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논문 상세정보

평가항목 제안 및 분석을 통한 블록체인 분산합의 알고리즘 성능 개선

Performance Improvement of Distributed Consensus Algorithms for Blockchain through Suggestion and Analysis of Assessment Items

Abstract

Recently, blockchain technology has been recognized as one of the most important issues for the 4th Industrial Revolution which can be represented by Artificial Intelligence and Internet of Things. Cryptocurrency, named Bitcoin, was the first successful implementation of blockchain, and it triggered the emergence of various cryptocurrencies. In addition, blockchain technology has been applied to various applications such as finance, healthcare, manufacturing, logistics as well as public services. Distributed consensus algorithm is an essential component in blockchain, and it enables all nodes belonging to blockchain network to make an agreement, which means all nodes have the same information. For example, Bitcoin uses a consensus algorithm called Proof-of-Work (PoW) that gives possession of block generation based on the computational volume committed by nodes. However, energy consumption for block generation in PoW has drastically increased due to the growth of computational performance to prove the possession of block. Although many other distributed consensus algorithms including Proof-of-Stake are suggested, they have their own advantages and limitations, and new research works should be proposed to overcome these limitations. For doing this, above all things, we need to establish an evaluation method existing distributed consensus algorithms. Based on this motivation, in this work, we suggest and analyze assessment items by classifying them as efficiency and safety perspectives for investigating existing distributed consensus algorithms. Furthermore, we suggest new assessment criteria and their implementation methods, which can be used for a baseline for improving performance of existing distributed consensus algorithms and designing new consensus algorithm in future.

질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
분산합의 알고리즘
분산합의 알고리즘은 블록체인에서 어떤 역할인가?
분산된 환경에서 복수의 주체가 협업하는 과정 중에 발생할 수 있는 불일치를 해결하여 시스템을 통일된 상태로 유지하기 위한 알고리즘으로써 블록체인에서 가장 중요한 역할을 수행

이 때, 블록체인에 참여하는 모든 노드가 동일한 정보를 기록하고 있는 상태를 유지하기 위해 사용되는 프로토콜이 분산합의 알고리즘이다[2]. 즉, 분산합의 알고리즘이란 분산된 환경에서 복수의 주체가 협업하는 과정 중에 발생할 수 있는 불일치를 해결하여 시스템을 통일된 상태로 유지하기 위한 알고리즘으로써 블록체인에서 가장 중요한 역할을 수행한다.

블록체인
블록체인 기술이란?
필요한 데이터를 블록 형태로 저장하고, 이러한 블록들을 암호화 기술 기반으로 연결된 하나의 체인으로 관리하기 위한 기술

블록체인(Blockchain) 기술은 필요한 데이터를 블록 형태로 저장하고, 이러한 블록들을 암호화 기술 기반으로 연결된 하나의 체인으로 관리하기 위한 기술이다[15]. 이때, 각각의 블록은 이전 블록의 해시 값과 시간 정보, 트랜잭션 데이터 등을 포함하며, 체인에 등록된 블록은 검증 가능하며 비가역적인(irreversible) 방법으로 기록되어 내용을 수정하기 어려운 구조로 되어 있다.

새로운 합의 알고리즘
새로운 합의 알고리즘에 대한 연구가 필요한 이유로 기존 방식에 어떤 문제점이 있는가?
블록 생성을 위해 필요한 연산량이 점차 증가하여 에너지와 컴퓨팅 자원의 지나친 낭비를 가져오기 때문

가장 대표적인 암호화폐인 비트코인이나 이더리움은 고도의 연산량을 바탕으로 블록의 생성과 검증을 수행하고, 확정된 블록에 대한 정보를 모든 주체에게 전파하는 분산합의 알고리즘을 사용한다. 그러나 이러한 방식은 블록 생성을 위해 필요한 연산량이 점차 증가하여 에너지와 컴퓨팅 자원의 지나친 낭비를 가져오기 때문에 이에 대한 새로운 대안이 요구되어져 왔다[4]. 이후에 다양한 분산합의 알고리즘이 제안되었지만, 각각 본연의 한계점들을 가지고 있어 새로운 합의 알고리즘에 대한 연구가 지속적으로 필요하다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (21)

  1. 1. Azaria, A., Ekblaw, A., Vieira, T., and Lippman, A., Medrec : Using blockchain for medical data access and permission management, In conference on Open and Big Data (OBD), Vienna, Austria, 2016, pp. 25-30. 
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  3. 3. Bitcoin Energy Consumption Index, https://digiconomist.net/bitcoin-energy-consumption. 
  4. 4. BitFury Group, Proof of Stake versus Proof of Work, http://bitfury.com/content/5-white-papers-research/pos-vspow-1.0.2.pdf. 
  5. 5. Buchman, E., Tendermint : Byzantine fault tolerance in the age of blockchains [dissertation], [Guelph, Canada] : University of Guelph, 2016. 
  6. 6. Buterin, V., What proof of stake is and why it matters, Bitcoin Magazine, 2013, pp. 1-3. 
  7. 7. Castro, M. and Liskov, B., Practical Byzantine fault tolerance, OSDI, 1999, Vol. 99, pp. 173-186. 
  8. 8. Chandra, T.D., Griesemer, R., and Redstone, J., Paxos made live : an engineering perspective, In Proceedings of the twenty-sixth annual ACM symposium on Principles of distributed computing, Portland, USA, 2007, pp. 398-407. 
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