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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王楷傑
研究生(外文):Kai-Jie Wang
論文名稱:基於權益證明實現共識預言機
論文名稱(外文):An Implementation of Proof-of-Stake based Consensus Oracle
指導教授:黃俊郎黃俊郎引用關係
指導教授(外文):Jiun-Lang Huang
口試委員:廖世偉李泓其
口試委員(外文):Shih-wei LiaoHong-Chi Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電子工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:43
中文關鍵詞:區塊鏈以太坊智能合約預言機可驗證隨機函數權益證明密碼抽籤
外文關鍵詞:BlockchainEthereumSmart ContractOracleVerifiable Random FunctionProof-of-StakeCryptographic Sortition
DOI:10.6342/NTU202000555
相關次數:
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預言機(Oracle)是介接區塊鏈世界與現實世界一個重要的橋樑,在區塊鏈的世界裡區塊鏈是無法取得鏈外的資訊,但又有許多用途的智能合約需要外界的資訊來進行運算,因此只能透過預言機將資料輸進去智能合約裡。
本論文提出一個新的架構,是使用純智能合約的方式,不需要額外的server參與,達成一個去中心化的方式解決預言機問題(Oracle Problem)。利用一個基於可驗證隨機函數(Verifiable Random Function)產生的密碼抽籤(Cryptographic Sortition)來做出一個Proof-of-Stake的共識演算法達成對Oracle真偽的共識。
最後,本論文實作的系統可以架設在Ethereum區塊鏈系統上,達到最多可以有200個參與者對同一個Oracle進行稽核,並且在不考慮用戶提交資訊的延遲狀況下,可以達到最快120秒即可驗證一個Oracle。
The Oracle acts as an important bridge between the world of blockchains and the real world. In the world of blockchains, the information out of the blockchains is unavailable; however, many smart contracts with various applications need information from outside world to operate. As a consequence, to carry out the smart contract, the data can only be input into it through the Oracle.
This paper proposes a new architecture, which is a purely smart contract method. In addition to the blockchain, no additional sever is required to solve the Oracle problem. Cryptographic Sortition generated based on Verifiable Random Function is used to con-stitute a consensus algorithm to achieve a consensus on Oracle''s authenticity.
Finally, the system implemented in this paper can be set up on the Ethereum block-chain system, and up to 200 participants can audit the same Oracle, and the verification speed can reach the fastest 120 seconds for one Oracle without considering the delay of user submitting information.
中文摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iii
圖目錄 iv
表目錄 v
第1章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 相關研究 2
1.3 研究貢獻 3
1.4 論文架構 3
第2章 區塊鏈系統介紹與先前研究 4
2.1 區塊鏈(Blockchain) 4
2.2 智能合約(Smart Contract) 5
2.3 先前研究 6
2.3.1 Oraclize 6
2.3.2 Town Crier 7
2.3.3 Chainlink 8
2.3.4 Augur 10
2.3.5 ASTRAEA 10
第3章 系統架構 13
3.1 系統簡介與假設 13
3.2 系統流程圖 14
3.3 First stage voting 15
3.3.1 First stage voting 流程 16
3.3.2 權益證明(Proof of Stake) 17
3.3.3 可驗證隨機函數VRF(Verifiable Random Function) 19
3.4 Voter confirmation 20
3.4.1 Voter confirmation流程 21
3.4.2 Commit and Reveal 22
3.4.3 密碼抽籤(Cryptographic Sortition) 22
3.5 Second stage verification 26
3.6 Finalization 27
第4章 實驗結果 28
4.1 實驗環境 28
4.2 Gas Cost 29
4.3 Performance 31
第5章 系統分析 35
5.1 惡意投票 35
5.2 獎勵模型 38
5.3 合約攻擊 39
5.3.1 Partition Attack 39
5.3.2 預測隨機數 41
第6章 結論與未來研究方向 42
6.1 結論 42
6.2 未來研究方向 42
參考文獻 43
[1]Satoshi Nakamoto, “Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System,” 2008.
[2]Dr. Gavin Wood, “Ethereum: A Secure Decentralised Generalised Transaction Ledg-er EIP-150 Revision,” 2017.
[3]oraclize.it, “A Scalable Architecture for On-Demand, Untrusted Delivery of Entropy,” 2019.
[4]TLSNotary.org, “TLSnotary - a mechanism for independently audited https sessions,” 2014.
[5]Fan Zhang, et al. “Town Crier: An Authenticated Data Feed for Smart Contracts,” CCS ''16, 2016, pp. 270 – 282.
[6]Steve Ellis, et al. “ChainLink A Decentralized Oracle Network,” 2017.
[7]Jack Peterson, et al. “Augur: A Decentralized Oracle and Prediction Market Platform (v2.0),” 2019.
[8]Ryan Berryhill, et al. “Astraea: A Decentralized Blockchain Oracle”, in IEEE Block-chain Technical Briefs, 2019.
[9]Vitalik Buterin, et al. “Casper the Friendly Finality Gadget,” 2017.
[10]Silvio Micali, et al. “Verifiable Random Functions”, Proceedings of the 40th IEEE Symposium on Foundations of Computer Science, 1999, pp. 120–130.
[11]W. Dai, “b-money,” 1998, from http://www.weidai.com/bmoney.txt
[12]A. Back, “Hashcash-a denial of service counter-measure,” 2002.
[13]eos.io, “EOS.IO Technical White Paper v2,” 2018.
[14]tron.network, “TRON Advanced Decentralized Blockchain Platform,” 2018.
[15]Jing Chen, “ALGORAND,” 2017.
[16]ethereum.org, “Ethereum 2.0 Mauve Paper,” 2016.
[17]Timo Hanke, et al. “DFINITY Technology Overview Series Consensus System,” 2018.
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