[논문]하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용한 시스템 복구 기법

배수환; 조선옥; 신용태

doi:10.17661/jkiiect.2019.12.2.155

하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용한 시스템 복구 기법
A System Recovery using Hyper-Ledger Fabric BlockChain 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.12 no.2, 2019년, pp.155 - 161

배수환 (Dept. of Computer Science, Soongsil University) , 조선옥 (Corp. LIME Company) , 신용태 (Dept. of Computer Science, Soongsil University)

초록
AI-Helper

오늘날 수많은 기업과 기관들은 인터넷을 사용한 서비스를 제공하고 있으며, 이를 효율적이고 안정적으로 관리할 수 있도록 정보시스템을 구축하고 운영한다. 정보시스템은 재해 또는 장애로 인해 정상적인 서비스를 제공 할 수 있는 기능을 손실할 가능성을 내포하고 있다. 이에 재해복구시스템을 활용하여 이를 대비하고 있다. 그러나 기존의 재해 복구시스템은 시스템 복구를 위한 파일이 손상되는 경우 정상적으로 복구를 수행할 수 없다. 이에 본 논문에서는 하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용하여 시스템 복구 파일의 무결성을 검증하고 복구를 진행할 수 있는 시스템을 제안한다. 블록생성을 위하여 PBFT 합의 알고리즘을 사용하며, 블록체인 네트워크의 리더 노드에 의해 수행된다. 장애 상황 발생 시 복구 대상의 복구 파일의 해시 값을 블록체인 내의 해시 값과 비교하는 검증 작업을 거쳐 복구 파일의 무결성을 확인하고 복구를 진행한다. 제안 기법의 평가를 위하여 기존의 시스템 복구기법과 데이터 정합성, 데이터 보존 여부, 복구 파일 무결성 검증, 제안 기법 사용 시 트래픽 발생량을 분석하여 실제 적용 가능 여부를 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, numerous companies and institutes provide services using the Internet, and establish and operate Information Systems to manage them efficiently and reliably. The Information System implies the possibility of losing the ability to provide normal services due to a disaster or disability. It is preparing for this by utilizing a disaster recovery system. However, existing disaster recovery systems cannot perform normal recovery if files for system recovery are corrupted. In this paper, we proposed a system that can verify the integrity of the system recovery file and proceed with recovery by utilizing hyper-ledger fabric blockchain. The PBFT consensus algorithm is used to generate the blocks and is performed by the leader node of the blockchain network. In the event of failure, verify the integrity of the recovery file by comparing the hash value of the recovery file with the hash value in the blockchain and proceed with recovery. For the evaluation of proposed techniques, a comparative analysis was conducted based on four items: existing system recovery techniques and data consistency, able to data retention, recovery file integrity, and using the proposed technique, the amount of traffic generated was analyzed to determine whether it was actually applicable.

주제어

표/그림 (11)

그림 그림 1. 블록체인의 대형 Fig. 1. Formation of Block Chain
표 표 1. 구축 형태별 재해복구방식의 특징 Table. 1. Compare of Block Chain Network
표 표 2. 운영 주체별 재해복구방식의 특징 Table. 2. Compare of Block Chain Network
그림 그림 2. PBFT 동작 절차 Fig. 2. Procedure of PBFT
그림 그림 3. 제안 기법의 물리적 구조 Fig. 3. Structure of Proposed Technique
표 표 3. 블록체인 네트워크의 비교 Table. 3. Compare of Block Chain Network
그림 그림 4. 제안 기법의 블록 구조 Fig. 4. Block Format of Proposed Technique
그림 그림 5. 블록 생성 및 등록 절차 Fig. 5. Process of Block Creation and Linking
그림 그림 6. 시스템 복구 절차 Fig. 6. Process of System Recovery
그림 그림 7. 제안기법의 트래픽 발생량 Fig. 7. Amount of Traffic using proposed technique
표 표 4. 시스템 복구 성능 비교 Table. 4. Compare of System Recovery Performance

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 절에서는 제안 기법의 트래픽 발생량을 확인하고 제안 기법을 사용했을 때 시스템에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 여부를 분석한다. 전체 노드 수가 N개 일 때 PBFT 합의 알고리즘을 사용할 경우 발생하는 트래픽은 Pre-Prepare, Prepare, Commit, Reply의 세 가지 상황에서 발생한다.
이러한 노력에도 불구하고 기존의 재해복구시스템은 복구에 사용하는 파일이 변질되었을 때 정상적인 복구를 진행하는데 어려움이 존재했다. 이에 본 논문에서는 하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용하여 시스템 복구를 진행할 수 있도록 하였다. 정보 시스 템 내부에 존재하는 서버들이 블록체인 네트워크 노드에 참여하여 복구 파일의 해시값을 사용하여 블록을 생성하고 체인에 등록한다.
하지만 기존의 시스템은 복구 파일이 변경되는 경우 정상적인 역할을 수행할 수 없는 문제점이 존재한다. 이에 하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용하여 복구 파일을 생성하고 시스템 복구가 필요한 경우 이를 검증하여 정상적인 복구를 진행할 수 있는 시스템을 제안한다.

