Stellar 共识协议

概要

国際決済は遅くて高価ですが、その理由の 1 つは、異種混合を介したマルチホップ決済ルーティングです。 銀行システム。 Stellar は新しいグローバル決済ネットワークです どこにでもデジタルマネーを直接送金できる 秒単位の世界。重要なイノベーションは安全なトランザクションです 新しいメカニズムを使用した、信頼できない仲介者間のメカニズム SCPと呼ばれるビザンチン協定プロトコル。 SCPでは、それぞれ 機関は、所属する他の機関を指定します 同意します。のグローバルな相互接続を通じて、 金融システムでは、ネットワーク全体がアトミックに同意します。 任意の機関にまたがる取引で、仲介資産発行会社による支払い能力や為替リスクがありません またはマーケットメーカー。 SCP のモデル、プロトコル、および 正式な検証。 Stellar 支払いネットワークについて説明します。 そして最後にベンチマークを通じて Stellar を経験的に評価します そして数年間の実稼働環境での使用経験。 CCS の概念 • セキュリティとプライバシー →分散 システムのセキュリティ。 • コンピュータシステムの組織 → ピアツーピアアーキテクチャ。・情報システム → 電子送金。 キーワード blockchain、BFT、定足数、支払い ACM 参照形式: マルタ・ロカバ、ジュリアーノ・ロサ、デビッド・マジエール、グレイドン・ホア、 ニコラス・バリー、イーライ・ガフニ、ジョナサン・ジョーブ、ラファウ・マリノフスキー、ジェド・マッケイレブ。 2019. Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い。 SOSPで ’19: オペレーティング システム原則に関するシンポジウム、10 月 27 ～ 30 日 2019年、カナダ、オンタリオ州ハンツビル。 ACM、米国ニューヨーク州ニューヨーク、17 ページ。 https://doi.org/10.1145/3341301.3359636

導入

国際支払いは遅くて費用がかかることで有名です[32]。 米国から0.50ドルを送金することが非現実的であることを考えてみましょう。 ※株式会社ガロア †カリフォルニア大学ロサンゼルス校 この作品の全部または一部のデジタルコピーまたはハードコピーを作成する許可 個人または教室での使用は、コピーが行われない限り、無料で許可されます。 営利または商業的利益を目的として作成または配布され、そのコピーには この通知と最初のページの引用全文。コンポーネントの著作権 ACM 以外の者が所有するこの作品は尊重されなければなりません。で抽象化する クレジットは許可されています。別の方法でコピーしたり再公開したり、サーバーに投稿したり、 リストに再配布するには、事前の特定の許可および/または料金が必要です。リクエスト 許可は、[email protected] から取得します。 SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル © 2019 コンピューティング機械協会。 ACM ISBN 978-1-4503-6873-5/19/10...$15.00 https://doi.org/10.1145/3341301.3359636 メキシコ、隣り合う2つの国。エンドユーザーは 9 ドル近くを支払います 平均的な転送[32]と二国間協定の場合 各国の中央銀行が仲介するのは、削減することしかできない 基本的な銀行コストはアイテム [2] あたり 0.67 ドルになります。手数料に加えて、 通常、国際決済の遅延は考慮されます 数日かかるため、すぐに海外でお金を得ることができなくなります 緊急事態。銀行システムが整備されていない国では 仕事をしていないか、すべての国民にサービスを提供していない場合、または手数料が耐えられない場合、人々はバス [38] による支払いに頼ることになります。 ボート [19]、そして時々 Bitcoin [55] によって、すべて リスク、遅延、または不便が生じる可能性があります。 コンプライアンスコストは常に発生しますが、競争の欠如により多額の損失が発生することを示す証拠 [21]、 これは非効率なテクノロジーによってさらに悪化します。人がいる場所 イノベーションが可能になり、価格とレイテンシが下がります。たとえば、2019 年第 2 四半期の銀行口座からの送金には平均で次の費用がかかりました。 6.99% であるのに対し、モバイル マネーの数字は 4.88% [13] にすぎませんでした。 イノベーションを呼び込むオープンでグローバルな決済ネットワーク 銀行以外の組織との競争が激化する可能性がある コンプライアンス [83] を含む、すべてのレイヤーでのコストとレイテンシ。 このペーパーでは、Stellar、blockchain ベースの支払いについて説明します。 イノベーションを促進するために特別に設計されたネットワーク 国際決済における競争。 Stellar が最初です 以下の 3 つの目標をすべて満たすシステム ( 新規だが経験的に有効な「インターネット仮説」): 1. オープンメンバーシップ – 誰でも通貨を裏付けとした発行が可能 ユーザー間で交換できるデジタル token。 2. 発行者による強制的なファイナリティ – token の発行者は、これを防ぐことができます token のトランザクションが取り消されたり取り消されたりすることを防ぎます。 3. 発行者間のアトミック性 – ユーザーはアトミックに交換できる 複数の発行者からの token を取引します。 最初の 2 つを達成するのは簡単です。 Paypal、Venmo、WeChat などの製品をどの企業も一方的に提供できる Pay または Alipay を使用して、支払いの最終性を確保します。 彼らが作った仮想通貨。残念ながら、これらの通貨間でアトミックに取引することは不可能です。実際、 PaypalがVenmoの親会社を買収したにもかかわらず 2013 年になっても、エンドユーザーが Venmo を送信することはまだ不可能です Paypal ユーザー [78] にドル。販売者ができるようになったのは最近になってからです 単一の統合で両方を受け入れることもできます。 目標 2 と 3 はクローズド システムで達成できます。特に、多くの国では効率的な国内決済が行われています。 ネットワークは、通常、広く信頼されている規制当局によって監督されています。ただし会員資格は非公開に限ります 一連のチャータード銀行とネットワークは以下に限定されます。 国の規制当局の管轄範囲。SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 目標 1 と 3 はマイニングされた blockchain で達成されました。 最も顕著なのは、Ethereum [3] 上の ERC20 token の形式です。 これらのblockchainの重要なアイデアは、定住した人々に報酬を与える新しい暗号通貨を作成することです。 トランザクションを元に戻すのは困難です。残念ながら、これは、token 発行者がトランザクションのファイナリティを制御していないことを意味します。ソフトウェアの場合 エラーによりトランザクション履歴が再編成される [26、73]、 あるいは、人をだまして得た戦利品がその費用を超えたとき。 歴史の再編成 [74、97]、発行者はtokens について責任を負う可能性がある 彼らはすでに現実世界のお金と引き換えています。 Stellar blockchain には 2 つの特徴的なプロパティがあります。 まず、token 間の効率的な市場をネイティブにサポートします。 さまざまな発行者からのもの。具体的には、誰でもtokenを発行できます。 blockchain は、token の任意のペア間の取引用の組み込みオーダーブックを提供し、ユーザーはパス支払いを発行できます 複数の通貨ペアにわたってアトミックに取引されますが、 エンドツーエンドの制限価格を保証します。 第二に、Stellar は新しいビザンチン協定を導入します プロトコル、SCP (Stellar コンセンサス プロトコル)、これを介して token 発行者は、強制する特定の validator サーバーを指定します トランザクションのファイナリティ。誰も発行者のvalidator（および基礎となるデジタル署名と 暗号 hashes は安全なままです)、発行者はどのトランザクションが発生したかを正確に把握し、リスクを回避します blockchain 履歴の再編成による損失の増加。 SCP の重要な考え方は、ほとんどの資産発行者が次のような恩恵を受けるということです。 流動性の高い市場であり、アトミックな取引を促進したいと考えています 他の資産と一緒に。したがって、validator 管理者は次のように設定します。 サーバーが他の validator と正確に一致するようにします。 すべての資産に対するすべてのトランザクションの履歴。 validator v1 は次のようになります。 v2 と一致するように構成されているか、v2 が一致するように構成できます v1 と、または両方が相互に一致するように構成できます。 どのような場合でも、どちらもトランザクション履歴にコミットすることはありません。 それは、相手が異なる歴史にコミットできないことを知っています。 推移性により、v1 が v2 に同意できず、v2 が v3 に同意できない場合 (またはその逆)、v1 は v3 に同意できません。 v3、v3 が v1 が聞いたアセットを表すかどうか の。これらの合意関係が仮定されると、 ネットワーク全体を推移的に接続することを SCP が保証します 世界的な協定となり、世界的なビザンチン協定となる オープンなメンバーシップを持つプロトコル。私たちはこの新しい接続性の仮定をインターネット仮説と呼びます。 「インターネット」（誰もがそう理解している）の両方が保持されます。 推移的に接続された単一最大の IP ネットワークを意味します) 従来の国際決済（ホップバイホップ） 非アトミックですが、推移的に接続されたグローバルなネットワークを活用します。 金融機関のネットワーク）。 Stellar は、2015 年 9 月から本番環境で使用されています。 blockchain の長さを管理しやすい状態に保つために、システムは 5 秒間隔の SCP - blockchain 標準では高速ですが、 ビザンチン協定の典型的な適用よりもはるかに遅い。 主な用途は支払いですが、Stellar はまた、 利益をもたらす非金銭代替可能tokenにとって魅力的であることが証明されている 即時流通市場からの取引（セクション 7.1 を参照）。 次のセクションでは、関連する作業について説明します。セクション 3 の紹介 SCP。セクション 4 では、SCP の正式な検証について説明します。セクション 5 では、Stellar の支払いレイヤーについて説明します。セクション 6 に関連する 導入の経験と学んだ教訓の一部。 セクション 7 ではシステムを評価します。セクション 8 は終了です。

