2020 Fiscal Year Research-status Report
Bitcoin型競争的情報拡散に基づく合意形成における情報拡散妨害のリスク分析
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19KT0045
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
笹部 昌弘 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (10379109)
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| Project Period (FY) |
2019-07-17 – 2022-03-31
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| Keywords | 競争的情報拡散 / Bitcoin / 情報拡散妨害 / リスク分析 / 感染症伝播モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗号通貨システムBitcoinでは，悪意のあるユーザが存在したとしても不特定多数のユーザ間で自律分散的にブロックチェーン（取引台帳）に対する合意を形成できる．この合意形成は，ユーザ間でのブロック生成・拡散に関する二つの競争的原理により実現される．ブロック生成競争は高難度のパズル的計算を要する計算力の競争となる一方，ブロック拡散競争は，システムを構成するノード間で形成されたネットワーク上での情報拡散速度に依存する．Bitcoinではブロックサイズが1 MB程度と比較的大きいため，隣接ノード間のブロック伝播時に，まず受信先にメタ情報のみを送信する．受信先はメタ情報を基に未所持のブロックのみ取得を試みる．しかしながら，このプル型情報伝播では，自身の隣接ノードにメタ情報のみを送信し，その後のブロックの要求を無視することでブロック伝播を妨害できる脆弱性が存在する．本研究では，複数の攻撃者が結託し，ブロック伝播妨害を同時に行うブロック拡散妨害のリスクに着目している．
今年度は，このようなネットワーク上での競争的情報拡散とその妨害の様子を，感染症伝播モデルに着想を得たNetwork SIRAモデルとして新たに確立した．初年度の検討では，任意の2ノードが均一な確率で通信可能であるという前提の下でのモデルの基本形をScalar SIRAモデルとして確立しており，このモデルを用いた評価により，ノード間の通信確率，通常のブロック伝播速度，ブロックの妨害速度などのシステムパラメタが拡散妨害リスクに与える影響を明らかにしている．今年度は，このモデルを，ネットワーク上での競争的情報拡散とその妨害の様子を表す，Network SIRAモデルへと拡張するとともに，数値評価により，ネットワークの形状とネットワーク上での攻撃者の位置が拡散リスクに与える影響を明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ネットワーク上でのブロック拡散妨害攻撃のモデル化と定量的なリスク評価の観点で研究は概ね順調に進んでおり，得られた研究成果の一部は，Elsevier社のComputer Networksに雑誌論文として掲載されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討で確立した2種類のSIRAモデル（Scalar SIRAモデルとNetwork SIRAモデル）を用いた数値評価により，競争的情報拡散における拡散妨害攻撃のリスクが明らかとなっている．特に，隣接ノード間での攻撃（妨害）は情報（ブロック）のメタ情報の送信により実現可能となるため，情報本体と比較してメタ情報のサイズが小さくなるほど攻撃のリスクが高まる．また，ネットワーク構造が不均質な場合，ハブと呼ばれる高次数ノードが攻撃者になると拡散妨害リスクが急激に高まる．
そのため，拡散妨害攻撃への対策手法の確立が重要となる．攻撃への対策としては，万一，攻撃を受けた場合においても早期に復旧できるための仕組みと，攻撃そのものの受信を回避するための仕組みが重要となる．前者に関しては，正規のブロック取得をできる限り阻害せずに攻撃の早期検知を可能とするタイムアウト制御方式を検討する．後者に関しては，隣接ノードごとの過去の通信履歴を基に，将来の正常なブロック取得が期待できるノードの推定方式を検討する．
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| Causes of Carryover |
(理由) 新型コロナウイルスの感染状況により国内外の学会が現地開催からオンライン開催に変更されるケースが多く発生したため，学会への参加費用に変更が生じたこと．また，導入を予定していた計算機の発売時期が遅れているため．
(使用計画) 学会の開催形態に関しては，今年度も引き続き新型コロナウイルスの感染状況により変化する可能性が高いため，状況の変化に注意し，対応する．また，導入を予定していた計算機は次年度中には発売される見通しのため，その際の購入費用の一部に充てる予定である．
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