[논문]Hyperledger Fabric을 활용한 블록체인 투표시스템 구현에 관한 연구

황원용; 김효관

doi:10.17661/jkiiect.2020.13.4.298

Hyperledger Fabric을 활용한 블록체인 투표시스템 구현에 관한 연구
A Study on Implementation of BlockChain Voting System using Hyperledger Fabric 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.13 no.4, 2020년, pp.298 - 305

황원용 (Department of Fintech, Korea Polytechnics) , 김효관 (Department of Fintech, Korea Polytechnics)

초록
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본 논문은 허가형 블록체인 기술을 이용한 전자투표 시스템의 구현 방안을 다룬다. 최근 국내외에서 블록체인 기반 전자투표 시스템의 적용을 검토하는 사례와 연구가 진행되고 있다. 기존의 전자투표 시스템은 주로 중앙 집중형 시스템으로 해킹의 공격 대상이 되어 투표 시스템 자체의 신뢰성과 투명성을 확보하기 어려웠다. 본 연구에서는 허가형 블록체인으로 널리 사용되는 하이퍼레저 패브릭을 활용하여 유권자와 투표 이해관계자의 신뢰성과 투명성을 확보하기 위한 주요 고려사항을 제안하고 개념을 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with the implementation of electronic voting system using permissioned block chain technology. Cases studies have recently been under way in many industrial areas to review the application of the blockchain based electronic voting system. The existing electronic voting system was easily exposed by hacking because of its centralized characteristics, making it difficult to ensure the reliability and transparency of the voting system itself. In this study, we proposed key considerations and concepts to ensure the reliability and transparency of voters and voting stakeholder by utilizing a hyperledger fabric which is nowadays widely used as a permissioned blockchain.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. Orderer와 Peer의 동작 흐름 Fig. 1. Overall Sequence of Orderer and Peer
그림 그림 2. 투표 시스템 전체 아키텍처 Fig. 2. Overall Architecture of Voting System
그림 그림 3. 시스템 아키텍처 예시 Fig. 3. System Architecture Example
그림 그림 4. 하이퍼레저 패브릭을 적용한 투표 시스템 Fig. 4. Voting System using Hyperledger Fabric
그림 그림 5. 서버 설정 예시 Fig. 5. Example of Server Configuration
그림 그림 6. 체인코드 작성 예시 Fig. 6. Chain Code Example
그림 그림 7. 시스템 구동 및 체인코드 설치 명령 스크립트 Fig. 7. System Launching and Chaincode Install Script
그림 그림 8. 화면 구현 예시 Fig. 8. Web Implementation Example
그림 그림 9. 하이퍼레저 패브릭으로 기표 전달 Fig. 9. Invoke Hyperledger Fabric of Ballot

AI 본문요약
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문제 정의

허가형 블록체인 솔루션의 특성을 충실히 구현한 하이퍼레저 패브릭를 기본 시스템으로 적용하고 부가 모니터링 시스템을 추가하거나 서버 부하 분산 솔루션을 적용하여 시스템의 완결성을 높이는 방안까지 고려하여 구현한다면 민주적 의사결정을 위한 물리적·시간적 비용 감소를 기대할 수 있다. 본 논문은 하이퍼레저 패브릭으로 투표 시스템을 구축할 때 아키텍처 및 관리 방안 등의 관점에서 고려해야 하는 사항을 제시하였다. 하이퍼레저 패브릭은 온라인 전자투표에서 중요한 신뢰성과 투명성을 확보하기 위한 시스템 구축비용을 낮추며 이해관계자간 상호 신뢰 향상과 의사소통의 효율성을 도모하기 위한 적절한 도구가 될 수 있을 것으로 기대한다.
본 논문에서 다루는 하이퍼레저 패브릭(Hyperledger Fabric)은 허가형 블록체인 솔루션으로 IBM이 주도하는 글로벌 오픈소스 프로젝트이며 이미 국내외 많은 기업들이 도입하였다[3]. 본 연구에서는 하이퍼레저 패브릭을 소개하고 블록체인의 투명성, 신뢰성을 활용한 투표 시스템 구현 방안에 대해 다루고자 한다.

가설 설정

3) Org1과 Org2 조직을 기 생성한 채널에 참가 요청한다.