제안 방법

정보 시스 템 내부에 존재하는 서버들이 블록체인 네트워크 노드에 참여하여 복구 파일의 해시값을 사용하여 블록을 생성하고 체인에 등록한다. 또한 복구를 진행 할 때 블록체인 원장에 기재된 내용과 현재 복구 파일의 해시값을 비교하는 형태를 사용하여 복구 파일 변질 여부를 확인하고 정상적인 복구를 진행한다.
블록체인에서 생성된 블록은 다음의 그림 1처럼 서로 연결되어있는 체인과 같은 대형을 가지며, 가장 길게 연결된 체인을 정상 체인으로 인식한다 [4][5]. 또한 블록 페이로드의 무결성 검증을 위해서 해시 트리를 사용하여 이를 해결한다. 블록체인의 네 트워크 유형으로는 퍼블릭, 프라이빗 두 가지로 구분된다.
본 장에서는 제안 기술인 하이퍼레저 패브릭을 활용한 시스템 복구 기법에 대하여 데이터 정합성, 데이터 보존 가능 여부, 복구파일 무결성 검증 세가지 항목에 대하여 비교 분석을 실시한다. 또한 제안 기법의 트래픽 발생량을 평가하여 실제 적용 가능 여부를 분석한다.
그렇기 때문에 물리적으로 테이프나 저장장치에 분산 저장하는 형태로 리스크를 최소화 하는 방식을 사용한다. 반면, 제안하는 기법에서는 복구를 진행하기 이전에 복구대상 서버가 가지고 있는 복구 파일의 해시값을 블록체인 네트워크상의 공유 원장에서 비교한다. 이를 통해 복구에 사용하려는 파일의 무결성을 검증할 수 있는 기능을 얻는다.
본 장에서는 제안 기술인 하이퍼레저 패브릭을 활용한 시스템 복구 기법에 대하여 데이터 정합성, 데이터 보존 가능 여부, 복구파일 무결성 검증 세가지 항목에 대하여 비교 분석을 실시한다. 또한 제안 기법의 트래픽 발생량을 평가하여 실제 적용 가능 여부를 분석한다.
제안 기법에서 정보시스템은 네트워크 장비를 통해 외부 인터넷으로 연결된다. 서버팜 내의 서버는 Activce-Standby 형태로 실시간으로 동기화되는 형태로 구성된다.
제안 기법에서는 독자적으로 구축한 정보시스템과 자체적으로 운영하는 상황을 기반으로 동작하는 시스템이 사용된다.
제안 기법의 성능 평가로 데이터 정합성, 데이터 보존성, 복구 데이터 무결성 보장, 복구 파일의 무결성 검증의 세 가지 항목에 대하여 평가하였다. 성능 평가 결과 동기식 방식의 높은 데이터 정합성과 비동기식 방식의 데이터 보존성의 특성을 모두 제공할 수 있음을 확인하였다.
본 장에서는 제안하는 기법인 하이퍼레저 패브릭 블록체인을 활용한 시스템 복구 기법에 대하여 설명한다. 제안 기술은 프라이빗 블록체인 네트워크 구성을 가지며 합의 알고리즘으로 PBFT를 사용하여 블록을 생성한다.
제안하는 기법에서 블록생성은 서버팜 내의 Active-Standby 서버와 재해복구 시스템에서 수행한다. Active 서버가 스마트 컨트랙트를 실행시키고 참여 노드간의 합의 과정을 거쳐 생성된다.
이를 효율적이고 안정적으로 관리하기 위하여 정보 시스템을 구축하고 운영하고 있다. 하지만 각종 재해나 장애가 발생할 경우 정보시스템이 정상적인 기능을 수행하지 못하는 상황이 발생하면서 대비책으로 재해복구시스템을 도입하였다. 하지만 기존의 시스템은 복구 파일이 변경되는 경우 정상적인 역할을 수행할 수 없는 문제점이 존재한다.