関連研究

この文書で説明されているシステムは、合計すると 3 番目のものです。 分散型決済ネットワークの実現を目指します。の 著者の一人による最初の試みは、リップルをもたらしました。 blockchain。私たちは、リップルがまだ存在している限り、真にオープンな決済ネットワークのビジョンを実現することはできないと考えています。 ガバナンスと技術的な理由の両方です。ガバナンスの理由は、株主の利益と利益の間の緊張に由来します。 ただし、この文書の範囲を超えています。の 技術的な問題は、リップルのビザンチン協定プロトコル [89] ではほぼ非公開のメンバーシップ [33] が必要であるため、 従来のビザンチン協定と機能的には同様です。 2 回目の試み、Ripple コードの短期間のフォーク Stellard と呼ばれるベースは、2014 年 7 月に稼働を開始しました。 SCPを開発し、準備ができたらステラードに挿入しますが、代わりに SCPを中心とした新しいシステムを一から構築することに決め、 これはステラコアと呼ばれ、この論文で説明されています。ステラコア SCP [68] の説明と証拠とともに公開されました 2015 年 4 月に導入され、5 か月後に本番使用が開始されました。 後にインターネット草案 [20] で実装者向けの SCP について説明されました。 SCP の動機と構造は、マルチパーティ計算における非対称信頼 [40] に似ていますが、そのモデルは ノードには敵対者の構造を全体的に把握する必要があります。クォーラム スライスの概念を導入することで、SCP は次のことを実現します。 Stellar の展開にとって重要な検出可能性と動的メンバーシップ。ビザンチン個人定員会 システム [47] と非対称分散信頼 [29] は、SCP のクォーラムを一般化し、従来のシステムとの比較を簡素化します。 システム。より限定された設定では、Gotsman et al. [49]も Stellar の定足数の一般化を研究します。 他のいくつかのblockchainはSCPを採用しています。 モバイルコイン [7] と NCNT。リップルは最近、オープンメンバーシップのビザンチン協定プロトコルも提案しました コバルト[66]と呼ばれます。 SCP の安全性は最適であるため、SCP は安全です コバルトが存在する場合の障害シナリオはすべて、その逆は 不明瞭。しかし、Cobalt は、その安全状態が理解しやすく、そのため構成ミスが起こりにくいと主張しています。 Cobalt が導入されるかどうかを評価するのは興味深いでしょう。 2.1 オープンメンバーシップのないシステム 多くのコンセンサスプロトコルと同様に、SCP は投票に基づいています [50, 94] クォーラム システムで。 「生存者セット」[57] とも呼ばれるクォーラム システムに関する以前の研究 [52、67、72] では、静的な、つまり全体的に固定されたクォーラム システムについて研究しています。 システム実行、均一、つまりすべてのノードが 定足数とは何なのかについても同じ概念です。 SCPの設定が異なります 異なるノードが異なる進化するクォーラムを受け入れること。Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル 異種混合の高速コンセンサス [91] により、より微妙な表現が可能になります 信頼の概念は格子内のラベルを介して表現され、 これを利用してコミュニケーションを最適化しますが、次のことを前提としています。 クローズドメンバーシップ。 ビザンチン協定プロトコルを適応させるためのその他の取り組み HoneyBadger [70] などのブロックチェーンのような設定に、 SBFT [53] および HotStuff [99] はスケーラビリティに重点を置いています 従来のクローズドメンバーシップモデルを維持しながら、多くの参加者と広域ネットワーク上でのパフォーマンスを実現します。 非公開メンバーシップをターゲットとしたブロックチェーンが活用されている このようなプロトコルには、最近の Libra [11] も含まれます。 2.2 発行者による強制的なファイナリティのないシステム Bitcoin [71] は、 残高を追跡する信頼できる機関。同時に解決しました 2 つの問題: 人々が信じられるように新しい資産を配布する方法 それには価値があり、不可逆的なトランザクションを提供する方法 二重支出攻撃を防ぎます。 Bitcoin はアセットを作成します proof-of-work [43]、著者はこれを、金の供給を増やすために資源を投資する金鉱夫に喩えています。の 証明された作業はトランザクション履歴に依存しており、それが妨げになります トランザクションをロールバックするには、元の履歴を作成するのと同等の作業が必要になるため、二重支払い攻撃の可能性があります。 proof-of-work blockchain に対する攻撃が可能になります 攻撃者がマイニングパワーの 1/3 を制御すると [46、48]。実証作業は、新規または小規模の blockchain にとって特にリスクが高くなります [15, 23];既存のマイナーが採掘を転用することが知られています 利益を得るために小規模なチェーンに力を与える [10, 54, 74, 97, 98] または単に 問題を引き起こす [25、37] (いわゆる「ゴールドフィンガー攻撃」[60])。 時々、マイナーは、バグ [95] の望ましくない影響をロールバックするために、このような「51% 攻撃」を善意で仕掛けてきました。新しい blockchain は、次の方法で 51% の攻撃からある程度の保護を得ることができます。 より確立された blockchain と統合マイニング [6] またはプルーフ オブ バーン [79] を活用します。 この記事の執筆時点では、51% 攻撃の被害額は 823,000 ドルと推定されています。 Bitcoin、\(93,000/hour on Ethereum, and under \)20,000/ の時間 他のすべての追跡された blockchain [12] については 1 時間。結局のところ、これらは、 コストはマイニングを奨励する暗号通貨の価値に依存し、発行価値とは無関係です。 資産。対照的に、Stellar validators を侵害するコストは、管理者の制御下にある程度あります。 SCP は、次のような高保証実装に適しています。 ハードウェア セキュリティ モジュールを使用して、validator が発生するのを防ぎます。 矛盾したメッセージに署名する。追加の特典として、 Stellar にはトランザクションを通じて回収できるマイニング コストがありません 手数料またはシニョレッジ。 Bitcoin の膨大なエネルギー消費 [76] のモチベーションは よりエネルギー効率の高い、プルーフ・オブ・ワークのバリエーション スペースの証明 [16、17、44、87]、ストレージの証明 [18、56、86、90]、 経過時間の証明[4]。 トランザクションがブロックされるため、Proof of work が遅くなる可能性があります 確認には数分かかり、複数のブロックが必要です より強力なセキュリティ。ただし、ブロックをマイニングする作業は次のとおりです。 政治的問題と互換性によってのみ制約される、任意のサイズの取引バッチにわたって償却されます。 BitcoinNG [45] は作業証明を使用して、調整するリーダーを選出します より大きなトランザクションのバッチ。 Thunderella [84] は、proof-of-work をフォールバック「低速パス」として使用し、楽観的に確認できます。 非同期コンセンサスを使用してトランザクションを大幅に高速化 アクセラレーターノードと選出された委員会の 3/4 が正直である場合のプロトコル。 SCP は proof-of-work よりも高速ですが、 Thunderella の高速パスよりも多くのメッセージが必要ですが、 Thunderella の低速パスとして役立つ可能性があります。 作業証明の代替手段はステーク証明 [59] です。 この場合、マイナーは資産所有権から直接的または間接的に影響力を得ることができます。場合によっては、資産を保有する時間が経つにつれて影響力が増大することもあります。いくつかのスキーム 鉱山労働者の株式を没収することで誠実さを奨励する 不正行為[27、28、41]。委任された proof-of-stake [9, 61] は ノードは、PBFT [31] などの従来のビザンチン協定プロトコルの代表者を選出するために、そのステークに投票します。 Algorand [51] は検証可能なランダム関数を使用して、確率に比例して擬似ランダムに代表ノードを選択します 暗号通貨の保有に。白雪姫 [39] は、 プルーフ・オブ・ステークに必要なセキュリティ特性。継続的な「スリープ」ノードに対応し、オフライン。 ほとんどの proof-of-stake スキームは高価な計算を使ってブルートフォース攻撃することはできませんが、ステークを取得するコストは またはマイナーへの賄賂は依然として基礎となる暗号通貨の価値に関連しており、資産発行者の制御の範囲外にあります。 悪意のあるマイナーが存在しない場合でも、バグによって問題が発生する可能性があります。 blockchain 再組織 [26、73]。したがって、SCP とは異なり、 発行者は、blockchain の最終性を確認する方法がありません。 オンチェーン token を実際の電信送金に引き換える、または 現金の引き出し。

