$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

[국내논문] 블록체인을 위한 클러스터 기반의 확장 가능한 PBFT 합의 알고리즘에 관한 연구
A Study on Scalable PBFT Consensus Algorithm based on Blockchain Cluster 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.20 no.2, 2020년, pp.45 - 53  

허훈식 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부) ,  서대영 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

블록체인은 탈중앙화된 방식으로 트랜잭션 제어가 가능하고 투명성, 보안성, 유연성과 같은 장점들로 인해 이미 제조, 금융, 은행, 물류, 의료 산업 영역으로의 도입이 검토되고 있으며, 경제적으로 큰 파급효과를 가져올 것으로 예측되고 있다. 그러나 블록체인은 확장성(Scalability), 탈중앙화(Decentralization), 보안(Security) 특성을 동시에 개선하기는 매우 어려운 3중 딜레마(Trilemma)가 존재한다. 그 중에서 블록체인의 가장 큰 한계는 확장성으로, 지속적으로 크게 증가하는 트랜잭션과 노드의 증가에 대처하기가 매우 어렵다. 블록체인을 확장 가능하게 하려면 기존의 합의 방식을 수정하거나 확장 방식에 영향을 주는 특성 및 네트워크 효율을 향상시켜 더 높은 성능을 달성할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구에서는 허가형(Permissioned) 블록체인의 대표적인 합의 알고리즘인 PBFT의 메시지 복잡도인 O(n2)을 O(n)으로 줄이고 확장 구조에 적합한 클러스터 기반의 CBS-PBFT를 제안한다. 그리고 시뮬레이션 실험결과를 통해 타당성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Blockchain can control transactions in a decentralized way and is already being considered for manufacturing, finance, banking, logistics, and medical industries due to its advantages such as transparency, security, and flexibility. And it is predicted to have a great economic effect. However, Block...

Keyword

#PBFT   #Scalable PBFT   #Concensus algorithm   #Blockchain   #Practical blockchain  

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 합의 알고리즘의 3중 딜레마 문제 중에서 확장성 문제를 분석하고 PBFT의 O(n²)인 메시지 복잡도를 O(n)으로 줄이고 확장 구조에 적합한 클러스터 구조 기반의 CBS-PBFT를 제안한다.
  • 그리고 전체 통신 방식을 사용한 SDMA-PBFT[15]는 계층적 구조에 기존 PBFT를 구현하여 통신 복잡도 O(n2)를O(n * k * logkn)으로 개선하여 확장성을 높였다. 본 연구는 PBFT에 선형 통신 방식을 도입하여 통신 복잡도를 줄이고 노드들의 군집화(Clustering)를 통해 노드 증가로 발생하는 확장성 문제를 개선하였다.
  • 본 연구에서는 허가형 블록체인의 대표적인 합의 알고리즘인 PBFT보다 확장 구조에 적합한 클러스터 구조 기반의 CBS-PBFT를 제안하고 시뮬레이션을 통해 실험결과를 검증했다. CBS-PBFT는 합의 과정 중에서 prepare와 commit단계에서 메시지 복잡도를 O(n)으로 줄이고 전체 노드를 한 개의 클러스터로 구성하여 실험하였다.

가설 설정

  • [9] 그래서 블록체인은 부분 동기 네트워크(Partial Synchronous Network)[10]를 가정한다. 비동기 네트워크 환경은 노드가 메시지를 보내는 시간과 수신 노드가 메시지를 수신하는 시간 사이에 상한선이 무한하다.
  • 비동기 네트워크 환경은 노드가 메시지를 보내는 시간과 수신 노드가 메시지를 수신하는 시간 사이에 상한선이 무한하다. 그래서 부분 동기 네트워크는 비동기 네트워크 환경에서 시간 초과 등과 같은 메커니즘을 통해 동기 네트워크 환경에서와 유사한 시스템 결과를 달성할 수 있음을 가정한다.
  • 3. [Commit]: 노드들은 prepared certificate를 가지게 되면 <Commit, v, n, i>σi 메시지를 모든 노드들에게 전송한다.
  • 클러스터 영역 크기가 K이고 클러스터의 수가 M일 경우 전체 노드 수는 N = M＊K이다. 모든 클러스터의 크기 값인 K가 동일하고 노드 번호가 순차적으로 배정되었다고 가정한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
블록체인을 네트워크 참여 관점에서 분류하면 어떻게 나뉘는가? 블록체인은 네트워크 참여 관점에서 보면 노드의 승인 여부에 따라 비허가형(Permissionless) 블록체인과 허가형(Permissioned) 블록체인으로 분류할 수 있으며, 운영 관점에서 보면 비허가형은 Public, 허가형은 Private 또는 Consortium으로 분류할 수 있다. 비허가형 블록체인의 대표적인 합의 알고리즘은 작업 증명(PoW: Proof of Work), 지분 증명(PoS: Proof of Stake), 위임 지분 증명(DPoS: Delegated Proof of Stake)이 있으며, 허가형 블록체인의 대표적인 합의 알고리즘은 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)가 있다.
블록체인의 특징은? 블록체인은 탈중앙화된 방식으로 트랜잭션 제어가 가능하고 투명성, 보안성, 유연성과 같은 장점들로 인해 이미 제조, 금융, 은행, 물류, 의료 산업 영역으로의 도입이 검토되고 있으며, 경제적으로 큰 파급효과를 가져올 것으로 예측되고 있다. 그러나 블록체인은 확장성(Scalability), 탈중앙화(Decentralization), 보안(Security) 특성을 동시에 개선하기는 매우 어려운 3중 딜레마(Trilemma)가 존재한다.
블록체인은 요청된 트랜잭션이 시간 순서대로 같은 결과를 갖도록 분산 저장되어야 하는데, 이를 위해 필요한 알고리즘은 무엇인가? 블록체인은 요청된 트랜잭션이 시간 순서대로 같은 결과를 갖도록 분산 저장되어야 한다. 이를 위해서는 네트워크 참여 노드들 간에 트랜잭션들로 구성된 블록을 생성하고 블록의 유효성을 검증하고 신뢰할 수 있는 방식으로 공유하는 합의 알고리즘이 필요하다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (17)

