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검증자 집합 형성 방법에 따른 블록체인 시스템 비교 분석
Comparative Analysis of Blockchain Systems According to Validator Set Formation Method 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.10 no.11, 2019년, pp.41 - 46  

김삼택 (우송대학교 IT융합학부)

초록
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최근에 작업 증명(PoW) 블록체인 합의 알고리즘들이 에너지 낭비, 확장성 부족 등의 문제점들이 나타나면서 비잔틴 장애 허용(BFT) 계열 합의 알고리즘들이 주목을 받고 있다. BFT 계열 합의 알고리즘들의 큰 특징 중 하나는 검증자 집합을 형성하여 그 안에서 합의를 이루는 것이다. 본 논문에서는 BFT 계열 합의 알고리즘들 중에서도 알고랜드, 스텔라, 이오스의 검증자 집합 형성 방법들의 확장성, 목표가 설정된 공격 가능 여부, 시빌 공격 가능 여부에 대해서 비교, 분석하였다. 또한 데이터 분석을 통한 각 검증자 형성 방법들의 문제점들을 발견하였고, 해당 합의 알고리즘들은 공통적으로 소수의 권력 있는 노드들이 전체 시스템을 지배하는 중앙화 현상이 나타남을 밝혔다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the Byzantine Fault Tolerance(BFT) family of consensus algorithms has been attracting attention as the problems of the Proof-of-work (PoW) blockchain consensus algorithms result in energy waste and lack of scalability. One of the great features of the PBFT family consensus algorithms is th...

주제어

#블록체인   #알고랜드   #스텔라   #이오스   #중앙화  

표/그림 (6)

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 검증자 집합을 투표하는 과정에서 아무 문제가 없는지를 확인하기 위해 실제로 가장 많은 힘을 가지고 있는 투표자 100명의 데이터를 수집하여 분석해 보았다. 그 결과는 Table 2에 나와 있듯이, 먼저 많은 상위권 투표자들이 사실은 동일한 부모 노드로부터 생성되었음을 확인할 수 있었다.
  • 본 논문에서는 총 세 가지 BFT 계열 합의 알고리즘들의 검증자 집합 형성 방법을 분석하고 세 가지 측면 (확장성[8,9], targeted 공격 가능 여부, 시빌 공격 [10] 가능 여부) 에서 이를 평가해보고자 한다.
  • 이 단계를 pre-prepare라고 한다. 후에 해당 request 메시지를 프라이머리 노드로부터 받은 레플리카 노드들은 이 메시지가 어떠한 조건들을 만족하는지 확인한다. 이를 prepare 단계라고 한다.

가설 설정

  • 그러나 PBFT는 두 가지의 문제점이 존재한다. 첫째, 확장성이 매우 떨어진다는 것이다. 통상적으로 PBFT 같은 경우 100개 이상의 노드가 네트워크에 존재하게 되면 기하급수적으로 속도가 떨어지게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BFT 계열 프로토콜은 무엇인가? BFT 계열 프로토콜이란 네트워크에 불완전한 (faulty) 노드들이 존재함에도 불구하고 정직한 (honest) 노드들 끼리는 올바른 합의를 이룰 수 있는 프로토콜을 의미한다. 가장 전형적이고 최적의 BFT 계열 프로토콜은 현재 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)[5-7]로 알려져 있다.
블록체인 시스템에서 중앙화 문제를 해결하는 것이 단순한 일이 아닌 이유는 무엇인가? 블록체인 시스템 안에서 이러한 중앙화 문제를 해결하는 것은 단순한 일이 아니다. 왜냐하면 시스템이 탈중앙화가 될수록 성능이나, 보안성이 비례하게 떨어질 수 있기 때문이다. 일정량의 성능과 보안성을 유지하면서 동시에 탈중앙화가 가능한지에 대한 연구들이 향후에 진행되어야 할 것이다.
PoW의 한계점은 무엇인가? 비트코인은 작업증명(Proof-of-Work : PoW)를 바탕으로 하고 있는 암호 화폐로써, 많은 전기량을 통해 타 겟을 만족시키는 논스(nonce) 값을 찾은 첫 번째 노드가 마이너가 되어 새로운 블록을 생성할 수 있게 된다. PoW는 초반엔 탈중앙화된 분산 시스템을 가능하게 할수 있는 듯 보였지만, 많은 전기량이 낭비되는 현상이나, 확장성 등의 한계가 드러났다. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 PoW 이외에 Proof-of-Stake[2]나 Byzantine Fault Tolerence(BFT)[3-5]계열 합의 알고리즘들이 등장하게 되었다.
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참고문헌 (15)

