが不可欠である。本論文では、IoT対応ヘルスケアで特に重要なレイテンシー、セキュリティ、計算コストの3つのメトリクスを用いた共同最適化モデルを定式化します。しかし、実用的なサイズのシステムでこの問題の正確な最適解を特定することは計算上困難である。そこで我々は、低複雑度で最適解に近い解を得るために、適応型離散粒子群アルゴリズム（ADPSA）と呼ばれるアルゴリズムを提案する。古典的な粒子群最適化（PSO）アルゴリズムをルーツとする我々の提案するADPSAは、定式化における多数の二値変数と整数変数を効果的に管理することができる。ADPSAは、様々なシナリオにおいて、オリジナルのPSO、網羅的探索、シミュレーテッドアニーリングなどの既存のベンチマークアプローチを常に凌駕することを、大規模な数値実験によって実証する。
In the era of the Internet of Things (IoT), blockchain is a promising technology for improving the efficiency of healthcare systems, as it enables secure storage, management, and sharing of real-time health data collected by the IoT devices. As the implementations of blockchain-based healthcare systems usually involve multiple conflicting metrics, it is essential to balance them according to the requirements of specific scenarios. In this paper, we formulate a joint optimization model with three metrics, namely latency, security, and computational cost, that are particularly important for IoT-enabled healthcare. However, it is computationally intractable to identify the exact optimal solution of this problem for practical sized systems. Thus, we propose an algorithm called the Adaptive Discrete Particle Swarm Algorithm (ADPSA) to obtain near-optimal solutions in a low-complexity manner. With its roots in the classical Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, our proposed ADPSA can effectively manage the numerous binary and integer variables in the formulation. We demonstrate by extensive numerical experiments that the ADPSA consistently outperforms existing benchmark approaches, including the original PSO, exhaustive search and Simulated Annealing, in a wide range of scenarios.
SREP：大規模ブロックチェーンにおけるトランザクションプールの帯域外同期について
Published at 2023/03/30 00:53:41 (JST)
SREP: Out-Of-Band Sync of Transaction Pools for Large-Scale Blockchains
トランザクションプール（mempools）の同期は、最先端のブロックチェーンの性能とブロック伝搬遅延を改善する可能性を示している。実際、この目的のために様々なヒューリスティックが文献で提案されており、そのすべてが未確認取引の交換をブロック伝搬プロトコルに組み込んでいる。この研究では、ブロック伝搬チャネルの外側で（そして独立して）トランザクションの同期を維持するという、異なるアプローチを取る。その過程で、同期問題をグラフ理論の枠組みで定式化し、定量的な保証を持つ新しいアルゴリズム（SREP - Set Reconciliation-Enhanced Propagation）を導入しました。このアルゴリズムの性能を様々な現実的なネットワークトポロジーについて分析し、任意の連結グラフに対して、グラフの直径に束縛されるステップ数で収束することを示す。また、最近の文献にあるMempoolSyncとの比較を含む広範なシミュレーションにより、解析的な知見を確認した。シミュレーションの結果、SREPは全体として適度な帯域幅のオーバーヘッドを発生させ、MempoolSyncとは異なり、ネットワークの大きさに応じて優雅にスケールすることが示されました。
Synchronization of transaction pools (mempools) has shown potential for improving the performance and block propagation delay of state-of-the-art blockchains. Indeed, various heuristics have been proposed in the literature to this end, all of which incorporate exchanges of unconfirmed transactions into their block propagation protocol. In this work, we take a different approach, maintaining transaction synchronization outside (and independently) of the block propagation channel. In the process, we formalize the synchronization problem within a graph theoretic framework and introduce a novel algorithm (SREP - Set Reconciliation-Enhanced Propagation) with quantifiable guarantees. We analyze the algorithm's performance for various realistic network topologies, and show that it converges on any connected graph in a number of steps that is bounded by the diameter of the graph. We confirm our analytical findings through extensive simulations that include comparison with MempoolSync, a recent approach from the literature. Our simulations show that SREP incurs reasonable overall bandwidth overhead and, unlike MempoolSync, scales gracefully with the size of the network.
