Delight @ Keio SFC-RG

Fair exchange protocols on blockchain enable atomic exchange of digital goods and cryptocurrency between untrusted parties. Two prominent protocols, Zero-Knowledge Contingent Payment (ZKCP) and FairSwap, guarantee fairness: either both parties receive the expected items (digital goods and cryptocurrency) or neither does. However, both protocols lack accountability: when an exchange terminates abnormally, the protocol cannot identify which party caused the failure. This lack of accountability undermines the applicability of fair exchange protocols in decentralized settings. To fill this gap, we identify the common accountability issue in both protocols and revise them by adding signature exchange and chaining. We formally define the revised protocols in the universal composability framework and provide a proof sketch, and measure the computational overhead of the revised protocols in our implementation and experiment.

本稿では，End-to-End Encryption（E2EE）を導入したメッセージングサービスにおいて，コンテンツモデレーションの透明性と頑健性を両立する手法を提案する．E2EE 環境ではサービス運営者は平文を知り得ないので，メッセージがポリシー違反かの判定が困難である．先行研究は判定基準を秘匿することで攻撃者によるモデレーションの回避を困難にしたが，恣意的な検閲等がないかユーザーが検証できない不透明さが批判された．本稿では，(i) 判定基準の完全公開とその運用の検証可能性を保証する透明性，(ii) ポリシー違反メッセージへの検知能力低下を抑える頑健性を同時に満たす手法を提案する．提案手法では，送信者は送信前に対象のメッセージ送信に対するシードを受け取り，このシードとメッセージで評価される判定関数への準拠をゼロ知識証明で示す．シードの予測不可能性により攻撃戦略を探索攻撃に限定し，レート制御により単位時間あたりの攻撃成功回数を制限する．プロトタイプ実装と評価により実現可能性を実証し，E2EE環境において透明性を犠牲にすることなく実効的なモデレーションを実現する新たなアプローチを示した．

本研究は，主張者が主張するクレームの妥当性を検証者が判断する“クレームの妥当性検証” を情報システムで構成する抽象モデルを提案する．個人の実績証明や，多様化するシステムへのアクセスコントロール，フェイクニュースなどの偽情報に対して，デジタル証明書を活用した情報の妥当性検証が議論されている．デジタル証明書は様々な場面で繰り返し提示され，単体に限らず，複数の証明書を組み合わせて利用することも想定されている．しかし，証明書で示される情報であるクレームの妥当性検証は，既存のデジタル証明書の標準規格では検討の範囲外とされている．このため，典型的にはクレームの検証基準は特定のコンテキストに基づいて設計され，当該コンテキスト特有の仮定や条件が前提として組み込まれる．したがって，異なるコンテキストで特定のデジタル証明書を活用する場合，元々の前提を暗黙的に援用してしまい，目的に応じた適切な検証基準を構成できない恐れがある．そこで本研究では，デジタル証明書をはじめとする根拠情報を基に，検証者が自身のコンテキストに応じたクレームの妥当性検証を情報システムとして実現するモデルを提案する．まず，既存の証明書などを用いたやりとりをモデル化し，主張者が主張するクレームを，検証者が妥当とみなす検証基準を含む“検証ポリシ” への適合を判断する営みであると整理する．次に，検証ポリシに基づき，情報システムで処理するための関数モデルを定義する．ここで，形式論理に基づいて情報システムでクレームを検証する際，検証基準には計算機で決定困難な命題を含むことがある．そこで，検証基準を構成する一連の命題の中で，特定の命題が常に真であると仮定することを“信頼”であると整理する．その上で，信頼し，真と仮定する命題を明示しながら決定論的な検証基準を構成する“Shinken モデル” を提案する．Shinken モデルに基づき，信頼する命題を明示することで，検証基準の透明性と更改可能性を担保し，検証者のコンテキストに応じたクレームの妥当性検証を実現する．本研究では，Shinken モデルに基づいたクレームの妥当性検証の実証として，2 つのケーススタディを実施した．1 つ目は，過去の商取引における結果を検証するために，ブロックチェーンを改竄困難な台帳であると信頼し，仮定した上で検証基準を構成する取り組みである．2 つ目は，デジタル証明書を用いたクレームの妥当性検証において，証明書発行の根拠情報を証明書に紐付け，検証者が検証基準を更改する取り組みである．2 つのケーススタディから，明示的な信頼に基づき検証基準を構成し，情報システムとしてクレームの妥当性検証を実現可能であると評価した．本研究の成果に基づき，コンテキストに応じて信頼する対象を明示しながら，複数の根拠情報を活用し，情報の妥当性検証を情報システムとして実現することが期待される．

This study proposes Zen, an optimized Byzantine fault-tolerant share recovery protocol for secret sharing. In data replication among multiple nodes, secret sharing ensures the confidentiality of replicated data by dividing the data into n shares and distributing them to different nodes. In real operations, systems must handle node crashes and the loss of their shares, so crashed nodes must recover their shares with the help of other nodes after returning to stable operation. However, existing share recovery protocols face a trade-off between time complexity and storage overhead. COBRA optimizes storage overhead by keeping only one share for each replicated data, but incurs a time complexity of six phases, whereas VSSR has a time complexity of two phases but requires 4× higher storage over- head than COBRA. The trade-off stems from a recovery mechanism called share blinding, where helper nodes add random blinding data that cancels out during the reconstruction of the recovering node’s share while preventing the leakage of helper shares. Furthermore, COBRA still does not optimize for real BFT state machine replication implementations which use batching for multiple replicated data. To address this challenge, we propose Zen, which mitigates the trade-off by avoiding the share blinding mechanism while pre- venting helper share leakage and optimizing for multiple share recovery. Furthermore, Zen incorporates two recovery execution paths: a fast path and a full path to reduce the cryptographic overhead depending on whether faults occur. Compared to COBRA, Zen cuts the time complexity from six phases to three phases while keeping the same storage overhead. Our experiments show that Zen (both paths) achieves up to 24× faster recovery than COBRA while achieving comparable latency to VSSR. Finally, Zen with batch processing is up to 275× faster than COBRA in the recovery of multiple shares.