Stellar コンセンサスプロトコル

Stellar コンセンサス プロトコル (SCP) はクォーラムベースの オープンメンバーシップを備えたビザンチン協定プロトコル。クォーラムは、個々のノードのローカル構成の決定を組み合わせて生成されます。ただし、ノードは認識するだけです 自分自身が所属する定員会に参加した後のみ、 他のすべての定足数メンバーのローカル構成を学習します。このアプローチの利点の 1 つは、SCP が本質的に どのようなノードが存在するかについての異種のビューを許容します。したがって、 ノードは一方的に参加したり離脱したりできます。 メンバーシップを調整するための「ビュー変更」プロトコル。 3.1 ビザンチン連邦協定 伝統的なビザンチン協定の問題は次のようなもので構成されています。 N 個のノードからなるクローズド システム。そのうちのいくつかには障害があり、 恣意的に行動する。ノードは入力値を受け取り、交換します。 入力の中から出力値を決定するためのメッセージ。 ビザンチン協定プロトコルは、行儀の良い 2 つのノードが異なる決定を出力せず、一意の決定を出力しない場合には安全です。 決定は有効な入力でした（有効な合意の定義にとって）SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 事前に）。プロトコルが有効であることは、それが保証する場合に有効です。 すべての正直なノードは最終的に決定を出力します。 通常、プロトコルは整数に対して N = 3f + 1 を想定します。 f > 0 の場合、安全性と何らかの形の生存性が保証されるため、 最大でも f 個のノードに障害がある限り。これらのある段階で、 プロトコル、ノードは提案された値と提案に投票します 投票の定足数と呼ばれる 2f + 1 票を受け取ると、 決定。 N = 3f + 1 ノードの場合、任意の 2 つのクォーラム サイズ 2f + 1 は少なくとも f + 1 ノードでオーバーラップします。たとえこれらのうちの 重複するノードに障害がある場合、2 つのクォーラムは少なくとも共有します 障害のない 1 つのノードにより、矛盾した決定が防止されます。 ただし、このアプローチは、すべてのノードが同意する場合にのみ機能します。 定足数を構成するものは何ですか。SCP では不可能です。 2 つのノードは互いの存在を知らない場合もあります。 SCP では、各ノード v が一方的にノードのセットを宣言します。 (a) v は、すべての場合に次のように信じます。 スライスのメンバーがシステムの状態について同意すると、 彼らは正しく、(b) v はそのスライスの少なくとも 1 つが、 に関するタイムリーな情報を提供できるようになります。 システムの状態。結果として得られるシステムを次のように呼びます。 ノードとそのスライスの統合ビザンチン協定 （FBA）システム。次に見るように、定足数システムが登場します ノードのスライスから。 非公式には、FBA ノードのスライスは誰との関係を表します。 ノードには同意が必要です。たとえば、ノードには、それぞれ 3 つのノードを実行する 4 つの特定の組織との合意が必要な場合があります。に ダウンタイムに対応するため、スライスをすべてのセットに設定する場合があります 各組織の 2 つのノードで構成されます。これが「必要な場合」 「一致」関係は任意の 2 つのノードを推移的に関連付けます。 世界的な合意が得られます。そうしないと、発散が発生する可能性があります。 ただし組織間のみであり、どちらの組織も必要ありません 相手との合意。今日のトポロジーを考えると、 金融システムでは、広範な収束が人々が呼ぶ単一の元帳履歴を生み出し続けると仮説を立てています。 私たちがインターネットについて話すのと同じように、「Stellar ネットワーク」です。 クォーラムは次のようにスライスから生成されます。すべてのノードが指定します 送信するすべてのメッセージのクォーラム スライスが発生します。 S を 一連のメッセージの発信元となるノードのセット。あ ノードは一連のメッセージがクォーラムに達したとみなします。 S のすべてのメンバーが S に含まれるスライスを持つ場合のしきい値。 構造上、そのような集合 S は、全員一致であれば、次の条件を満たします。 各メンバーの同意要件。 障害のあるピアは、内容を変更するために作成されたスライスをアドバタイズする可能性があります。 正常に動作するノードはクォーラムを考慮します。プロトコル分析のために、FBA のクォーラムは空ではないものとして定義されます。 少なくとも 1 つのクォーラム スライスを含むノードのセット S 欠陥のない各メンバー。他のセットと同様に、この抽象化は健全です 全会一致の定足数を表すと称するメッセージの数 実際には (障害のあるノードからのメッセージが含まれている場合でも)、 そして、S に行儀の良いノードのみが含まれている場合は正確です。で このセクションでは、ノードのスライスは変更されないと仮定します。 それにもかかわらず、私たちの結果はスライス変更の場合に当てはまります。 なぜなら、スライスが変化するシステムは安全であることに劣らないからです。 ノードのスライスがすべての要素で構成される固定スライス システム。 スライス変更の場合に使用するスライス (定理を参照) [68] の 13)。セクション 4 で説明したように、活性度は以下に依存します。 行儀の良いノードは最終的に信頼性の低いノードを削除します 彼らのスライスから。 異なるノードには異なる合意要件があるため、FBA では安全性のグローバルな定義が妨げられます。私たちは言います 障害のないノード v1 と v2 が絡み合っているのは、 v1 のクォーラムが少なくとも 1 つで v2 のすべてのクォーラムと交差します。 障害のないノード。 FBAプロトコルにより合意を保証できる 絡み合ったノード間のみ。 SCP がそうするのですから、SCP のせいです 安全性に対する許容度は最適です。インターネット仮説、 Stellar の設計の根底にあるのは、人々が気にかけているノードであると述べています について絡みます。 I の外側のすべてのノードに障害がある場合でも、I のすべての 2 つのメンバーが絡み合っているような、一様に障害のないクォーラムである場合、ノードのセット I は無傷であると言います。直感的には、 それなら、私は無傷でない者の行為に影響されないようにする必要があります ノード。 SCP は、ノンブロッキングな生存性 [93] と ノード自体は必要ありませんが、無傷のセットに対する安全性 どのセットが無傷であるかを知るためです (また、知ることができない場合もあります)。 さらに、交差する 2 つのそのままのセットの和集合は次のようになります。 無傷のセット。したがって、そのままのセットは、 各パーティションが安全で稼働している、正常に動作するノード (条件によっては)ただし、異なるパーティションが出力する場合があります 異なる決定。 3.1.1 FBA における安全性と生存性の考慮事項 限られた例外 [64] を除いて、ほとんどの終了したビザンチン協定プロトコルは、均衡点に調整されています。 安全性と活性性は同じ耐障害性を持っています。 FBAでは、 つまり、障害に関係なく、すべての 絡み合ったセットもそのままです。 FBAが判断した場合、 分散型のクォーラムでは、個々のスライスの選択がこの均衡につながる可能性は低いです。さらに、 少なくともStellarでは、均衡は望ましくない: その結果 安全上の欠陥（デジタルマネーの二重使用）は、 liveness 障害 (つまり、遅延) よりもはるかに悪いです。 いずれにしても Stellar までに数日かかった支払いの場合）。人々 したがって、次のような大きなクォーラム スライスを選択する必要がありますし、実際に選択する必要があります。 それらのノードは無傷よりも絡み合ったままになる可能性が高くなります。 さらに状況が悪化すると、回復が容易になります。 FBA システムでは、従来のクローズドシステムよりも一般的な liveness 障害が発生します。閉じたシステムでは、すべてのメッセージは次のとおりである必要があります。 同じクォーラムのセットに関して解釈されます。したがって、 障害から回復するためにノードを追加および削除するには、次のことが必要です 再構成イベントについて合意に達することですが、合意が得られなくなると困難になります。それに対してFBAの場合は、 どのノードもクォーラム スライスをいつでも一方的に調整できます。 時間。システム上重要なシステムの停止に対応して 組織では、ノード管理者はスライスを次のように調整できます。 対応を調整するような感じで問題を回避する BGP の大惨事 [63] まで (ただし、次のような制約はありません) 物理ネットワークリンクを介したルーティング）。

Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル 3.1.2 カスケード定理 SCP は、基本的なラウンド モデル [42] のテンプレートに従います。 ノードは一連の番号付き投票を進めていきます。 3 つのタスクを試みます：（1）以前の投票の決定と矛盾しない「安全な」値を特定します（よくこのように呼ばれます） (2) 安全値に同意し、(3) 同意が成功したことを検出します。ただし、FBAは開いています メンバーシップはいくつかの一般的な手法を妨げ、 従来のクローズドプロトコルをFBAに「移植」することは不可能 クォーラムの定義を変更するだけでモデルを構築できます。 多くのプロトコルで採用されている手法の 1 つがローテーションです。 タイムアウト後にラウンドロビン方式でリーダー ノードを経由します。クローズド システムでは、ラウンドロビンのリーダー選択により確実に 最終的には、唯一無二の誠実なリーダーが、単一の価値観についての合意を調整することになるのです。残念ながらラウンドロビン メンバーシップが不明な FBA システムでは機能できません。 FBA で失敗するもう 1 つの一般的なテクニックは、特定のクォーラムがすべてのノードを説得できると想定することです。たとえば、 全員が 2f + 1 ノードをクォーラムとして認識すると、 2f + 1 署名は、すべてのノードに対してプロトコル状態を証明するのに十分です。 同様に、ノードが同一のメッセージのクォーラムを受信した場合、 信頼性の高いブロードキャスト [24] を通じて、ノードは障害のないすべてのノードにもクォーラムがあると想定できます。対照的に、FBA では、 クォーラムは、クォーラム外のノードにとっては何の意味も持ちません。 最後に、非連合システムは「逆方向」を使用することがよくあります。 安全性に関する推論: f + 1 ノードに障害がある場合、すべてが安全である 保証は失われます。したがって、ノード v が f + 1 ノードすべてを聞くと、 何らかの事実を述べる F、v は、少なくとも 1 人が、 安全性を損なうことなく、真実（したがって F は真実）になります。そんな 安全性はペアの特性であるため、FBA では推論が失敗します ノードの数が多いため、一部のピアに対して安全性を失ったノードは、 悪い事実を仮定することにより、常により多くのノードの安全性が失われます。 ただし、FBA はライブ性について逆に推論することができます。 v ブロッキング セットを、すべてのノードと交差するノードのセットとして定義します。 v のスライス。v ブロッキング セット B が満場一致で欠陥がある場合、B ノードとクォーラムを拒否し、活性を損なう可能性があります。したがって、もし B が満場一致で事実 F を述べた場合、v はいずれかの F が true または v はそのままではありません。ただし、v はまだ完全なものを確認する必要があります。 絡み合ったノードが F と矛盾しないことを知るための定足数、 これはSCPでのコミュニケーションの最終ラウンドにつながり、 類似のプロトコルでは必要のない他の FBA プロトコル [47] 非公開メンバーシッププロトコル。その結果、 潜在的な事実に対する信頼度の 3 つの可能なレベル: 不確定、無傷のノード間で想定しても安全 (これについては後で説明します) 用語は受け入れられた事実）、絡み合っていると想定するのが安全です ノード（これを確認された事実と呼びます）。 ノード v は、セット B がそのすべてのスライスと交差するかどうかをチェックすることで、セット B が vblocking かどうかを効率的に判断できます。興味深いことに、ノードが常にステートメントをアナウンスする場合、 accept し、フルクォーラムがステートメントを受け入れると、ステートメントが全体に伝播するカスケード プロセスが開始されます。 無傷のセット。この伝播の根底にある重要な事実を カスケード定理は次のことを述べています。 そのままのセット、Q は I の任意のメンバーの定足数、S は任意のメンバー Q のスーパーセットの場合、S ⊇I か、メンバー v ∈I が存在します。 v < S および I ∩S は v ブロッキングです。直感的には、これでしたか そうでない場合、S の補数には定足数が含まれます。 これは I と交差しますが、Q とは交差せず、クォーラム交差に違反しています。 S = Q から始めて S を繰り返し拡張すると、 ブロックするすべてのノードを含めると、次のようなカスケード効果が得られます。 最終的に、S は I のすべてを包含します。 3.2 プロトコルの説明 SCP は、部分同期コンセンサス プロトコル [42] であり、コンセンサスに達するための一連の試みで構成されます。 投票用紙。投票では、継続時間が長くなるタイムアウトが採用されます。あ 投票同期プロトコルにより、ノードが確実に稼働状態に維持されます。 投票用紙が届くまでの期間が長くなり、同じ投票用紙が使用される 事実上同期しています。終了は保証されません 投票が同期されるまで、ただし 2 つの同期投票 正常に動作するノードのスライスの欠陥のあるメンバーがそうなる SCP が終了するには、干渉しないだけで十分です。 投票プロトコルは、投票ごとに実行されるアクションを指定します。 投票用紙。投票は準備フェーズから始まります。 矛盾しない提案する値を決定してください 以前の決定。次に、コミットフェーズで、ノードは次のことを試みます。 準備された値に基づいて決定を行います。 投票には、連合投票と呼ばれる合意サブプロトコルが使用されます。n どのノードが抽象ステートメントに投票するか それは最終的に確認されるか、行き詰まる可能性があります。一部の記述は矛盾しているとみなされる可能性があり、安全性は 連合投票の保証は、2 人のメンバーが連合投票を行わないことです。 絡み合ったセットは矛盾したステートメントを裏付けます。ステートメントが無傷である場合を除き、ステートメントの確認は保証されません メンバー全員が同じように投票するセット。ただし、 完全なセットのメンバーがステートメントを確認します。フェデレーテッド 投票により、無傷のセットのすべてのメンバーが最終的にそのステートメントを確認することが保証されます。そこで、取り返しのつかない措置を講じる 確認ステートメントに応じて、生存期間を維持します 無傷のノード。 ノードは最初に、候補から取得した値を提案します。 メンバー全員が無傷である可能性を高めるプロトコル 同じ値を提案する集合、そして最終的には収束する (ただし、収束が完了したかどうかを判断する方法はありません)。 指名は、連合による投票とリーダーの選択を組み合わせたものです。 FBAでは総当たりが不可能なため、指名は 確率的なリーダー選択スキーム。 カスケード定理は投票においても重要な役割を果たします。 同期を確立し、ブロック状態を回避します。 終了はもう不可能です。 3.2.1 投票 SCP ノードは一連の番号付き投票を進め、連合投票を利用して以下の声明に同意します。 値はどの投票用紙で決定されるか決定されません。非同期の場合 または、誤った行動により投票番号 n での決定に達することができません。 ノードがタイムアウトになり、投票 n + 1 で再試行します。

SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 連合投票が終了しない可能性があることを思い出してください。したがって、いくつかの 投票用紙に関する発言は永久に固定化される可能性があります ノードがその状態にあるかどうかを決して判断できない不定状態。 まだ進行中か停止中です。ノードは除外できないため 不確定な発言が後で真実であることが判明する可能性、 新しい声明に対する連合投票を決して試みてはなりません 矛盾する不定なもの。 各投票 n では、ノードは 2 つのタイプの連合投票を使用します。 ステートメントの: • prepare ⟨n,x⟩ – x 以外の値がないことを示します n 以内の投票で決定された、または今後決定されることになります。 • commit ⟨n,x⟩ – x が投票 n で決定されると述べます。 重要なのは、prepare ⟨n,x⟩ は commit に矛盾することに注意してください。 ⟨n′,x ′⟩ n ≧ n′かつ x , x ′のとき。 ノードは、投票 n に対して連合投票を試みることによって開始します。 ステートメントは ⟨n,x⟩ を準備します。以前の準備ステートメントがある場合 連合投票により無事確認されました。 ノードは、確認された最高の投票用紙から x を選択します。それ以外の場合、ノードは x を 指名プロトコルについては次のサブセクションで説明します。 ノードが ⟨n,x⟩ の準備を正常に確認した場合にのみ 投票 n では、コミット ⟨n,x⟩ で統合投票を試みます。もし それが成功した場合、SCP が決定したことを意味するため、ノードは次のように出力します。 確認されたコミットステートメントの値。 絡み合った集合 S を考えてみましょう。値は 1 つだけなので、 特定の投票用紙で S のメンバーが作成したものであることを確認できますが、2 つの異なる値がコミットされたことを確認することはできません。 特定の投票用紙に含まれる S のメンバー。さらに、 commit ⟨n,x⟩ の場合 が確認されたら、⟨n,x⟩ を準備することも確認されました。それ以来 prepare ⟨n,x⟩ は、フェデレーション投票の合意保証により、異なる値に対する以前のコミットと矛盾します。 異なる値が以前に決定されることはないことがわかります。 S のメンバーによる投票。投票番号の誘導により、 したがって、SCP は安全であることがわかります。 生存性については、無傷のセット I と十分に長いものを考慮してください。 同期投票 n.スライスに障害のあるノードが現れた場合 行儀の良いノードのうち、n に干渉しないノードは投票によって決定されます n + 1 I のすべてのメンバーは、prepare ステートメントの同じ集合 P を確認しました。 P = ∅で投票用紙 n が十分に長い場合、 指名プロトコルは、ある値 x に収束します。 それ以外の場合、x を P で最も高い投票数を持つ準備からの値とします。いずれにしても、私は一律にフェデレーションを試みます。 次の投票で⟨n + 1,x⟩を準備することに投票します。したがって、もし n + 1 も同期しているため、必然的に x の決定が続きます。 3.2.2 指名 指名には、以下の声明に対する連合投票が必要となります。 • nominate x – x が有効な決定候補であると述べます。 ノードは、複数の値 (異なる値) を指名するために投票することができます。 指名発言は矛盾していない。ただし、一度、 ノードは任意の指名ステートメントを確認すると、投票を停止します。 新しい価値観を提案します。フェデレーション投票により、ノードは引き続き次のことを行うことができます。 投票しなかった新たな指名声明を確認する。 投票または承認 定足数から 受け入れる 定足数から は有効です からのを受け入れる ブロッキングセット コミットされていない に投票した を受け入れました を確認した に投票しました 図 1. 連合投票の段階 完全なセットのメンバーがお互いのことを確認できるようになります。 新たな投票を保留しながら、ノミネートされた値を変更します。 指名の (進化する) 結果は、確認された指名ステートメント内のすべての値の決定論的な組み合わせです。もし x はトランザクションのセットを表し、ノードは和集合を取ることができます セットの中で、最大のセット、または最も高い hash を持つセット、つまり すべてのノードが同じことを行う限り。ノードが新規を保留しているため 1 つの指名発言を確認した後に投票します。 確認されたステートメントには、有限個の値のみを含めることができます。 確認された声明が確実に拡散したという事実 無傷のセットとは、無傷のノードが最終的に 候補値のセットが同じであるため、候補結果が得られます。 ただし、プロトコルの後半の未知の時点で任意に行われました。 ノードはフェデレーテッド リーダー選択を採用して、 nominate ステートメント内の異なる値の数。のみ 指名声明にまだ投票していない指導者は、新しい × を導入することができます。他のノードはメッセージの受信を待機します リーダーの（有効な）指名投票をコピーするだけです。 失敗に対応するために、リーダーのセットは成長し続けます。 タイムアウトが発生しますが、実際には x の新しい値を導入するノードはわずかです。 3.2.3 連合投票 連合投票では、以下に示す 3 段階のプロトコルが採用されています。 図 1. ノードは最初に抽象ステートメントに同意しようとします 投票し、次に承認し、最後に声明を確認します。 ノード v は、有効なステートメント a に投票できます。 他と矛盾する未決の投票数と受け入れられた声明。これは、署名された投票メッセージをブロードキャストすることによって行われます。 v 次に、a が他の受け入れられたステートメントと一致しており、かつ (ケース 1)v が次のクォーラムのメンバーである場合に、a を受け入れます。 各ノードは、a に投票するか、a を受け入れるか、または (ケース 2) v の場合でも a に投票しませんでしたが、v ブロッキング セットは a を受け入れます。ケース 2 の場合、v は 以前に a に反対する票を投じたことがあるが、現在は 却下されました。 v 否決された投票については忘れてもよい そして、もしvが無傷なら、それは知っているので、それらをキャストしなかったふりをします 否決された投票では、ケース 1 によって定足数を満たすことはできません。 v a を受け入れることをブロードキャストし、それが入っているときに a を確認します。 全会一致で承認する定足数。図 2 は、 v ブロック集合とカスケード定理の効果 連合投票。 2 つの必要なクォーラムが共有する必要があるため、絡み合った 2 つのノードは矛盾するステートメントを確認できません。Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル 3 4 2 1 5 7

X に投票

Yに投票 (a) 3 4 2 1 5 7 6 投票する × 投票する × 投票する × 投票する Y 投票する × 投票する Y 投票する Y (b) 3 4 2 1 5 7 6 受け入れる × 投票する × 受け入れる × 投票する Y 受け入れる × 投票する Y 投票する Y (c) 3 4 2 1 5 7 6 受け入れる × 受け入れる × 受け入れる × 投票する Y 受け入れる × 受け入れる × 投票する Y (d) 3 4 2 1 5 7 6 受け入れる × 投票する × 受け入れる × 受け入れる × 受け入れる × 受け入れる × 受け入れる × (e) 図 2. 連合投票におけるカスケード効果。各ノードには、スライスのメンバーへの矢印で示される 1 つのクォーラム スライスがあります。 (a) 矛盾したステートメント X と Y が導入されます。 (b) ノードは有効なステートメントに投票します。 (c) ノード 1 はクォーラムの後に X を受け入れます {1, 2, 3, 4} は全会一致で X に投票します。(d) ノード 1、2、3、および 4 はすべて X を受け入れます。セット {1} は 5 ブロッキングであるため、ノード 5 は X を受け入れ、これを無効にします。 (e) セット {5} は 6 および 7 ブロックであるため、6 と 7 は両方とも X を受け入れます。 矛盾していないステートメントを受け入れることができない障害のないノード。ステートメントの確認は保証されていません: 投票が分かれた場合、両方の声明が永久に残る可能性がある 投票フェーズで定足数に達するのを待っている状態です。ただし、 無傷のセット内のノード 私はステートメント、カスケードを確認します 定理とケース 2 を受け入れると、最終的にはすべてが確実に その発言を確認します。 3.2.4 投票用紙の同期 ノードがコミットステートメントを確認できない場合、 現在の投票では、タイムアウト後にギブアップします。タイムアウトが発生する 任意の範囲に調整するために投票ごとに長くする ネットワーク遅延について。 ただし、タイムアウトだけでは、同時に開始されなかったノードの投票を同期するには十分ではありません。 他の理由で非同期になりました。同期を実現するために、ノードはノードの一部になったときにのみタイマーを開始します。 現在 (または今後) の投票ですべての定足数 n.これ 早期に起動したノードの速度を低下させ、 無傷のセットのメンバーがグループよりもはるかに先にいる。 さらに、ノード v が後で v-blocking セットに気づいた場合 投票の場合、すぐに最下位の投票にスキップします。 タイマーに関係なく、これはもう当てはまりません。カスケード 定理により、すべての落伍者が確実に追いつきます。結果 投票用紙は無傷の組織全体でほぼ同期されているということです。 システムが同期状態になると設定されます。 3.2.5 連合リーダーの選択 リーダーの選択により、各ノードがそのようなリーダーを選択できるようになります。 ノードが通常 1 つまたは少数の数だけを選択する方法 リーダーたちの。リーダーの失敗に対応するためのリーダーの選択 ラウンドを経て進みます。現在のラウンドのリーダーの場合 責任を果たしていないように見え、その後、 特定のタイムアウト期間のノードは次のラウンドに進みます。 彼らが従うリーダーの集団を拡大します。 各ラウンドでは、[0,hmax) の範囲の整数を出力する 2 つの固有の暗号化関数 hash 関数 H0 と H1 が使用されます。 たとえば、Stellar は Hi(m) = SHA256(i∥b∥r ∥m) を使用します。 b は SCP インスタンス全体 (ブロックまたは台帳番号)、r は リーダー選択ラウンド番号、および hmax = 2256。 ラウンドでは、ノード v の優先順位を次のように定義します。 優先度(v) = H1(v) 各ノードで 1 人のストローマンがリーダーとして選択されます 最も高い優先順位を持つノード (v)。このアプローチは機能します ほぼ同一のクォーラム スライスでは問題ありませんが、正しく動作しません 不均衡な構成におけるノードの重要性を把握します。たとえば、ヨーロッパと中国がそれぞれ 3 を貢献した場合、 すべてのクォーラムにノードを追加しますが、中国が 1,000 ノード、ヨーロッパが 4 ノードを実行すると、中国が 99.6% の優先順位の最も高いノードを持つことになります。 当時の。 したがって、スライス重みの概念を導入します。 Weight(u,v) ∈[0, 1] はノード u のクォーラム スライスの割合です ノード v を含む。ノード u が新しいリーダーを選択するとき、 次のように定義される近傍のみを考慮します。 隣人(u) = { v | H0(v) < hmax · 重み(u,v) } 次に、ノードは空のリーダーのセットから開始され、それぞれのリーダーで ラウンドは、最も高い値を持つneighbors(u)のノードvをそれに追加します。 優先度(v)。いずれかのラウンドで近隣セットが空の場合、u は代わりに H0(v)/weight(u,v) の最小値を持つ nodev を追加します。