데이터처리

복구 파일 무결성 검증 기능 평가는 무결성 검증 가능 여부를 통해 비교 분석을 실시한다. 복구 파일 무결성 검증의 경우 기존의 동기식, 비동기식 방식은 복구 파일 자체가 손상 되었을 때 이를 자체적으로 해결하는 기술이 적용 되어 있지 않다.
이는 장애가 발생하고 복구가 진행 되었을 때 정상적으로 서비스를 제공하였을 때 와 비교하였을 때 차이가 발생하게 된다. 이에 동기식 방식과 제안 기법의 데이터 정합성은 High, 비동기식의 데이터 정합성은 Low로 평가한다.

이론/모형

이에 노드 간 상태가 일치되지 않는 것을 해결해주기 위한 합의 알고리즘이 필요하다. 이를 해결하기 위한 방식이 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)이다. PBFT는 네트워크에 포함되어 있는 노드들이 전달받은 정보를 다른 노드들과 비교하고 동일한 정보를 받았는지 재확인하는 절차를 진행한다.

성능/효과

③ 재해복구시스템은 복구 요청을 접수하고 Standby서버에게 정상적으로 요청 받았음을 확인한다.
제안 기법의 성능 평가로 데이터 정합성, 데이터 보존성, 복구 데이터 무결성 보장, 복구 파일의 무결성 검증의 세 가지 항목에 대하여 평가하였다. 성능 평가 결과 동기식 방식의 높은 데이터 정합성과 비동기식 방식의 데이터 보존성의 특성을 모두 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한 기존의 방식의 문제점인 복구 파일의 무결성 검증을 수행하는데 발생되는 트래픽이 있더라도 서비스에 영향을 끼칠 정도가 아님을 확인하였다.
또한 기존의 방식의 문제점인 복구 파일의 무결성 검증을 수행하는데 발생되는 트래픽이 있더라도 서비스에 영향을 끼칠 정도가 아님을 확인하였다. 이를 통해 안정적인 시스템 복구 기법으로 동작 가능하며, 기존의 서비스를 정상적으로 제공 가능하다.
정보 시스템에서는 초당 수십만개에서 수백만개 까지의 트래픽을 처리한다. 제안 기법을 활용하면 기존 기법들에서 불가능한 복구 파일의 무결성 검증이 가능하다. 이를 위해 발생하는 트래픽량이 위의 결과와 같이 발생하는 경우, 현재의 정보시스템에서 처리할 수 있는 트래픽에 문제가 발생하지 않는다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	재해복구시스템이란 무엇인가?	재해복구시스템은 재해가 발생했을 때 재해복구 계획을 통해 신속하게 시스템을 복구하는 시스템을 말한다[1].
	장애가 발생할 경우 정보시스템이 정상적인 기능을 수행하지 못하는 상황 때문에 도입한 것은 무엇인가?	이를 효율적이고 안정적으로 관리하기 위하여 정보 시스템을 구축하고 운영하고 있다. 하지만 각종 재해나 장애가 발생할 경우 정보시스템이 정상적인 기능을 수행하지 못하는 상황이 발생하면서 대비책으로 재해복구시스템을 도입하였다. 하지만 기존의 시스템은 복구 파일이 변경되는 경우 정상적인 역할을 수행할 수 없는 문제점이 존재한다.
	데이터 정합성 항목 중 비교 분석 시 복구가 진행되었을 경우 어떻게 되는가?	데이터 정합성 항목은 현재의 데이터와 복구했을 때의 데이터가 일치하는 정도를 나타낸다. 비교 분석 시 복구가 진행되었을 경우 데이터의 정합도가 100% 일치할 경우 High, 일치하지 않는 경우 Low로 평가한다. 동기식 방식과 제안 기법의 경우 Active 서버에 장애가 발생할 경우 이중화 되어있는 Standby에서 서비스를 이어받기 때문에 데이터 정 합성의 차이가 발생하지 않는다.

참고문헌 (7)

National Information Society Agency. "Guideline for Disaster Management of Information System". Ministry of Informat ion and Communication. 2005.
IBM. "What is blockchain?". 2019.
Noguchi Yukio. "The Impact of the Blockchain". BookSta., 2017.
Satoshi Nakamoto. "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System". 2009.
Vitalik Buterin. "Ethereum White Paper A Next Gerneration Smart Contract & Decentrali zed Application Platform". 2014.
Kevin Driscoll et al. "Byzantine Falut Tolerance, from Theory to Reality". Compupter safty, Realiability, and Security. pp235-248. 2003.
Miguel Castro, Barbara Likov. "Practical Byzantine Fault Tolerance". Third Symposium on Operating System Design and Implementation. 1999.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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