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Quorumサンプル実装から理解するエンタープライズ Ethereum のポイント
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Enterprise Ethereum の サンプル実装 : Quorumとは
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Transaction
②Processing
パブリック（＝共通）
&プライベート
Consensus Chain Consensus投票&
ランダムタイムアウトコンセンサス所要時間の短縮化
パブリック/プライベートの二刀流
JPモルガンが Go Ethereum ベースのOSSを開発
トランザクションの方式やコンセンサスアルゴリズムをエンタープライズ用途に耐えられるように改良
Quorumの機能的な主な特徴
①Security
許可型ネットワーク＆
暗号化安全性の確立
Quorum Transaction Processing の特徴① Security
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ネットワークを許可型にすることと、暗号化によってQuorumネットワーク内の安全性が確保されている
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
Public
Public
Public
Private
Private
Private
A
B
C
Ethereum Network Constellation Network
HashPayload
HashPayload
HashPayload
• permissioned-nodes.jsonに接続を許可するﾉｰﾄﾞを記載
"enode://remoteky1@ip1:port1“（static-nodes.jsonと似ている）
許可制ネットワーク
• ﾌｧｲﾙやﾒｰﾙの暗号化に使用されるPGPをﾍﾞｰｽにしている
• ﾍﾟｲﾛｰﾄﾞは、ｾｯｼｮﾝ鍵と呼ばれる乱数の値を鍵として，対称暗号※により暗号化される。
• そのｾｯｼｮﾝ鍵は，公開鍵で暗号化される（復号には秘密鍵）
• ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬ間の通信はHTTPSにより暗号化
暗号化方式
※暗号化と復号の鍵が同一
HTTPS
Constellation ・・・星座、集まりEnclave ・・・包領、少数集団
Quorum Transaction Processing の特徴② Processing
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DAppTransactionX
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
QuorumNode
TransactionManager
Enclave
1 2
3
45
6
7
Block N8
9
10
11
12
11
12
9
7
10
Block N
Block N
8
8
# プロセス① A及びBの公開鍵を設定して、
Node AにﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝXを送信② ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬにﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝXを送付
③ ｴﾝｸﾚｰﾌﾞをｺｰﾙ
④ 1. ｾｯｼｮﾝ鍵とﾅﾝｽを生成2. ﾍﾟｲﾛｰﾄﾞ/ﾅﾝｽをｾｯｼｮﾝ鍵で暗号化3. ﾍﾟｲﾛｰﾄﾞのﾊｯｼｭを計算4. A/Bの公開鍵でA/Bのｾｯｼｮﾝ鍵を暗号化5. ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬに2,3,4のﾃﾞｰﾀを送信
⑤ • 暗号化されたﾍﾟｲﾛｰﾄﾞ/ﾊｯｼｭ/ｾｯｼｮﾝ鍵(A)を保存し、HTTPSでBのﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬにﾍﾟｲﾛｰﾄﾞ/ﾊｯｼｭ/ｾｯｼｮﾝ鍵(B)を送信
• Bは受信結果(ACK/NACK)を返す⑥ Bの受信成功後に、Aのﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬがﾉｰ
ﾄﾞにﾊｯｼｭを送信、元のﾍﾟｲﾛｰﾄﾞと置換⑦ Ethereumの標準P2Pﾌﾟﾛﾄｺﾙを使用して他の
ﾉｰﾄﾞにﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝXを伝播⑧ ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝXを含むﾌﾞﾛｯｸNが生成され、全ﾉｰﾄﾞ
に配布される⑨ 各ﾉｰﾄﾞは、ﾛｰｶﾙのﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬをｺｰﾙし、ﾄ
ﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝを保持しているか確認する（ﾊｯｼｭをｲﾝﾃﾞｯｸｽとして使用）
⑩ C:ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝｽｷｯﾌﾟ AB:ｴﾝｸﾚｰﾌﾞをｺｰﾙ⑪ 秘密鍵でｾｯｼｮﾝ鍵を復号し、ｾｯｼｮﾝ鍵でﾍﾟｲﾛｰﾄﾞ
を復号。ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬにﾍﾟｲﾛｰﾄﾞを返す⑫ • ｺﾝﾄﾗｸﾄ実行のために解読されたﾍﾟｲﾛｰﾄﾞをﾉｰ
ﾄﾞのEVMに送信• ﾌﾟﾗｲﾍﾞｰﾄｽﾃｰﾄDBが更新される
Public
Public
Public
Private
Private
Private
A
B
C
9
10
パブリック・トランザクションフローは標準的なEthereumのトランザクションと同じ 下記は、Node A と Node B向けのプライベート・トランザクションフロー
Ethereum Network Constellation NetworkPrivate For A/B
HashPayload
HashPayload
HashPayload
Ethereum Network
Quorum Chain Consensus の特徴 1/2
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Maker(Quorum Node)
Voter(Quorum Node)