ブロックチェーンウォレットへのサイバー攻撃を打ち破る革新的な対策：暗号端末のユースケース
Published at 2023/03/30 16:58:39 (JST)
ブロックチェーンの取引は秘密鍵で署名されます。安全な鍵の保管と改ざん防止されたコンピュータは、信頼できるインフラストラクチャを展開するための必須要件です。本論文では、ブロックチェーンウォレットに対するいくつかの脅威を特定し、それらを阻止するための物理的および論理的な対策セットを提案します。我々は、クローンデバイスや破損したソフトウェアを検出することができる、オープンなソフトウェアおよびハードウェアアーキテクチャに構築された、取り外し可能なセキュアエレメントで動作する暗号端末デバイスを提示します。これらの技術は、耐タンパーコンピューティング（javacard）、スマートカードアンチクローニング、スマートカードコンテンツ認証、アプリケーションファイアウォール、ベアメタルアーキテクチャ、リモート認証、ダイナミック物理アンクローン可能機能（dPUF）、信頼の根としてのプログラミングトークンに基づいています。本稿は、論文「'Innovative Countermeasures to Defeat Cyber Attacks Against Blockchain Wallets', 2021 5th Cyber Security in Networking Conference (CSNet), 2021, pp.49-54, doi: 10.1109/CSNet52717.2021.9614649 の拡張版である。
Blockchain transactions are signed by private keys. Secure key storage and tamper-proof computers are essential requirements for deploying a trusted infrastructure. In this paper, we identify some threats against blockchain wallets and propose a set of physical and logical countermeasures to thwart them. We present the crypto terminal device, operating with a removable secure element, built on open software and hardware architectures, capable of detecting a cloned device or corrupted software. These technologies are based on tamper-resistant computing (javacard), smart card anti-cloning, smart card content attestation, application firewall, bare-metal architecture, remote attestation, dynamic Physical Unclonable Function (dPUF), and programming tokens as a root of trust.This paper is an extended version of the paper ''Innovative Countermeasures to Defeat Cyber Attacks Against Blockchain Wallets,'' 2021 5th Cyber Security in Networking Conference (CSNet), 2021, pp. 49-54, doi: 10.1109/CSNet52717.2021.9614649
ロックレス・ブロックチェーン・シャーディングとマルチバージョン・コントロール
Published at 2023/03/30 11:33:28 (JST)
Lockless Blockchain Sharding with Multiversion Control
シャーディングは、ブロックチェーンプロトコルのパフォーマンスとスケーラビリティの問題を解決するために使用され、全体のトランザクション処理コストを複数のノードクラスタに分担させます。シャーディングは、既存のブロックチェーンネットワーク全体よりもノードあたりのストレージ容量や通信・計算コストが少なくて済み、並行して動作して性能を最大化します。しかし、既存のシャーディングソリューションでは、トランザクションの分離にロックを使用しているため、システムのスループットが低下し、デッドロックが発生する可能性があります。本論文では、ロックを使用せずにトランザクションの分離を確保し、トランザクションの並行性とスループットを向上させるロックレストランザクション方式を提案します。本手法では、トランザクションをサブトランザクションに分割し、複数のシャードで並列処理を可能にする。トランザクションのアカウントにはバージョンを使用し、シャード間の一貫性を実現する。我々は、有効性と正しさについて正式な証明を提供する。また、提案プロトコルを実験的に評価し、ロックベースのアプローチと実行時間やスループットを比較する。実験の結果、トランザクションの実行時間はロックベースの実行時間よりかなり短く、理想的な（ロックなしの）実行時間に近いことが示された。
Sharding is used to address the performance and scalability issues of the blockchain protocols, which divides the overall transaction processing costs among multiple clusters of nodes. Shards require less storage capacity and communication and computation cost per node than the existing whole blockchain networks, and they operate in parallel to maximize performance. However, existing sharding solutions use locks for transaction isolation which lowers the system throughput and may introduce deadlocks. In this paper, we propose a lockless transaction method for ensuring transaction isolation without using locks, which improves the concurrency and throughput of the transactions. In our method, transactions are split into subtransactions to enable parallel processing in multiple shards. We use versions for the transaction accounts to implement consistency among the shards. We provide formal proof for liveness and correctness. We also evaluate experimentally our proposed protocol and compare the execution time and throughput with lock-based approaches. The experiments show that the transaction execution time is considerably shorter than the lock-based time and near to the ideal (no-lock) execution time.
