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\begin{document}
\title{Blockchain implements in Christie}
%\title{Supporting NAT in Screen Sharing System TreeVNC}
\author{155753A 氏名 {赤堀}{貴一} 指導教員 : 河野 真治}
\date{}
\twocolumn [
\maketitle
\begin{onecolabstract}

Data corruption and inconsistency in computers causes severe problem. Therefore, detect corruption and inconsistency by Blockchain. The Blockchain is a distributed system.  It is possible to compare between hash value and data which is correct. Even if there are incorrect operation and tampering, data are possible to recover with Blockchain.

We are developing Christie and GearsOS. Christie is a distributed framework and GearsOS is a Operating System. GearsOS Filesystem will refer to Christie. if implementing block chain in Christie and implementing it in GearsOS, makes it possible to detect data corruption and inconsistency in the GearsOS file system. In addition, it is possible to configure decentralized distributed network between Gears OS. if it does not configure, data is protected. So, our purpose can be achieved.

In this study, We implement Blockchain in Christie and run it in distributed environment on PC cluster.
\end{onecolabstract}]
\thispagestyle{fancy} 

\section{研究目的}

コンピュータにおいてデータの破損や不整合は深刻な異常を引き起こす原因となる. そのため, 破損, 不整合を検知するためにブロックチェーン技術を用いたい.  ブロックチェーンは分散ネットワーク技術であり, データの破損や不整合をハッシュ値によって比較できる. そして, 誤操作や改ざんがあった場合でも, ブロックチェーンを用いることでデータの追跡が行える. 

当研究室では分散フレームワークとしてChristieを開発しており, これはGearsOSにファイルシステムに組み込む予定がある. そのため, Christieにブロックチェーンを実装し, GearsOSに組み込むことにより, GearsOSのファイルシステムにおいてデータの破損, 不整合を検知できる. また, GearsOS同士による分散ファイルシステムを構成することができ, 非中央的にデータの分散ができるようになる. もし分散システムを構成しない場合でもデータの整合性保持は行え, 上記の目的は達成できる.

本研究では, Christieにブロックチェーンを実装し, 実際に学科のPCクラスタ上の分散環境で動かす.

\section{ブロックチェーン}
ブロックチェーンとは分散型台帳技術とも呼ばれ, 複数のトランザクションをまとめたブロックをつなげたものを, システムに参加しているすべてのノードが参照できる技術である. 
ブロックチェーンを実装することは次のようなメリットが有る.

\begin{itemize}
\item データの追跡, 検証が容易である.
\item 中央管理者が存在しない. 単一障害点がない.
\end{itemize}

データの追跡, 検証が容易であるのは, ブロックの構造によるものである. ブロックの構造は簡易化すれば次のようなものである.

\begin{itemize}
\item 前のブロックの暗号化ハッシュ.
\item タイムスタンプ.
\item トランザクションリスト.
\end{itemize}

ブロックは図\ref{fig:chain}のようにhashでつながっている. 一つのブロックが変更されれば, その後に連なるブロックも整合性が保たれないため, これによってデータの整合性保持が行える.

\begin{figure}[h]
\centering
  \fbox{
   \includegraphics[scale=0.3]{./images/chain.pdf}
  }
\caption{hash chain}
\label{fig:chain}
\end{figure}


トランザクション, ブロックともにノード間で伝搬され, ノードごとに検証される. そして検証を終え, 不正なトランザクション, ブロックであれば破棄する. 検証に通った場合は, トランザクションはTransaction PoolにTransactionを貯めておき, ブロックはブロックチェーンに取り組まれ, また検証したノードからトランザクション, ブロックがブロードキャストされる. ノード間はP2Pで通信が行われている.

同時に異なるノードで複数のブロックができることを, forkという. これによってブロックチェーンの分岐が起こる. 
ブロックチェーンの分岐を収束させるにはコンセンサスアルゴリズムを使用する.

\section{コンセンサスアルゴリズム}
コンセンサスアルゴリズムとは, 一意の値を分散環境上で決めるためのアルゴリズムである.

今回は分散アルゴリズムとしてPaxosを実装した.


\section{Christie}

Christieは当研究室で開発している分散フレームワークである. ChristieはJavaで書かれているが, 当研究室で開発しているGearsOSに組み込まれる予定がある. そのため, GearsOSを構成する言語Continuation based Cと似た概念がある. Christieに存在する概念として次のようなものがある.

\begin{itemize}
\item CodeGear(以下CG)
\item DataGear(以下DG)
\item CodeGearManager(以下CGM)
\item DataGearManager(以下DGM)
\end{itemize}

CGはクラス, スレッドに相当し, DGは変数データに相当する. CGMはノードであり, DGM, CG, DGを管理する. DGMはDGを管理するものであり, putという操作により変数データ, つまりDGを格納できる. 

DGMにはLocalとRemoteと2つの種類があり, Localであれば, LocalのCGMが管理しているDGMに対し, DGを格納していく. Remoteであれば接続したRemote先のCGMのDGMにDGを格納できる. DGを取り出す際にはアノテーションを付けることで, データの取り出し方も指定できる. Take, Peekという操作があり, Takeは読み込んだDGが消えるが, PeekはDGを消さずにそのまま残す. また, RemoteTake, RemotePeekというものもあり, リモート先を指定することにより, RemoteDGMからデータを取ることができる.

CGはCGMによって実行されるが, 実行するにはCGに必要なDGが全て揃う必要がある. もしDGが全て揃わない場合, CGMはずっとlistenし, データが揃うまで実行を待つ.


\section{まとめ}


\nocite{*}
\bibliographystyle{junsrt}
\bibliography{reference}
\end{document}