SCPの正式な検証

設計ミスを排除するために、SCP の安全性を正式に検証しました および liveness プロパティ ([65] を参照)。具体的に検証したところ、 絡み合ったノードは決して意見が一致せず、以下で説明する条件下では、無傷のセットのすべてのメンバーが最終的に決定するということです。興味深いことに、検証の結果、 SCPが生存を保証する条件は微妙ですが、 そして当初考えられていたよりも強力です [68]: 以下で説明するように、 意図せずにタイミングを操作する悪意のあるノード プロトコルから逸脱すると、手動で削除する必要がある場合があります クォーラムスライスから。

SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 証明された特性がすべての可能な状況に当てはまることを確認するため FBA の構成と実行については、任意のものを考慮します。 任意のローカル構成を持つノードの数。これ これには、結合されていないそのままのセットを含むシナリオや、無限に長い実行が発生する可能性のあるシナリオが含まれます。欠点は、私たちが パラメータ化されたパラメータを検証するという困難な問題に直面しています 無限状態システム。 検証を扱いやすくするために、Ivy [69] と [82] の方法論を使用して、一次ロジック (FOL) で SCP をモデル化しました。 検証プロセスは、帰納的推測を手動で提供することで構成され、その後、それが自動的にチェックされます。 アイビー。 SCP の FOL モデルは、SCP のいくつかの側面を要約しています。 FOL での取り扱いが難しい FBA システム（例: カスケード定理を公理として採用します）ので、次を検証します。 Isabelle/HOL [75] を使用した抽象化の健全性。 FOLで検証問題を表現した後、帰納的不変量を与えることで安全性を検証します。帰納的 不変式は、約 10 個の 1 行の推測で構成されます 150 行のプロトコル仕様。次に、Ivy の線形時間論理で SCP の活性プロパティを指定し、 生存性を安全性まで減らす [80, 81] の生存性を減らす 検証問題から帰納法を見つける問題へ 不変。 SCP の安全性は比較的簡単ですが、 証明してください、SCP の生存に関する議論ははるかに複雑であり、 約 150 の単一行の不変式で構成されます。 生きていることを証明するには、 SCP が終了を保証する前提。私たちは当初、無傷のセットをすべて削除した場合に常に終了すると考えていました。 メンバーはスライス [68] から障害のあるノードを削除しました。しかし、これでは不十分であることが判明しました。 完全ではありません) I can のメンバーのクォーラム内のノード。 障害ノードの影響、完了による終了を防止 投票終了直前に定足数に満たないため、 I のメンバーは、次の投票で x の異なる値を選択します。 したがって、非公式には次のように仮定する必要があります。 I のメンバーのクォーラム内の各ノードは、最終的に次のいずれかを実行します。 タイムリーになるか、十分な期間メッセージをまったく送信しません。実際には、これは、I のメンバーが 条件が整うまでスライスを調整する必要があります。これ この問題は FBA システムに固有のものではありません: Losa et al. [47] 現在 活性が厳密に弱いプロトコルに依存するプロトコル スライスから障害のあるノードを削除する必要がなく、最終的には同期が行われ、最終的にはリーダーが選出されると仮定します。

決済ネットワーク

このセクションでは、SCP 上に複製されたステート マシン [88] として実装された Stellar の支払いネットワークについて説明します。 5.1 台帳モデル Stellar の台帳は、アカウントの抽象化を中心に設計されています ( よりコイン中心の未使用トランザクション出力とは対照的です または Bitcoin の UTXO モデル)。台帳の内容は次のもので構成されます。 アカウント、トラストライン、 オファー、およびアカウントデータ。 アカウントは、資産を所有および発行する主体です。それぞれ アカウントは公開キーによって名前が付けられます。デフォルトでは、対応する秘密キーでアカウントのトランザクションに署名できます。 ただし、アカウントを再構成して、他の署名者を追加し、アカウントに名前を付けるキーの認証を解除することはできます。 複数の署名者を必要とする「multisig」オプション。各アカウント シーケンス番号 (トランザクションに含まれる) も含まれます。 リプレイを防ぐため）、いくつかのフラグ、および「ネイティブ」のバランス XLM と呼ばれる、事前に採掘された仮想通貨で、被害を軽減することを目的としています。 一部のサービス拒否攻撃を防止し、市場形成を促進します 中立通貨として。 トラストラインは、発行された資産の所有権を追跡します。 発行アカウントと短いアカウントからなるペアで名前が付けられます。 資産コード (例: 「USD」または「EUR」)。各トラストラインは次のように指定します 口座、資産、その資産の口座残高、 それを超えると残高が上昇できない制限と、いくつかのフラグ。 アカウントは、次の方法で資産の保有に明示的に同意する必要があります。 トラストラインを作成し、スパマーのサドルを防止します 不要な資産を含むアカウント。 顧客確認 (KYC) 規制により、多くの金融機関は誰の預金を保有しているかを把握する必要があります。 たとえば写真付き身分証明書を確認することによって。準拠するために、発行者は設定できます アカウントにオプションの auth_reqired フラグを設定し、発行するアセットの所有権を承認されたアカウントに制限します。 このような認可を与えるために、発行者は認可された権限を設定します。 顧客のトラストラインにフラグを立てます。 オファーはアカウントの取引意欲に対応します 特定の資産の一定量を、特定の時点で別の資産に割り当てる 注文簿上の価格。それらは自動的に照合され、 買値と売値がクロスすると約定します。最後に、アカウント データはアカウント、キー、値の 3 つの組み合わせで構成され、アカウント所有者が許可します。 小さなメタデータ値を公開します。 台帳スパムを防ぐために、最小 XLM 残高があり、 予備と呼ばれます。アカウントの準備金は毎回増加します 関連する元帳エントリと元帳エントリが減少すると減少します 消える（注文が約定またはキャンセルされたとき、または注文が完了したときなど） トラストラインは削除されます）。現在、リザーブは 0.5 XLM 増加します 台帳エントリごとに (〜$0.03)。予備力とは関係なく、 アカウントを削除することで、アカウントの価値全体を取り戻すことが可能 AccountMerge オペレーションを使用してこれを実行します。 図 3 に示すレジャー ヘッダーには、グローバル属性が保存されます。 元帳番号、毎の準備金残高などのパラメータ 元帳エントリ、前の元帳ヘッダーの hash (実際には スキップリストを形成するいくつかの hashes)、SCP 出力には以下が含まれます この台帳に適用された新しいトランザクションの hash、 の hash それらのトランザクションの結果 (例: トランザクションの成功または失敗) それぞれ）、およびすべての台帳エントリのスナップショット hash。 スナップショット hash には元帳のすべての内容が含まれているため、 validator は、トランザクションを検証するために履歴を保持する必要はありません。 ただし、予想される数億件にスケールするには アカウントの場合、すべての台帳エントリ テーブルをhash 再設定することはできません。 帳簿を閉じます。また、台帳を移転することは現実的ではありませんStellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル 元帳番号 = 4 H(前のHDR) SCP出力 H(結果) H∗(スナップショット) ... ヘッダー 元帳番号 = 5 H(前のHDR) SCP出力 H(結果) H∗(スナップショット) ... ヘッダー 。 。 。 図 3. 元帳の内容。 H は SHA-256 ですが、H ∗ は H の階層的または再帰的適用を表します。 SCP 出力 前のヘッダー hash にも依存します。 アカウントの作成 新しい口座元帳エントリを作成して資金を投入する アカウントマージ 勘定科目元帳エントリの削除 オプションの設定 アカウントフラグと署名者を変更する お支払い 特定の量の資産を宛先に支払います。アカウント。 パス支払い Payment と同様ですが、別の資産で支払います (上 制限する);最大 5 つの中間資産を指定します オファーの管理 オファー台帳エントリの作成/削除/変更、 -パッシブオファー ゼロスプレッドを可能にするパッシブバリアントを使用 データの管理 アカウントの作成/削除/変更。データ台帳の入力 チェンジトラスト トラストラインの作成/削除/変更 信頼を許可する トラストラインで承認済みフラグを設定またはクリアする バンプシーケンス シーケンスを増加します。アカウントの番号 図 4. 主な台帳操作 ノードが切断されるたびにそのサイズの ネットワークが長すぎます。したがって、スナップショット hash は次のようになります。 hashing と状態調整の両方を最適化するように設計されています。 具体的には、スナップショットは台帳エントリを時間ごとに階層化します。 指数関数的にサイズが大きいコンテナのセットにおける最後の変更の内容 バケットと呼ばれます。バケットの集合はバケットと呼ばれます リストであり、ログ構造のマージツリーとある程度の類似点があります。 (LSM ツリー) [77]。バケット リストはトランザクション処理中に読み取られません (セクション 5.4 を参照)。したがって、特定のデザイン LSM ツリーの側面を緩和することができます。特にランダム キーによるアクセスは必要なく、バケットは読み取られるだけです レベルの結合の一部として順次。バケットのハッシュ化 リストは、マージされる各バケットを hash し、バケット hashes (小さい、 元帳が閉じるたびに参照の固定インデックス hashes)。切断後にバケット リストを調整するにはダウンロードが必要です バケットのみが異なります。 5.2 トランザクションモデル トランザクションは、ソースアカウント、有効性基準、 メモ、および 1 つ以上の操作のリスト。図 4 に、利用可能な操作を示します。各操作にはソース アカウントがあり、 デフォルトはトランザクション全体のデフォルトです。トランザクションは次のことを行う必要があります すべてのソースアカウントに対応するキーで署名されること 手術。マルチシグアカウントではより高度な署名が必要になる場合があります 一部の操作 (SetOptions など) の重み以下 他のもの (AllowTrust など)。 トランザクションはアトミックです。いずれかの操作が失敗した場合、いずれの操作も失敗しません。 彼らは実行します。これにより、多方向の取引が簡素化されます。仮に 発行者は土地権利書を表す資産を作成し、ユーザー A 小さな土地区画と10,000ドルを交換したい B が所有するより大きな土地区画。2 人のユーザーは両方とも署名できます。 3 つの操作を含む 1 つのトランザクション: 2 つのランド 支払いと1ドルの支払い。 トランザクションの主な有効性基準はシーケンス番号であり、これはトランザクションのシーケンス番号より 1 大きい必要があります。 ソースアカウント元帳エントリ。有効なトランザクションの実行 (成功したかどうかに関係なく) シーケンス番号がインクリメントされ、再生が防止されます。初期シーケンス番号には元帳が含まれます 削除した後でも再生を防ぐための上位ビットの数値 そしてアカウントを再作成します。 もう 1 つの有効性基準は、次の場合に関するオプションの制限です。 トランザクションを実行できます。土地とドルへの回帰 上記のスワップでは、A が B より先にトランザクションに署名した場合、A は署名できない可能性があります B が提出する前に 1 年間取引を続けてほしい そのため、トランザクションを無効にする時間制限が設けられる可能性があります 数日後。マルチシグアカウントも設定可能 hash プレイメージの暴露に署名の重要性を与えるため、 これと時間制限を組み合わせることで、アトミックなクロスチェーン取引 [1] が可能になります。 トランザクションのソースアカウントは、XLM でわずかな手数料を支払います。 輻輳がない場合は 10−5 XLM。混雑時には、 運営コストはオランダのオークションによって設定されます。バリデーターは validator は類似しているため、料金による補償はありません マイナーではなく、Bitcoin フルノードに。 XLMを破壊するのではなく、 料金は再利用され、投票によって比例配分されます。 既存の XLM ホルダー、振り返ってみると、 複雑さの価値はありませんでした。 5.3 コンセンサス値 各台帳について、Stellar は SCP を使用してデータ構造に同意します 3 つのフィールド: トランザクション セット hash (hash を含む) 前の元帳ヘッダーの）、終了時間、d アップグレード。 複数の値がノミネートされていることが確認された場合、Stellar はかかります 最も多くの操作を含むトランザクション セット (関係を破る) 合計手数料、次にトランザクション セット hash)、すべての和集合 アップグレード、および最高の終了時間。閉店時間はあくまで 最後の元帳の終了時刻と次の時刻の間の場合に有効です。 存在するため、ノードは無効な時間を指定しません。 アップグレードでは、リザーブ残高、最低運用料金、プロトコル バージョンなどのグローバル パラメーターが調整されます。いつ 指名中に組み合わせた場合、高い料金とプロトコルのバージョン番号が低い料金とプロトコルのバージョン番号に優先します。アップグレードは、連合投票による争奪スペース [34] を通じてガバナンスに影響を与えますが、どちらでもありません 平等主義でも中央集権主義でもありません。各 validator は次のように構成されます 応じて、統治または非統治（デフォルト）のいずれか 運営者がガバナンスに参加したいかどうか。 validator を管理する場合は、次の 3 種類のアップグレードを検討します。 望ましい、有効、および無効 (validator に含まれないもの)

SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 validator コア 地平線 FS DB DB 提出する クライアント クライアント その他のvalidator 図 5. Stellar validator アーキテクチャ 実装方法を知っています）。必要なアップグレードは次のように構成されています 特定の時間にトリガーし、相互に調整することを目的としています。 オペレーター。統治ノードは常に投票して希望するノードを指名します アップグレード、受け入れますが、有効なアップグレードを推薦するために投票はしません (つまり、ブロッキング定足数に従う)、決して投票しないでください。 または無効なアップグレードを受け入れます。非政府validatorのエコー 有効なアップグレードに対する投票、つまり本質的に委任 アップグレードを選択する人がどのようなアップグレードを希望するかについての決定 ガバナンスの役割のために。 5.4 実装 図 5 は、Stellar の validator アーキテクチャを示しています。デーモン stellar-core (約 92k 行の C++、サードパーティ ライブラリを除く) と呼ばれる SCP プロトコルと複製されたステート マシンを実装します。 SCP の値を生成するには、多数の台帳エントリを小さな暗号化に削減する必要があります。 hashes。対照的に、トランザクションの検証と実行 アカウントの状態と注文の照合を検索する必要があります。 最高の価格。両方の機能を効率的に提供するには、ステラコア 台帳の 2 つの表現を保持します。1 つはバケット リストを含む外部表現で、バイナリ ファイルとして保存されます。 効率的に更新し、段階的に再hashすることができます。 SQL データベースの内部表現 (PostgreSQL) 実稼働ノードの場合)。 Stellar-core は、次の内容を含む書き込み専用の履歴アーカイブを作成します。 確認された各トランザクションセットとそのスナップショット バケツ。アーカイブにより、新しいノードが自らブートストラップできるようになります ネットワークに参加するとき。台帳の記録も提供します 歴史 - 歴史を調べることができる場所が必要です ２年前の取引です。履歴は追加専用なので アクセス頻度が低いため、安価な場所に保管できます Amazon Glacier または保存できるサービスなど フラット ファイルを取得します。バリデーターホストは通常、ホストをホストしません。 検証への影響を避けるために独自のアーカイブを作成する 配信履歴からのパフォーマンス。 Stellar-Core をシンプルに保つため、使用することは意図されていません。 アプリケーションによって直接実行され、新しいトランザクションを送信するための非常に狭いインターフェイスのみが公開されます。サポートする クライアントでは、ほとんどの validator が Horizon と呼ばれるデーモンを実行します (〜18k Go の行) を送信するための HTTP インターフェイスを提供します そして取引の学習。 Horizon には読み取り専用アクセス権があります stellar-core の SQL データベース、ホライズンのリスクを最小限に抑える 不安定化する恒星の核。支払い経路検索などの機能はすべて Horizon 内に実装されており、アップグレード可能です 他のvalidatorと調整せずに一方的に。 いくつかのオプションの上位層デーモンがクライアントとなり、エコシステムを完成させます。ブリッジサーバーにより、 Stellar と既存のシステムの統合 (例: 特定のアカウントで受け取ったすべての支払いの通知を投稿する)。あ コンプライアンス サーバーは金融機関にフックを提供します。 送金者と受取人の情報を交換し、承認する 支払いに関して、制裁リストの順守のために。最後に、 フェデレーション サーバーは人間が判読できる名前を実装します。 アカウントのシステム。 6 導入経験 Stellar は数年間で中程度の状態に成長しました 適度に信頼できるフルノードオペレーターの数。ただし、 ノードの構成は、活性を維持するようなものでした（ただし、 安全性) 私たち、Stellar 開発財団に依存していました (自衛隊); SDF が突然失踪した場合、他のノード運営者は 介入して手動で私たちを削除する必要があったでしょう ネットワークを継続するにはクォーラム スライスから削除します。 私たちや他の多くの人々は、SDF の組織的重要性を軽減したいと考えていますが、この目標はその後、ますます優先されるようになりました。 研究者 [58] は、安全性とリスクを区別することなく、ネットワークの集中化を定量化し、公表しました。 活気。多くの通信事業者は積極的な設定調整に対応し、主に通信事業者のサイズを拡大しました。 SDF の重要性を薄めるために定足数を削減する。皮肉なことに、これは生命へのリスクを増大させるだけでした。 2 つの問題が状況を悪化させました。まずは人気の サードパーティの Stellar 監視ツール [5] が体系的に 実際に検証していないため、validator 稼働時間を過大評価しています その恒星コアが稼働していました。これにより、人々は次のことを含めるようになります クォーラム スライス内の信頼性の低いノード。 2番目に、バグです。 ステラコアとは、validator が次の台帳に移動すると、 残りのノードが previ を完了するのに十分に役立ちませんでしたメッセージが失われた場合の台帳。その結果、 ネットワークで 67 分間のダウンタイムが発生し、必要なダウンタイムが発生しました validator 管理者による手動調整で再起動してください。 さらに悪いことに、ネットワークを再起動しようとしているときに、複数のノードで同時に急いで再構成が行われてしまいました。 集団的な構成ミスにより、一部のノードが 分岐すると、それらのノードを手動でシャットダウンする必要があり、 乖離中に受け入れられたトランザクションの再送信。幸いなことに、この相違は発見され、修正されました 迅速に処理され、競合するトランザクションは含まれていませんでしたが、 ネットワークがクォーラム交差を享受できないリスク - 潜在的に矛盾するものを受け入れ続けながら分割する 単に設定ミスによりトランザクションが実行されました この出来事によって、非常に具体的なことが分かりました。 これらの経験を検討すると、2 つの主要な結論が得られました。 および対応する是正措置。Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル クリティカル、100% 51% 51% 高、67% 51% 中、67% 51% 低い、67% 51% 51% ... ... ... 51% ... 51% 図 6. バリデータの品質階層。最高品質のノード 最高のしきい値 100% が必要ですが、それより低い品質は 67% のしきい値に設定されます。単一内のノード 組織には単純に 51% の過半数が必要です。 6.1 構成の複雑さと脆弱性 Stellar は、クォーラム スライスを、n 個のエントリとしきい値 k で構成されるネストされたクォーラム セットとして表現します。ここで、k 個のエントリのセットはどれも同じです。 クォーラム スライスを構成します。 n 個のエントリはそれぞれ次のいずれかになります。 validator 公開キー、または再帰的に別のクォーラム セット。 柔軟かつコンパクトでありながら、ネストされたクォーラムを実現 セットは同時にノード演算子に柔軟性を与えすぎ、ガイダンスが少なすぎるため、安全でない (または たとえ無意味な構成であっても。グループ化の基準 ノードをセットに分割し、サブセットを階層に編成します。 しきい値の選択についてはすべて明確さが不十分であり、運用上の失敗の一因となっていました。するかどうかは不明 ネストされたセット階層内の「レベル」を信頼のレベルとして扱います。 または組織、またはその両方。現場での多くの構成 危険性を特定することに加えて、これらの概念を混合しました。 または無意味なしきい値。 したがって、より単純な構成メカニズムを追加しました。 これは、ネストされたクォーラム セットの 2 つの側面を分離します: グループ化 ノードを組織ごとにまとめ、各組織に単純な信頼分類 (低、中、高、または クリティカル)。高位以上の組織には、次のことが求められます。 歴史アーカイブを公開します。新しいシステムは、各組織が 51% のしきい値が設定され、組織はセットにグループ化されます 67% または 100% のしきい値 (グループの品質に応じて)。 各グループは、次の (高品質) グループの 1 つのエントリです。 図 6 に示すように、この単純化されたモデルにより、 構造の両方の点で構成ミスが発生する可能性 合成されたネストされたセットと選択されたしきい値の 各セット。 6.2 構成ミスのプロアクティブな検出 第 2 に、悪影響を観察するのを待って集団的な設定ミスを検出するのでは遅すぎることに気づきました。特に、分岐する可能性のある構成ミスに関しては、 停止よりも深刻な障害モード - ネットワークが必要とする 構成ミスを即座に検出できるため、オペレーターは実際に相違が発生する前に構成を元に戻すことができます。 このニーズに対処するために、ノードの推移閉包内のすべてのピアの集合的な構成状態を継続的に収集し、発散の可能性、つまり素性を検出するメカニズムを validator ソフトウェアに組み込みました。 クォーラム - その集合的な構成内。 6.2.1 クォーラム交差のチェック クォーラム スライスを収集するのは簡単ですが、それらの間で互いに素なクォーラムを見つけるのは、NP にとって非常に困難です [62]。ただし、私たちが採用したのは、 一連のアルゴリズムヒューリスティックと大文字小文字の区別ルール Lachowski [62] によって提案された、典型的なインスタンスをチェックする 問題の解決は、 最悪の場合のコスト。実際的に言えば、現在のネットワークは クォーラム スライスの推移的クロージャは 20 ～ 30 程度です ノードを作成し、Lachowski の最適化を使用して、通常は次のチェックを行います。 単一の CPU 上で数秒で完了します。必要が生じた場合 パフォーマンスを向上させるために、検索を並列化する場合があります。 6.2.2 危険な構成のチェック ネットワークが素のクォーラムを許可していることを検出することがステップです 正しい方向に進んでいるが、危険を知らせるのが不快なほど遅い このような重大な問題に対して。理想的には、ネットワークの集合的な設定が行われたときにノード オペレータが警告を受け取るようにしたいと考えています。 単に危険な状態に近づいているだけです。 したがって、クォーラム交差チェッカーを拡張しました。 臨界と呼ばれる状態を検出するには、現在の状態が 集合的な設定は、設定ミスが 1 つあるだけです バラバラな定足数を認める州。重大度を検出するには、 チェッカーは、各組織の構成を、シミュレートされた最悪の構成ミスに繰り返し置き換えます。 結果に対して内部クォーラム交差チェッカーを再実行します。 このような重大な構成ミスが一歩手前に存在する場合 現在の状態から、ソフトウェアは警告を発行し、 組織が構成ミスのリスクを引き起こしていると報告しています。 これらの変更により、オペレーターのコミュニティに 2 つの層が与えられます。 最悪の事態を防ぐための通知と指導 集団的な設定ミス。