제안 방법

2개의 논리적 조직(Org1, Org2)으로 구성하고 각 조직은 2개의 Peer 서버로 구성 하였다. 각 조직은 인증과 인가를 관리하는 CA(Certification Authority) 서버를 하나씩 두어 투표자가 투표를 할 수 있는 인증과 권한 부여를 하도록 구성한다.
본 논문에서는 하이퍼레저 패브릭을 이용하여 투표 시스템을 구성할 때 고려해야 하는 사항들을 시스템 아키텍처와 체인코드, 원장관리, 인증관리 측면으로 분류하여 제시한다. 전체 구성은 아래 그림 2와 같다.
이전 절에서 제시한 투표 시스템의 대략적인 구성을 하이퍼레저 패브릭 설정을 통해 살펴보겠다. 아래 그림 4와 같이 하이퍼레저 패브릭 시스템을 구성하고 투표 기록을 위한 체인코드를 작성하여 투표 시스템 화면에서 동작하도록 기본 설정을 진행한다.
투표 권한을 획득한 사용자가 기표한 결과를 하이퍼레저 패브릭에 전달하고 투표한 결과를 조회하는 코드를 간단히 구현하였다. 아래 그림 9는 사용자의 투표 내역을 하이퍼레저 패브릭으로 전달하는 로직 중 주요 부분이다[7].
투표 시스템은 신규 아이디와 정해진 조직명(Org1 또는 Org2)을 기입하면 해당 아이디로 투표가 가능하도록 설정 하였다. 화면 구현을 위해 투표 시스템 예제를 구현한 오픈소스를 수정하여 하이퍼레저 패브릭 시스템과 연동하도록 하였다[8].
하이퍼레저 패브릭의 주요 구성 요소와 동작 방식을 살펴보고 투표 시스템 구성을 위해서 고려해야 하는 사항들을 시스템 구성 및 원장 관리 등 몇 가지 측면에서 고찰 하였다. 본 논문에서 다룬 하이퍼레저 패브릭은 기존에 다른 연구 과제에서 다루었던 이더리움 기반 투표 시스템이나 자체로 구현한 공개형 블록체인 솔루션에서 문제점으로 지적이 되는 블록 생성을 위한 합의 비용이 현저히 적다는 강점이 있다.
투표 시스템은 신규 아이디와 정해진 조직명(Org1 또는 Org2)을 기입하면 해당 아이디로 투표가 가능하도록 설정 하였다. 화면 구현을 위해 투표 시스템 예제를 구현한 오픈소스를 수정하여 하이퍼레저 패브릭 시스템과 연동하도록 하였다[8]. 전체 실행 모습은 그림 8과 같다.

이론/모형

사용자의 기표 결과를 블록에 저장하는 함수와 블록에 저장된 최신의 결과를 조회하는 함수를 작성한다. 본 논문에서는 체인코드 작성을 Go 언어로 진행하였으며 블록에 데이터를 추가하는 부분을 발췌하면 아래 그림 6과 같다.
아래 그림 4와 같이 하이퍼레저 패브릭 시스템을 구성하고 투표 기록을 위한 체인코드를 작성하여 투표 시스템 화면에서 동작하도록 기본 설정을 진행한다. 시스템 설정은 하이퍼레저 패브릭의 공식 튜토리얼을 참조하여 구성하였다[5].

성능/효과

2) Peer에 체인코드에 실행할 내용을 전달한다.
하이퍼레저 패브릭의 주요 구성 요소와 동작 방식을 살펴보고 투표 시스템 구성을 위해서 고려해야 하는 사항들을 시스템 구성 및 원장 관리 등 몇 가지 측면에서 고찰 하였다. 본 논문에서 다룬 하이퍼레저 패브릭은 기존에 다른 연구 과제에서 다루었던 이더리움 기반 투표 시스템이나 자체로 구현한 공개형 블록체인 솔루션에서 문제점으로 지적이 되는 블록 생성을 위한 합의 비용이 현저히 적다는 강점이 있다. 또한, 특정 회사의 솔루션에 의지하여 시스템을 구축하는 경우 유지보수를 비롯한 운영 안정성 문제와 시스템이 특정 회사에 종속이 되는 문제 등 신뢰성에 대한 문제가 지속 제기 될 수 있다.

