以下はIOGブログに掲載された記事「Ouroboros Chronos provides the first high-resilience, cryptographic time source based on blockchain technology」を翻訳したものです。

Ouroboros Chronos、ブロックチェーン技術に基づく初の高回復力の暗号化された時間源を提供

より正確なグローバルタイムキーピングを提供するために設計されたChronosは、セキュリティの向上と通信遅延に対するネットワークの回復力を保証します。

By Olga Hryniuk 2021年10月27日 5 mins read

Ouroboros Chronosは、ブロックチェーン技術をベースにした初の高耐障害性の暗号化時間源を提供します。

どのような分散型ネットワークにおいても、その回復力を確保するためにはグローバルな時刻の同期が不可欠です。

すべての参加者の間で最新の情報を確保し、正確な取引処理とブロック作成を維持することから、時間の同期はスマートコントラクトの展開の観点から特に重要です。

Input Output社は、エジンバラ大学、パデュー大学、コネチカット大学の科学者と共同で、ブロックチェーン全体で時計をグローバルに同期させ、より安全で改ざん不可能なグローバルな時間源を提供する方法を発見しました。これには、サプライチェーンにおける計測機器のようなIoT（Internet of Things）デバイスや、一般的な分散システムからの時刻の同期が含まれ、特に中央の時計が破壊されることがセキュリティリスクになる場合に有効です。この研究は、ギリシャ語で「時間」を意味するOuroboros Chronosによって実現されています。このOuroborosは、カルダノブロックチェーンを支えるコンセンサスアルゴリズムの最新版です。

時間の重要性

コンピュータのプログラムやアプリケーションにおいて、時間は必要不可欠な概念です。この概念がなければ、TLS（Transport Layer Security）ベースのWebサイトにアクセスしたり、データを交換したり、さまざまな暗号アルゴリズムを利用したりすることはできません。

しかし、タイムトラッキングは解決が難しい問題です。正確な時刻の同期には、インターネット全体でのデータ送信が前提となり、そのためには時間がかかります。また、ネットワークの状態は常に変化しており、混雑状況やデータの実際のサイズなどにも依存しているため、特定のデータ送信に必要な時間を予測することは困難です。そのため、不整合が生じることが多く、正確なタイムキーピングのためのツールやソリューションを提供することが重要です。

実時間

一般的なコンピュータでは、時間を計ることは当たり前のことです。しかし、その裏には厳密な仕組みが存在しています。例えばNTP（Network Time Protocol）では、世界各地に配置されたサーバーの階層を使って計時を行っています。これには最大15のストラタムが含まれ、そのルーティングパスは最適な形で同期するように開発されています。また、ベルマン・フォード最短経路スパニングツリーを構築することで、レイテンシーと伝送時間の不整合を低減しています。

英国政府の衛星由来の時刻と位置。Blackett氏のレビューでは、より回復力のあるタイミングデータの必要性と、スマートグリッドから自律走行車までの重要部門が、妨害電波やサイバー攻撃、宇宙天気に脆弱な全地球測位衛星システム（GNSS）に危険な形で依存していることが強調されました。さらに、最近、国立物理学研究所が主導する世界初の国立タイミングセンターが設立され、通信からスマートトランスポートまであらゆる分野で、代替となるより回復力の高いタイミングサービスを調査しています。現在、国際的な計測センターでは、異なる周波数や複数の場所で動作する時計を比較して精度を確認する必要があります。

ブロックチェーンの時刻同期

分散型台帳技術では、タイムキーピングの概念が異なります。正確で有効なタイムスタンプがないと、ネットワークは処理中のトランザクションが有効かどうかを確認できず、前のトランザクションを戻すことができません。さまざまなブロックチェーン元帳で使用されている異なるタイムスタンプ技術がありますが、しかし、それらは必ずしも非常に正確ではありません。例えば、Bitcoinではコンセンサスのセキュリティ上の理由からタイムスタンプを使用していますが、主にタイムキーピングのためではありません。また、Ethereumでは、オンチェーンのタイムスタンプはマイナーによって決定されますが、コンセンサスは技術的にそれらをブロックしたり、有効性を検証したりしません。

スマートコントラクトの実行にも、タイムキーピングは欠かせません。不正確な情報は、分散型金融（DeFi）のスマートコントラクト攻撃のリスクとなります。スマートコントラクトの脆弱性は、必ずしもコードの不備によるものではなく、時間の不整合を解決して、台帳内で起こりうる攻撃をブロックする必要があります。

Ouroboros Chronos：コミュニケーションとタイミングの回復力を高めるように設計されている

Ouroboros Chronosの新しい研究は、ブロックチェーン技術がより安全に時計を同期させることを可能にします。Chronosは、それ自体が暗号的に安全なブロックチェーンプロトコルであり、さらに、新しい時刻同期メカニズムを介して正確な時刻のソースを提供し、外部でホストされた時計の脆弱性を排除します。これにより、ブロックチェーンは取引に正確なタイムスタンプを付与することができ、時間情報を狙う攻撃に対しても台帳をより強固にすることができます。

この新しいプロトコルは、ローカルタイムを単一障害点のない統一されたネットワーククロックに同期させることで、重要な通信、輸送、取引システム、インフラの耐障害性を劇的に向上させることができます。

研究を主導したエジンバラ大学のブロックチェーン技術研究所の所長であり、Input Output社のチーフサイエンティストであるAggelos Kiayias教授は、次のように述べています。

真に堅牢な分散型金融システムを構築するためには、中央のタイムキーパーを介さずに時計を同期させるという問題が不可欠です。私たちは、ダイナミックに進化する当事者のグループが、任意の参加パターンに従って行ったり来たりする場合でも、ローカルクロックを調整して一貫性を持たせることができるブロックチェーンメカニズムを初めて開発しました。ブロックチェーンベースのグローバルクロックを開発することで、私たちは、より安全で改ざんされにくい時間ソースへの道を切り開きました。

この科学的なブレークスルーは、すべての取引の正確なタイミングと完全なトレーサビリティを可能にすることで、完全に監査可能で不正のない金融システムの構築に向けた大きな一歩となるでしょう

詳細については、こちらの研究発表をご覧ください。

この記事の執筆にあたり、Rachel Bruce、Jenny Corlett、Rod Alexander、Christian Badertscherの各氏からご意見をいただきました。