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Blockchain 

  2. S. Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System," 2009, http: //bitcoin.org/bitcoin.pdf 

  3. J.S. Park, J.Y. Park, S.M. Choi, J.T. Oh, K.Y. Kim, "Past, Present and Future of Blockchain Technology," Electronics and Telecommunications Trends, vol. 33, no. 6, pp. 139-153, Dec. 2018. DOI: https:/doi.org/10.22648/ETRI.2018.J.330614 

  4. Kim, Jeong-Ho, Jae-Wook Heo, and Moon-Seog Jun, "Design of Device Authentication Protocol Based on C-PBFT in a Smart Home Environment", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 20, no. 5, pp. 550-558, May 2019. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.5.550 

  5. S. Yoo, "A Study on Consensus Algorithm based on Blockchain", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication, vol. 19, no. 3, pp. 25-32, 2019. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2019.19.3.25 

  6. Heeyoul Kim, "Analysis of Security Threats and Countermeasures on Blockchain Platforms", The Journal of KIIT, Vol. 16, No. 5, pp. 103-112, 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.14801/jkiit.2018.16.5.103 

  7. J.C. Yim, H.K. Yoo, J.Y. Kwak, S.M. Kim, "Blockchain and Consensus Algorithm," Electronics and Telecommunications Trends, vol. 33, no. 1, pp. 45-56, Feb. 2018. DOI: https://doi.org/10.22648/ETRI.2018.J.330105 

  8. C. Cachin and M. Vukolic, "Blockchain consensus protocols in the wild," arXiv preprint arXiv:1707.01873, 2017. 

  9. M. Fischer, N. Lynch, and M. Paterson, "Impossibility of Distributed Consensus With One Faulty Process," Journal of the ACM, 32(2), 1985. DOI: https://doi.org/10.1145/3149.214121 

    상세보기

  10. C. Dwork, N. Lynch, and L. Stockmeyer, "Consensus in the presence of partial synchrony," Journal of the ACM (JACM), vol. 35, no. 2, pp. 288-323, 1988. DOI: https://doi.org/10.1145/42282.42283 

    상세보기 crossref

  11. C. Miguel and L. Barbara, "Practical byzantine fault tolerance," in Proceedings of the Third Symposium on Operating Systems Design and Implementation, vol. 99, New Orleans, USA, pp. 173-186, 1999. 

  12. Kaihua Qin, Arthur Gervais, "An overview of blockchain scalability, interoperability and sustainability," Hochschule Luzern Imperial College London Liquidity Network, May 2018. 

  13. Gueta, G.G., et al., "SBFT: a scalable decentralized trust infrastructure for blockchains," arXiv preprint arXiv:1804.01626, 2018. 

  14. Yanjun Jiang and Zhuang Lian, "High Performance and Scalable Byzantine Fault Tolerance," IEEE 3rd information Technology, 15-17 March 2019. DOI: 10.1109/ITNEC.2019.8728972 

  15. L. Feng, H. Zhang, Y. Chen, L. Lou, "Scalable dynamic multi-agent practical byzantine fault-tolerant consensus in permissioned blockchain," Appl. Sci., vol. 8, no. 10, pp. 1919, 2018. DOI: https://doi.org/10.3390/app8101919 

    상세보기 crossref

  16. L. Lamport, R. Shostak, and M. Pease, "The byzantine generals problem," ACM Transactions on Programming Languages and Systems (TOPLAS), vol. 4, no. 3, pp. 382-401, 1982. 

    상세보기 crossref

  17. M. Castro and B. Liskov. "Practical Byzantine fault tolerance and proactive recovery," ACM Transactions on Computer Systems, vol. 20, no. 4, pp. 398-461, 2002. DOI: https://doi.org/10.1145/571637.571640 

    상세보기 crossref

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기
다운로드
내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

유발과제정보 저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로