Non-Voter(Quorum Node)
BlockVoting
BlockVoting
Block NTx List Vote ListTx 10 Vote1 Tx 11 Vote2Tx 12 Vote3
1
22
# プロセス① 最初にMakerﾉｰﾄﾞがﾌﾞﾛｯｸを生成し、それに署名す
る。ﾌﾞﾛｯｸには、前の期間にｷｬｽﾄされた親ブロックの投票が含まれる
② ﾌﾞﾛｯｸは、標準のEthereum P2Pﾌﾟﾛﾄｺﾙを使用してﾈｯﾄﾜｰｸに配布される。ﾛｰﾙに関係なく、すべてのﾉｰﾄﾞがﾌﾞﾛｯｸを受信する。
③ 投票者ﾉｰﾄﾞはﾌﾞﾛｯｸを検証する• BlockVotingｺﾝﾄﾗｸﾄをｺｰﾙし、Makerがﾌﾞﾛｯｸを作成できるかどうかを確認する
• BlockVotingｺﾝﾄﾗｸﾄを呼び出して、ﾌﾞﾛｯｸの親ﾌﾞﾛｯｸが十分な票を受け取ったかどうかをチェックする
• （ﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾏﾈｰｼﾞｬからﾍﾟｲﾛｰﾄﾞを取得した後に）ﾌﾞﾛｯｸ内の処理可能な全てのﾊﾟﾌﾞﾘｯｸﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝとﾌﾟﾗｲﾍﾞｰﾄﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝを実行する
• ﾊﾟﾌﾞﾘｯｸｽﾃｰﾄのﾙｰﾄﾊｯｼｭをﾌﾞﾛｯｸ内のｽﾃｰﾄﾙｰﾄと比較することによって、ﾊﾟﾌﾞﾘｯｸｽﾃｰﾄを検証する
• ﾌﾞﾛｯｸ内の全てのﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝをﾊｯｼｭ化し（ﾊﾟﾌﾞﾘｯｸとﾌﾟﾗｲﾍﾞｰﾄの両方）、そのﾊｯｼｭをﾌﾞﾛｯｸ上のﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾊｯｼｭと比較するこれはｽﾃｰﾄﾁｪｯｸではないが、全ての投票者ﾉｰﾄﾞがﾌﾞﾛｯｸ内のﾄﾗﾝｻﾞｸｼｮﾝﾘｽﾄで一致することを保証する
④ 首尾よく検証されると、投票者ノードは、すべてのノードに配布される標準のEthereumTransactionを使用して、BlockVotingｺﾝﾄﾗｸﾄに投票を送信する
⑤ Makerﾉｰﾄﾞはﾀｲﾑｱｳﾄに達し、前のﾌﾞﾛｯｸの最小投票数が受信されたかどうかを判定し、ﾌﾞﾛｯｸ作成以降、検証 → 投票処理が繰り返される
PoW ではない新たなコンセンサスアルゴリズムで スピードの向上を目指す
3
Block NTx List Vote ListTx 10 Vote1 Tx 11 Vote2Tx 12 Vote3
5
ﾌﾞﾛｯｸ配布
ﾌﾞﾛｯｸ生成
検証投票
CallCall Transaction4
＜ﾌﾞﾛｯｸ生成開始のトリガー＞• 同時に2つ以上のMakerがブロックを作成する可能性を減らすために、Makerはランダムな期
間（タイムアウト）を生成してからブロックの作成を開始する• Makerが他のMakerより前にタイムアウトに達すると、ブロックの作成を開始することができる• Makerがブロック作成プロセスを開始すると、他のMakerノードは現在のタイムアウトをリセット
し、新しいランダムタイムアウトを生成し、ブロックが作成されるまで待つ
＜Block Data＞• A Global Transaction Hash• The Public State root hash• Block Maker's signature
Quorum Chain Consensus の特徴 2/2
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Quorum Node
Smart Contract
BlockVoting
nodeInfo
blockMakerAccount
min/max blocktime
canCreateBlocks
canVote
voteAccount
ブロック生成
投票
Quorum Nodeの設定値
コントラクト機能
ﾌﾞﾛｯｸ生成できるﾉｰﾄﾞを追加する
最低投票数を設定する
ﾌﾞﾛｯｸ生成できるﾉｰﾄﾞのｱﾄﾞﾚｽ
ﾌﾞﾛｯｸ生成待ち時間(最大/最小)
ﾌﾞﾛｯｸ生成可否
投票できるﾉｰﾄﾞのｱﾄﾞﾚｽ
投票可否
setVoteThreshold
vote
addBlockMaker
addVoter
投票の実行
投票できるﾉｰﾄﾞを追加する
genesis.json
(Initial)Maker Node
Quorum Nodeの初期値
ﾈｯﾄﾜｰｸ起動時にﾌﾞﾛｯｸ生成ができるﾉｰﾄﾞのｱﾄﾞﾚｽ
• Quorumの投票型コンセンサスは、スマートコントラクトの機能で実行
• コンセンサスに参加するノードの追加／削除もスマートコントラクトの機能で実行
• コンセンサスに参加するノードに関する情報はQuorum Nodeのデータベースに書き込まれる
• 最初にブロックを生成するノードのアドレスはgenesis.jsonに書き込む
主なポイント
コンセンサスアルゴリズムに関連するシステム構造
Quorum の 課題（ロードマップ提示済みのもの）
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Network Management• Network Permissioning to be managed via Smart Contracts as opposed to node-
specific config• Dynamic Node removal• Network Admin Dapp
Privacy• Support for private key rotation• Ability to extend the list of participants that can access private transactions post
transaction creation Consensus
• Safer 'deadlock management' when Vote Threshold is not met (currently Maker Node can break deadlock by re-voting)
• Limitations on the number of votes a Voter or Organisation can make• Dynamic Voting Threshold adjustment
Performance• Parallel Transaction processing
Short Term
Medium Term
Consensus• Pluggable consensus
8
デモンストレーション
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ご清聴ありがとうございました