[논문]사물인터넷 상에서의 블록체인 기술 동향

심민주; 김원웅; 강예준; 서화정

사물인터넷 상에서의 블록체인 기술 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.32 no.2, 2022년, pp.5 - 16

심민주 (한성대학교 IT융합공학부) , 김원웅 (한성대학교 IT융합공학부) , 강예준 (한성대학교 IT융합공학부) , 서화정 (한성대학교 IT융합공학부)

초록
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수많은 사물들의 센서 정보를 인터넷을 통해 수집하고 분석하여 고객 맞춤형 서비스를 제공하는 사물인터넷 (Internet of Things, IoT) 서비스의 규모와 범위가 점차 확대됨에 따라 그 이점과 함께 사물인터넷이 가진 원천적인 확장성 문제와 개인정보 보안의 취약성 등에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 사물인터넷이 가진 문제점을 극복하기 위한 하나의 도구로써 블록체인을 사물인터넷에 접목하는 방안이 제시되고 있다. 본 고에서는 블록체인을 통해 사물인터넷이 가진 한계점을 극복하고 신뢰성 높은 사물인터넷 서비스를 제공하기 위해 필요한 블록체인의 합의 알고리즘들의 최신 동향에 대해 확인해 보도록 한다.

표/그림 (7)

그림 [그림 1] Operation process of PoW algorithm
그림 [그림 2] Operation process of PBFT algorithm
그림 [그림 3] ePoW Consensus algorithm
그림 [그림 4] Server states in RAFT.
그림 [그림 5] Structure of IOTA Tangle.
그림 [그림 6] Transaction flow in Hyperledger Fabric.
그림 [그림 7] Sell-Core Structure of Reapchain.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 블록체인의 다양한 합의 알고리즘과 사물인터넷 상에서의 블록체인에 대한 동향을 살펴보았다. 기존 합의 알고리즘을 기반으로 하는 사물인터넷 상에서의 블록체인과 함께 보다 사물인터넷에 최적화된 새로운 합의 알고리즘도 활발히 연구되고 있음을 확인할 수 있다.

제안 방법

IoTeX는 DPoS, PBFT, 그리고 VRFs (Verifiable Random Functions)의 개념을 결합한 Roll-DPoS 합의 알고리즘을 제안하였다. DPoS와 PBFT에 대한 설명은 2장에서 제시되어 있다.
스테이블 코인은 기존의 화폐 (실물 자산)와 일대일로 연동시켜 가격의 안전성을 보장하도록 설계된 암호화폐이다. 그리고 NFT (Non-Fungible Token)와 스마트 계약 등의 핵심 기술을 개발하는 것 등의 로드맵을 공개하였다. 2021년에 Hdac의 새로운 메인넷인 RIZON이 출범되는 등의 목표를 달성하였다.
Hdac은 프라이빗 블록체인에서 동작하는 사물인터넷 기기 간의 상호 인증과 트랜잭션을 위한 Hdac*T라는 토큰을 사용하는 플랫폼이다. 그리고 기존 PoW의 문제점인 컴퓨팅 파워에 따라 채굴 환경이 집중되는 현상을 해결하기 위해 새로운 합의 알고리즘인 ePoW를 개발하였다. ePoW는 2.
ITC는 SPV를 사용하여 결제 확인의 효율성을 높여 전체 네트워크의 성능 향상을 보장하였다. 그리고 대량의 계산과 빅데이터를 기반으로 하는 다차원 스마트 기술 시스템인 CPS를 참고하여 ITC의 시스템 구조를 구축하였다.
모든 노드가 참여 가능한 투표를 통해 위원회를 구성하고, 선정된 모든 위원회 노드는 블록을 제안한다. 그리고 블록을 제안하지 않은 모든 다른 노드들은 PBFT를 통해 후보자 블록에 대한 투표를 진행하여 블록을 확정한다.
처리한 트랜잭션의 응답 값을 DApp들에 즉시 제공한다. 그리고 탈중앙화와 보안성이 높은 퍼블릭 블록체인인 ReapChain을 내부에 배치하여 미리 프라이빗 블록체인에서 처리한 트랜잭션에 PoDC 합의 알고리즘을 적용하여 최종 블록으로 만든다.
Roll-DPoS는 총 4단계로 구성되어 있다. 모든 노드가 참여 가능한 투표를 통해 위원회를 구성하고, 선정된 모든 위원회 노드는 블록을 제안한다. 그리고 블록을 제안하지 않은 모든 다른 노드들은 PBFT를 통해 후보자 블록에 대한 투표를 진행하여 블록을 확정한다.
ePoW는 작업 증명 주기 안에 채굴을 달성한 마이닝 노드에 대해 연속적 채굴 시도에 제약을 부여한다. 즉 채굴 독과점을 방지하기 위하여 블록 윈도우 개념을 적용하였다. 노드가 채굴에 성공하면, 블록 윈도우 적용 동안은 새로운 블록을 채굴할 수 없다.
해당 과정에서는 실제 분산원장에 결과가 반영되지 않는다 ([그림 6]의 (2)). 클라이언트 SDK가 Endorsing peer들의 서명을 확인하고, 각 peer들로부터 수신한 proposal response를 비교한다. 위와 같은 과정을 통해 비교 검증을 수행한 후, 클라이언트는 proposal과 proposal message가 담긴 트랜잭션을 ordering service에 보낸다.

성능/효과

본 논문에서는 블록체인의 다양한 합의 알고리즘과 사물인터넷 상에서의 블록체인에 대한 동향을 살펴보았다. 기존 합의 알고리즘을 기반으로 하는 사물인터넷 상에서의 블록체인과 함께 보다 사물인터넷에 최적화된 새로운 합의 알고리즘도 활발히 연구되고 있음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 향후 사물인터넷의 발전과 상용화에 따라 사물인터넷 상에서의 블록체인과 이에 따른 합의 알고리즘에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
또한, 이더리움을 통해 ADEPT에 연결된 사물인터넷 장치가 서로 안전하고 효율적으로 통신하는 것이 가능하다. 이러한 특징을 활용해 IBM은 ADEPT 기술이 적용된 스마트 삼성 세탁기에서 발생할 수 있는 여러 사례를 보여주었다.

후속연구

기존 합의 알고리즘을 기반으로 하는 사물인터넷 상에서의 블록체인과 함께 보다 사물인터넷에 최적화된 새로운 합의 알고리즘도 활발히 연구되고 있음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 향후 사물인터넷의 발전과 상용화에 따라 사물인터넷 상에서의 블록체인과 이에 따른 합의 알고리즘에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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