評価

Stellar のグローバルな支払いとしての適性を理解するため、 取引ネットワーク、パブリック ネットワークの状態を評価しました そして私的な実験で管理された実験を実行しました ネットワーク。私たちは次の質問に焦点を当てました。 • 実稼働ネットワーク トポロジはどのようなものですか? ブロードキャストされるメッセージの平均数、および SCP はどのようにタイムアウトを経験しますか? • コンセンサスと台帳の更新の遅延はアカウントの数に依存しませんか?SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 • (a) 1 秒あたりのトランザクション (したがって、1 あたりのトランザクション数) の増加によってレイテンシはどのような影響を受けるか 台帳)、および (b) validator ノードの数? • CPU の観点から見たノードの実行コストはいくらですか。 メモリとネットワーク帯域幅は? 決済ネットワークは他のものと比べて取引率が低い 他のタイプの分散システムへ。先頭のblockchain、 Bitcoin および Ethereum、最大 15 トランザクション/秒を確認します。 Stellar 未満。さらに、これらのシステムは、 プルーフ・オブ・ワークではいくつかのブロックがマイニングされるのを待つ必要があるため、トランザクションを安全に確認するには 1 時間かかります。の blockchain 以外の SWIFT ネットワークでは、ピーク日 [14] には 1 秒あたり平均 420 トランザクションしかありませんでした。そこで私たちが選んだのは、 測定値を 5 秒の目標と比較するため 元帳間隔、より積極的な目標。私たちの結果は次のことを示しています レイテンシはこの制限を快適に下回っています。 いくつかの未実装の最適化がまだパイプラインにあります。 7.1 アンカー 取引量で上位の資産には通貨が含まれます (例: 3 USD アンカー、2 CNY)、Bitcoin アンカー、不動産担保証券 token [92]、およびアプリ内通貨 [8]。アンカーが異なれば、ポリシーも異なります。たとえば、1 つの USD アンカー、 Stronghold、auth_reqired を設定し、顧客を保持するすべてのアカウントに対して顧客確認 (KYC) プロセスを要求します。 資産。もう 1 つの AnchorUSD は、誰でも受け取って取引できます 彼らの米ドル（文字通り0.50ドルをメキシコに送金することが可能になります） 5 秒で 0.000001 ドルの手数料がかかります）。ただし、アンカーUSD USDの購入または引き換えにはKYCと手数料が必要です 従来の電信送金を使用します。フィリピンでは、 Coins.ph の入金に対する銀行の規制は緩い 任意の ATM マシン [36] での PHP のキャッシュアウトをサポートします。前述のセキュリティ token とアプリ内通貨に加えて、次のようなさまざまな非通貨 token があります。 商業債券 [22] および炭素クレジット [85、96] からその他 協力を促す token などの難解な資産 車の差し押さえ [35]。 7.2 パブリックネットワーク この記事の執筆時点では、126 個のアクティブなフル ノードがあり、そのうち 66 個は 投票メッセージに署名してコンセンサスに参加します。図7 ([5] によって生成) は、ネットワークを視覚化します。 一方が他方のクォーラム スライスに存在する場合は 2 つのノード、もう一方のクォーラム スライスに存在する場合は 2 つのノード 濃い青の線は双方向の依存性を示します。で センターは、17 の事実上の「ティア 1 validators」からなるクラスターであり、以下によって運営されています。 SDF、SatoshiPay、LOBSTR、COINQVEST、および Keybase。 4 か月前、第 6 節の出来事が起こる前に、 システム的に重要なノードは 15 個あり、そのうち 3 個は一見したところからのノードでした 第一層の組織といくつかのランダムなシングルトン。の グラフもかなり規則性が欠けているように見えました。したがって、新しい構成メカニズムおよび/またはより適切なオペレーターの決定が必要と思われます。 より健全なネットワーク トポロジに貢献します。なし 莫大な資金力（そしてそれに対応する株主） 図 7. クォーラム スライス マップ 義務）、ティア1を5人採用するのは困難だったでしょう ただし、組織は最初からそうなっています。これは定足数を示唆しています スライスはネットワーク ブートストラップで便利な役割を果たします。誰でも実行できます。 重要なプレーヤーになるという目標を持って参加するため、 ペアごとの合意の門番は存在しません。 現在、台帳には 330 万を超えるアカウントがあります。終わった 最近 24 時間で、Stellar のトランザクションは平均 4.5 件で、 1 秒あたり 15.7 回の操作。最近の台帳を確認すると、ほとんどの場合、 トランザクションには単一の操作があるように見えますが、数回ごとに 台帳では、多くの操作を含むトランザクションが見られます。 オファーを管理するマーケットメーカーから来ているようです。の 合意形成と台帳の更新にかかる平均時間は それぞれ1061ミリ秒と46ミリ秒。 99 パーセンタイルは次のとおりです。 2252 ミリ秒と 142 ミリ秒 (前者は 1 秒のタイムアウトを反映) 指名リーダーの選択において）。 SCP のパフォーマンスは次のとおりです。 SCP 以来、1 秒あたりのトランザクションにほとんど依存しません。 任意の多数のトランザクションの hash に同意します。ボトルネックは候補の伝播によって発生する可能性が高くなります 指名、実行、検証中のトランザクション トランザクションとバケットのマージ。まだ必要ありません 複数の CPU コアまたはディスク ドライブ上で Stellar-core のトランザクション処理を並列化します。 また、ブロードキャストされた SCP メッセージの数も評価しました。 本番ネットワーク上で。通常のシングルの場合 リーダーが価値を指名するために選出された場合、私たちは 7 つの論理的価値を期待します ブロードキャストされるメッセージ: 投票して承認する 2 つのメッセージ のみnate ステートメント、受け入れて確認する 2 つのメッセージ 準備ステートメント、受け入れと確認のための 2 つのメッセージ commit ステートメント、そして最後に externalize メッセージ (敗者を支援するために新しい台帳をディスクにコミットした後に送信されます) 追いつきます）。実装はコミット確認を組み合わせます そしてメッセージを最適化として外部化します。 コミット後に値を安全に外部化できます。次に、本番環境 Stellar validator で収集されたメトリクスを分析します。終わった 68 時間にわたって、1 秒あたり 1.3 メッセージが送信されました。 台帳あたりのメッセージは平均して 6 ～ 7 件です。合計は

Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル パーセンタイル タイムアウト数 指名 投票 75% 0 0 99% 1 0 マックス 4 1 図 8. 68 時間にわたるレジャーごとのタイムアウト validators によってブロードキャストされるメッセージの数は大きくなります。 フェデレーテッド投票メッセージに加えて、ノードはブロードキャストも行います。 彼らが知ったあらゆる取引。 図 8 は、プロダクションで発生したタイムアウトを示しています。 validator 68 時間にわたって。指名タイムアウトは、 リーダー選出機能の（非）有効性の尺度。投票タイムアウトはネットワークに大きく依存します。 メッセージの遅延の可能性もあります。タイムアウトは一貫しています 発行されるメッセージの数: 6 つのメッセージ 最良のシナリオ、および追加の指名ラウンドが必要な場合は少なくとも 7 つのメッセージ。 7.3 管理された実験 に詰められたコンテナ内で制御された実験を実行しました。 72 GiB の RAM を備えた Amazon EC2 c5d.9xlarge インスタンス、 900 GB の NVMe SSD、および 36 個の vCPU。各インスタンスは 同じ EC2 リージョンにあり、10 Gbps の固定帯域幅がありました。 ストアとして SQLite を使用しました。 (Stellar は PostgreSQL もサポートしています。 ただし、測定にノイズを注入する非同期タスクが含まれます)。 Stellar は、組み込みのランタイム クエリ、generateload、 特定のターゲットで合成負荷を生成できるようにします トランザクション/秒レート。 Stellar はさまざまな機能をサポートしていますが、 オーダーブックやクロスアセットパスなどの取引機能 決済においては、シンプルな決済に注力しました。 トランザクションの確認は複数のステップで構成されているため、 次のそれぞれの測定値を記録しました。 • 指名: 指名から最初の準備までの時間 • 投票: 最初の準備から投票の確認までの時間 投票用紙がコミットされました • 台帳の更新: コンセンサス値を適用する時期 • トランザクション数: 台帳ごとに確認されたトランザクション 私たちの各実験は 3 つのパラメーターによって定義されました。 台帳の口座エントリの数、金額 1 秒あたりに送信される負荷 (XLM 支払いの形式)、 そしてvalidatorの数。 validator ごとに構成しました validator ごとに知るため (最悪のシナリオ) SCP の場合）、クォーラム スライスは単純過半数に設定されます。 (異なるクォーラムの数を最大化するため)。 ベースライン ベースライン実験では Stellar を測定しました 100,000 アカウント、4 つの validator、および負荷生成 100 トランザクション/秒のレート。台帳ごとに平均 507 件のトランザクションが観察され、標準偏差は 49 でした。 (9.7%)。トランザクションがドロップされなかったことに注意してください。わずかな 105 106 107 0 500 1,000 1,500 2,000 アカウント レイテンシ[ミリ秒] 台帳の更新 投票 指名 図 9. アカウント数の増加に伴う待ち時間 差異は、ロード ジェネレーターのスケジュール制限によるものです。台帳ごとのトランザクション数が観察されました。 台帳を考慮すると、負荷生成率と一致していました 5秒ごとに閉まります。指名、投票、台帳 アップデートでは、平均レイテンシが 82.53 ミリ秒、95.96 ミリ秒、 それぞれ174.08ミリ秒。指名のレイテンシーが観察されました 99 パーセンタイルは常に 61 ミリ秒未満ですが、場合によっては 最初のステップに相当する約 1 秒のスパイク リーダー選択のタイムアウト機能で。 ベースラインのパフォーマンスを考慮して、その影響を調べました。 各テスト設定パラメータを変更します。 アカウント 図 9 のデータは、Stellar がスケールすることを示唆しています。 アカウントの数も増えます。テストの生成 バケットの作成と、アカウントの作成に時間がかかるプロセスになりました。 マージにより、単にデータベースにデータを追加することができなくなりました SQL 経由でアカウントを直接使用します。そこで私たちは、 最大 50,000,000 アカウントを対象とした実験。あるうちに コンセンサスと台帳更新の遅延への影響を最小限に抑え、 アカウントを増やすと、次のようなオーバーヘッドが発生することに注意してください。 バケットを結合すると、サイズが大きくなります。 トランザクションレート 取引レートは金額に影響を与えます validator 間のトラフィック マルチキャスト、各台帳に含まれるトランザクションの数、および最上位のサイズ バケツ。トランザクションの増加による影響を理解するため 負荷に応じて、100,000 のアカウントと 4 つの validator を使用して実験を実行しました。 図 10 は、コンセンサス レイテンシーの緩やかな増加を示しています。 一方、大部分の時間は台帳の更新に費やされました。 当然のことですが、トランザクション セットのサイズが大きくなるにつれて、 データベースにコミットするのに時間がかかります。また、 台帳更新の遅延は実装に大きく依存します。 データベースの選択によって影響を受けます。 バリデータノード tierone validators の数がどのように増加するかを確認するにはパフォーマンスに影響を与えるため、実験を実行しました 100,000 のアカウント、100 トランザクション/秒、validator の数は 4 ～ 43 で、すべての validator が表示されました。 すべての validator のクォーラム スライス内。より小さいクォーラム スライスは、 パフォーマンスへの影響が少なくなります。SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル ロカバら。 100 150 200 250 300 350 0 500 1,000 1,500 2,000 ロード [トランザクション/秒] レイテンシ[ミリ秒] 台帳の更新 投票 指名 図 10. トランザクション負荷の増加に伴うレイテンシ 10 20 30 40 0 500 1,000 1,500 2,000 バリデーター レイテンシ[ミリ秒] 台帳の更新 投票 指名 図 11. ノード数の増加に伴うレイテンシ ネットワーク上の検証ノードの数の変更 交換される SCP メッセージの数に影響を与えるだけでなく、 推薦中の潜在的な値の数。図11 は、指名時間の増加率が比較的小さいことを示しています。 データは投票がボトルネックであることを示唆していますが、 スケーリングに関する多くの問題は、改善することで解決できると考えています。 Stellar のオーバーレイ ネットワークを使用してネットワーク トラフィックを最適化します。として 予想通り、台帳更新の遅延は独立したままでした ノードの数。 成約率 最後に、台帳が確認される頻度と、Stellar が 5 秒の目標を達成するかどうかを測定することで、Stellar のエンドツーエンドのパフォーマンスを測定したいと考えました。 トランザクションを削除します。平均的な元帳のクローズが観察されました アカウントの増加に伴い、5.03 秒、5.10 秒、5.15 秒の時間になりました それぞれ、エントリ、トランザクション レート、ノード数です。 結果は、Stellar が元帳を一貫してクローズできることを示唆しています 高負荷時。 7.4 validator を実行しています Stellar の重要な特徴の 1 つは、コストが低いことです。 validator を実行します。アンカーは実行 (または契約) する必要があります。 validators でファイナリティを強制します。 SDF は 3 つの本番 validator を実行し、すべて 2 つのコアを持つ c5.large AWS インスタンス上で実行します。 4 GiB の RAM および Intel(R) Xeon(R) Platinum 8124M CPU @ 3.00GHz プロセッサ。 1 台でのリソース使用状況の検査 これらのマシンのうち、Stellar プロセスを観察しました。 CPU の約 7% とメモリ 300 MiB。ネットワーク トラフィックに関しては、ピアへの接続数が 28、クォーラム サイズが 1 つあります。 34 の場合、受信速度と送信速度は 2.78 Mbit/s でした。 それぞれ2.56Mビット/秒。このようなものを実行するにはハードウェアが必要です プロセスが安価です。この場合、コストは 0.054 ドル/時間です。 または月額約40ドル。 7.5 今後の取り組み これらの実験は、Stellar が 1 ～ 2 個の注文を簡単にスケールできることを示しています 今日のネットワーク使用量を超える規模です。なぜなら、 これまでのところ、パフォーマンスに対する要求は非常に控えめです。Stellar を使用して多くの直接的な最適化の余地を残します。 有名なテクニック。例: トランザクションと SCP メッセージは素朴なフラッディングを使用して validators によってブロードキャストされます プロトコルを使用しますが、理想的には、より効率的で構造化されたプロトコルを使用する必要があります。 ピアツーピア マルチキャスト [30]。さらに、データベースを多用する 台帳の更新時間は、標準のバッチ処理およびプリフェッチ技術によって改善できます。

結論

国際決済は高額で日数もかかります。基金 保管はコルレス銀行や送金サービスを含む複数の金融機関を経由します。 各ホップは完全に信頼される必要があるため、新しいホップは困難です。 参入者は市場シェアを獲得し、競争します。 Stellar の番組 数秒で世界中に安く送金する方法。の 主要な革新は、ピアツーピア構造を活用した新しいオープンメンバーシップのビザンチン協定プロトコルである SCP です。 世界的なコンセンサスを達成するための金融ネットワークの構築 新しいインターネット仮説。 SCP は Stellar をアトミックにコミットさせます 任意の参加者間の不可逆的なトランザクション。 お互いのことを知らないし信頼もしていない。これにより、新規参入者が既存の市場と同じ市場にアクセスできることが保証されます。 プレーヤーは、利用可能な最高の交換を安全に入手できます 信頼できないマーケットメーカーからのレートであっても、劇的に上昇します。 支払いの待ち時間を短縮します。 謝辞 Stellar は、初期の ジョイス・キムのリーダーシップまたは多大な貢献 スコット・フレッケンシュタインとバルテック・ノヴォタルスキーが建築と Horizon、Stellar SDK、およびその他の重要な要素の維持 Stellar エコシステムの。コルテン・ベルジェロンにも感謝します。 ヘンリー・コリガン＝ギブス、キャンディス・ケリー、カピル・K・ジェイン、ボリス レズニコフ、ジェレミー・ルービン、クリスチャン・ラダー、エリック・サンダース、 Torsten Stüber、Tomer Weller、匿名の査読者、 私たちの羊飼いのジャスティン・シェリーさんに有益なコメントをいただきました 以前の草案。 免責事項 マジエール教授のこの出版物への貢献は有償コンサルタントとしてのものであり、教授の活動の一部ではありませんでした。 スタンフォード大学の義務または責任。

Stellar による高速かつ安全なグローバル支払い SOSP ’19、2019 年 10 月 27 ～ 30 日、カナダ、オンタリオ州ハンツビル