  1. S. Nakamoto. (2009). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. http://www.bitcoin.org/bitcoin.pdf 

  2. S. W. Jeong ,Y. R. Choi & I. G. Lee. (2018). Cyber KillChain Based Security Policy Utilizing Hash for Internet of Things. Journal of Digital Convergence, 16(9), 179-185. DOI : 10.14400/JDC.2018.16.9.179 

  3. E. Bunchman. (2016). Tendermint: Byzantine Fault Tolerance in the Age of Blockchains. https://atrium.lib.uoguelph.ca/xmlui/bitstream/handle/10214/9769/Buchman_Ethan_201606_MAsc.pdf?sequence7&isAllowedy 

  4. A. Bessani, J. Sousa & E. EP Alchieri. (2014). State Machine Replication for the Masses with BFT-SMART. International Conference on Dependable Systems and Networks IEEE, 355-362. 

  5. V. Marko. (2015). The quest for scalable blockchain fabric: Proof-of-work vs. BFT replication. International workshop on open problems in network security Springer Cham, 112-125. 

  6. Y. Gilad, R. Hemo, S. Micali, G. Vlachos & N. Zeldovich. (2017). Algorand: Scaling Byzantine Agreements for Cryptocurrencies https://people.csail.mit.edu/nickolai/papers/gilad-algorand-eprint.pdf 

  7. D. Mazaieres. (2015). The Stellar Consensus Protocol: A Federated Model for Internet-level Consensus https://www.stellar.org/papers/stellar-consensus-protocol.pdf 

  8. S. T. Kim. (2018). Analysis on Consensus Algorithms of Blockchain and Attacks. The Korean Journal of The Korea Convergence Society, 9(9), 83-88. DOI : 10.15207/JKCS.2018.9.9.083 

  9. G. Karame. (2016). On the security and scalability of bitcoin's blockchain. Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC conference on computer and communications security, 1861-1862. 

  10. K. N. Lee, G. H. Jeon & G. H. Jeon. (2018). A Study on Improvement of Used-goods Market Platform Using Blockchain. Journal of Digital Convergence, 16(9), 133-145. DOI : 10.14400/JDC.2018.16.9.133 

  11. M. Castro & B. Liskov. (1999). Practical Byzantine Fault Tolerance. Symposium on Operating Systems Design and Implementation. https://www.cs.cornell.edu/courses/cs614/2003sp/papers/CL99.pdf 

  12. S. Micali, M. Rabin & S. Vadhan. (1999). Verifiable random functions. 40 th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, 120-130. 

  13. B. Johnson, A. Laszka, J. Grossklags, M. Vasek & T. Moore. (2014). Game-theoretic analysis of DDoS attacks against Bitcoin mining pools. International Conference on Financial Cryptography and Data Security, 72-86. 

  14. M. Castro & B. Liskov. (2002). Practical Byzantine Fault Tolerance and proactive recovery, ACM Transactions on Computer Systems, 20(4) 398-461. 

    상세보기 crossref

  15. A. E Gencer, S, Basu, I. Eyal, V. Renesse & E. G. Sirer. (2018). Decentralization in bitcoin and ethereum networks. https://arxiv.org/pdf/1801.03998.pdf 

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