[논문 리뷰] A Blockchain Database Application Platform

Muhammad Muzammal, Qiang Qu외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 15.

Big Data and Business Intelligence참고 문헌 23인용 수 12

한 줄 요약

ChainSQL는 블록체인의 변조 방지성과 탈중앙화성과 분산 데이터베이스의 빠른 쿼리 처리 및 구조화된 데이터 모델을 결합한 혁신적인 블록체인-데이터베이스 하이브리드 플랫폼을 제안한다. 거래 로그를 립플 기반 블록체인에 저장하고 읽기 작업을 위한 동기화된 다중 활성 데이터베이스를 유지함으로써, ChainSQL는 서브-10초 이내 재해 복구를 지원하며 보안성, 일관성, 저지연성 데이터 액세스를 가능하게 하여 금융 및 기업 워크로드에서 실용적인 타당성을 입증한다.

ABSTRACT

A blockchain is a decentralised linked data structure that is characterised by its inherent resistance to data modification, but it is deficient in search queries, primarily due to its inferior data formatting. A distributed database is also a decentralised data structure which features quick query processing and well-designed data formatting but suffers from data reliability. In this demonstration, we showcase a blockchain database application platform developed by integrating the blockchain with the database, i.e. we demonstrate a system that has the decentralised, distributed and audibility features of the blockchain and quick query processing and well-designed data structure of the distributed databases. The system features a tamper-resistant, consistent and cost-effective multi-active database and an effective and reliable data-level disaster recovery backup. The system is demonstrated in practice as a multi-active database along with the data-level disaster recovery backup feature.

연구 동기 및 목표

• 블록체인의 쿼리 성능에 대한 한계와 전통적인 데이터베이스의 데이터 무결성 및 일관성 문제를 해결하기 위해.
• 블록체인의 불변성과 감사 가능성을 분산 데이터베이스의 속도와 구조와 통합하기 위해.
• 지리적으로 분산된 노드 간 고가용성과 데이터 일관성을 보장하는 다중 활성 데이터베이스 아키텍처를 구현하기 위해.
• 근접한 실시간 장애 복구와 일관된 상태 복원을 달성하는 데이터 수준의 재해 복구 시스템을 구현하기 위해.
• 기존 기업 응용 프로그램과 표준 SQL 데이터베이스에 무리 없이 통합할 수 있는 실용적인 미들웨어 솔루션을 제공하기 위해.

제안 방법

• ChainSQL는 안전하고 빠른 거래 최종성(4초 이내)과 유니크 노드 리스트(UNL)를 통한 합의를 제공하는 립플 기반 블록체인 네트워크를 사용한다.
• 각 블록체인 노드에 동기화된 다중 활성 데이터베이스를 유지함으로써 표준 SQL 인터페이스를 사용한 빠른 읽기 작업을 가능하게 한다.
• 시스템은 응용 프로그램 로직과 백엔드 데이터 레이어를 분리하는 미들웨어 아키텍처를 채택하여 블록체인 직접 写입과 데이터베이스 읽기 모두를 지원한다.
• 재해 복구를 위해 생산 환경에서 거래 로그(예: binlog, redo log)를 캡처하고, 블록체인 합의를 통해 백업 노드로 복제한다.
• 재해 복구 미들웨어는 장애 발생 후 10초 이내에 백업 노드를 생산 상태로 승격시켜 복구 목표를 달성한다.
• 데이터 전송 중 보안을 위해 대칭 및 비대칭 암호화를 지원하며, MySQL, Oracle, DB2와 같은 표준 데이터베이스와의 통합도 가능하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 블록체인의 불변성과 감사 가능성을 기존 데이터베이스의 성능과 구조와 융합할 수 있는가?
• RQ2 하이브리드 블록체인-데이터베이스 시스템이 분산 노드 간 데이터 일관성을 유지하면서도 서브-10초 이내 재해 복구를 달성할 수 있는가?
• RQ3 블록체인을 데이터 로그의 신뢰할 수 있는 원천으로 삼아 다중 활성 데이터베이스 아키텍처를 어떻게 구현할 수 있는가?
• RQ4 빠른 SQL 쿼리 처리를 지원하면서도 블록체인 기반 거래 로그를 유지하는 데 발생하는 성능 오버헤드는 얼마인가?
• RQ5 기존 기업 응용 프로그램이 응용 프로그램 수준의 변경 없이도 블록체인-데이터베이스 미들웨어와 통합될 수 있는가?

주요 결과

• ChainSQL는 립플 기반 블록체인에 거래 로그를 저장하여 데이터 일관성과 변조 방지성을 확보함으로써 모든 노드가 동일한 데이터 상태를 유지한다.
• 동기화된 다중 활성 데이터베이스 레이어 덕분에 빠른 쿼리 처리가 가능하여 저지연 읽기 작업을 지원한다.
• 노드 장애 발생 후 10초 이내에 재해 복구가 이루어지며, 백업 노드는 자동으로 동기화되어 생산 상태로 전환된다.
• 표준 SQL 데이터베이스(예: MySQL, Oracle, IBM DB2)와 표준화된 API 인터페이스를 통해 원활한 통합이 가능하다.
• 미들웨어 아키텍처 덕분에 기업 응용 프로그램은 친숙한 데이터베이스 프로토콜을 사용해 시스템과 상호작용할 수 있으며, 동시에 블록체인 수준의 데이터 무결성과 감사 가능성을 확보할 수 있다.
• 은행 및 공급망 응용 분야에서 데이터 무결성과 고가용성이 핵심 요구사항인 상황에서 플랫폼의 실용적 타당성이 입증되었다.