후속연구

하이퍼레저 패브릭에서 원장에 투표 결과를 기록하는 과정에서 별도의 고유 번호를 저장해야 한다고 앞선 절에서 서술하였다. 그와 더불어서 사용자의 인증 결과 값을 하이퍼레저 패브릭의 원장에 저장하여 사용자가 투표 시스템 에 진입하여 인증한 결과도 추가로 같이 저장하여 중복 투표를 방지하기 위한 자료로 활용하도록 구성해야 한다. 인증 결과 값은 주민번호 등의 개인 식별 정보에 대한 단방향 암호화한 고유 해시 값으로 시스템에서는 특정 개인의 투표여부를 확인하기 위해서 사용할 수 있다.
차후 연구과제로 투표 시스템을 위한 적정 성능연구가 필요하다. 본 논문에서 제안한 투표 시스템의 구성은 개념 증명을 위해서 간략히 서버를 구성하였으나, 향후에는 하이퍼레저 패브릭의 성능을 측정하기 위하여 하이퍼레저 캘리퍼 등의 검증된 솔루션을 적용하여 투표 시스템 구성을 위한 성능 요구사항 도출과 그에 따른 서버 구성에 대한 실험이 필요할 것으로 사료된다[10].
하이퍼레저 패브릭은 온라인 전자투표에서 중요한 신뢰성과 투명성을 확보하기 위한 시스템 구축비용을 낮추며 이해관계자간 상호 신뢰 향상과 의사소통의 효율성을 도모하기 위한 적절한 도구가 될 수 있을 것으로 기대한다. 차후 연구과제로 투표 시스템을 위한 적정 성능연구가 필요하다. 본 논문에서 제안한 투표 시스템의 구성은 개념 증명을 위해서 간략히 서버를 구성하였으나, 향후에는 하이퍼레저 패브릭의 성능을 측정하기 위하여 하이퍼레저 캘리퍼 등의 검증된 솔루션을 적용하여 투표 시스템 구성을 위한 성능 요구사항 도출과 그에 따른 서버 구성에 대한 실험이 필요할 것으로 사료된다[10].
본 논문은 하이퍼레저 패브릭으로 투표 시스템을 구축할 때 아키텍처 및 관리 방안 등의 관점에서 고려해야 하는 사항을 제시하였다. 하이퍼레저 패브릭은 온라인 전자투표에서 중요한 신뢰성과 투명성을 확보하기 위한 시스템 구축비용을 낮추며 이해관계자간 상호 신뢰 향상과 의사소통의 효율성을 도모하기 위한 적절한 도구가 될 수 있을 것으로 기대한다. 차후 연구과제로 투표 시스템을 위한 적정 성능연구가 필요하다.
허가형 블록체인 솔루션의 특성을 충실히 구현한 하이퍼레저 패브릭를 기본 시스템으로 적용하고 부가 모니터링 시스템을 추가하거나 서버 부하 분산 솔루션을 적용하여 시스템의 완결성을 높이는 방안까지 고려하여 구현한다면 민주적 의사결정을 위한 물리적·시간적 비용 감소를 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하이퍼레저 패브릭은 어떻게 정의할 수 있는가?	원장 접근에 대한 인증과 인가의 개념이 핵심이다. 하이퍼레저 패브릭을 간결하게 요약하자면 인증과 인가를 연계한 원장의 공유로 정의할 수 있다. 하이퍼레저 패브릭은 체인코드(Chain Code)라는 스마트 컨트랙트(Smart Contract)를 중심으로 동작하고 블록을 블록체인에 추가하여 원장을 관리한다.
	하이퍼레저 패브릭의 핵심은 무엇인가?	하이퍼레저 패브릭은 허가된 사용자만이 블록체인 네트워크에 참여할 수 있고 원장이라는 자원에 접근하여 수행 할 수 있는 동작의 범위도 정할 수 있다. 원장 접근에 대한 인증과 인가의 개념이 핵심이다. 하이퍼레저 패브릭을 간결하게 요약하자면 인증과 인가를 연계한 원장의 공유로 정의할 수 있다.
	체인코드란 무엇인가?	하이퍼레저 패브릭에서는 스마트 컨트랙트를 구현한 체인코드(Chain Code)가 있으며, 이 체인코드는 원장에 블록을 추가하거나 조회하는 프로그램이다. 체인코드는 Java, Go, Javascript로 로직을 구현할 수 있으며 블록체인에 접근하는 외부 프로그램의 요청에 대하여 적절한 비즈니스 로직을 수행하고 응답한다.

참고문헌 (10)

National Information Society Agency(NIA), "What if blockchain technology revolutionised voting?", NIA Special Report 2017-5, pp. 2, May, 2017.
Satoshi Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System", 2008.
Christian Cachin, "Architecture of the Hyperledger Blockchain Fabric", IBM Research, July, 2016.
Hyperledger Foundation, https://hyperledgerfabric.readthedocs.io/en/release-2.0/blockchain.html, 2020.
Hyperledger Foundation, https://github.com/hyperledger/fabric-samples/tree/release-1.4, 2017
H. Yusuf, I. Surjandari, "Comparison of Performance Between Kafka and Raft as Ordering Service Nodes Implementation in Hyperledger Fabric", International Journal of Advanced Science and Technology, Vol. 29, No. 7s, pp. 3549-3554, July, 2020.
Wonyong Hwang, https://github.com/wonyongHwang/kopoVote, 2020
IBM, https://github.com/IBM/evote, 2019
National Election Commission, http://www.kvoting.go.kr/NecVote/intro.html, 2020
Hyperledger Foundation, https://www.hyperledger.org/use/caliper, 2020

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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