[논문 리뷰] A Framework for Blockchain-Based Applications

Ephraim Feig|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 02.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 5인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 비트코인과 깃(Git)과 같은 다양한 시스템에서 공통적으로 나타나는 핵심 구조적 및 운영적 요소를 식별함으로써 블록체인 기반 애플리케이션을 설계하기 위한 일반적인 프레임워크를 제안한다. 블록체인이 특정 용도에 적합한지 평가하고 초기 설계를 안내하기 위해 기본적인 질문들을 도입하며, 신뢰 모델, 검증, 합의 도달, 불변성은 모두 초도 단계에서 명시적으로 다뤄져야 한다고 강조한다.

ABSTRACT

Blockchains have recently generated explosive interest from both academia and industry, with many proposed applications. But descriptions of many these proposals are more visionary projections than realizable proposals, and even basic definitions are often missing. We define "blockchain" and "blockchain network", and then discuss two very different, well known classes of blockchain networks: cryptocurrencies and Git repositories. We identify common primitive elements of both and use them to construct a framework for explicitly articulating what characterizes blockchain networks. The framework consists of a set of questions that every blockchain initiative should address at the very outset. It is intended to help one decide whether or not blockchain is an appropriate approach to a particular application, and if it is, to assist in its initial design stage.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 기반 애플리케이션에 대한 명확한 정의와 설계 지침의 부재를 해결하기 위해, 종종 과도하게 비전적인데 비해 기술적 기반을 갖추지 못한 상태에서의 문제를 해결한다.
• cryptocurrency와 깃 저장소와 같은 서로 다른 블록체인 시스템 간의 공통된 구조적 및 운영적 원천 요소를 식별하여 통합적인 개념적 기반을 마련한다.
• 디자이너가 블록체인이 특정 애플리케이션에 적합한지 판단하고 초기 단계에서 핵심 구성 요소를 어떻게 구성할지 안내하는 실용적인 질문 기반 프레임워크를 개발한다.
• 블록체인의 불변성이 반드시 필수적인 성질이 아니라는 가정을 도전하며, 특정 맥락에서는 이는 부정적인 영향을 줄 수 있음을 주장한다.
• 신뢰, 검증, 합의 도달, 인cent라이브의 역할을 명확히 하여, 이들이 다양한 신뢰 모델 간에 상당한 차이를 보임을 보여준다.

제안 방법

• 블록체인을 암호학적으로 연결된 데이터 블록의 순서로 정의하며, 첫 번째 블록을 제외한 모든 블록이 암호학적 기법을 사용해 이전 블록과 연결됨을 명시한다.
• 블록체인 네트워크를 피어 간의 페어 투 페어 네트워크로 정의하며, 피어들이 블록체인을 유지하고 검증하며 특정 프로토콜을 통해 합의를 도출함을 설명한다.
• 비트코인(신뢰 회피, 작업 증명, 공개, 불변)과 깃(신뢰 기반, 권한 기반, 비공개 또는 공개, 수정 가능 브랜치)의 대조적인 두 모델을 분석한다.
• 이러한 모델들 간의 공통된 원천 요소—예를 들어 블록 생성, 검증, 합의 도달, 피어 간 통신, 인센티브—를 추출하여 공통 프레임워크를 구성한다.
• 데이터 구조, 블록 형성, 검증, 합의 도달, 신뢰 모델, 불변성, 인센티브 등을 포함한 14개의 핵심 질문을 개발하여 애플리케이션 설계를 안내한다.
• 이 질문들을 실제 애플리케이션에 적용하여 블록체인 기술의 오용을 방지할 수 있음을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰 모델에 관계없이 블록체인 네트워크를 정의하는 데 핵심이 되는 구조적 및 운영적 구성 요소는 무엇인가?
• RQ2 특정 애플리케이션에 블록체인이 적합한지 평가할 수 있는 프레임워크를 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ3 비트코인과 같은 신뢰 회피 시스템과 깃과 같은 신뢰 기반 시스템 간의 신뢰, 검증, 합의 도달 메커니즘의 주요 차이는 무엇인가?
• RQ4 불변성은 블록체인의 필수 성질로 간주되어야 할 정도로 어느 정도여야 하는가? 그리고 이를 강제로 적용할 경우 발생할 수 있는 위험은 무엇인가?
• RQ5 인센티브와 피어의 행동은 블록체인 네트워크의 신뢰성과 보안에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 프레임워크는 모든 블록체인 프로젝트가 설계 초도 단계에서 반드시 답변해야 할 14개의 기본 질문을 식별한다. 이 질문들은 블록 형성, 검증, 합의 도달, 인센티브를 포함한다.
• 불변성은 종종 필수적이라고 가정되지만, 실제로는 부정적인 영향을 줄 수 있다. 특히 비트코인처럼 개인 키가 손실되거나 유출된 경우, 수백만 개의 코인이 영구적으로 손실된 것으로 추정되며, 이는 불변성의 위험성을 보여준다.
• 깃은 작업 증명이 없이도 인간이 중재하는 합의 도달과 버전 제어를 통해 성공적인 블록체인 유사 시스템을 운영할 수 있음을 보여준다.
• 비트코인의 작업 증명은 비용이 많이 든다. 2018년 3월 기준으로, 평균적으로 거래당 약 791kWh의 에너지를 소비하며, 이는 확장성과 에너지 효율성의 과제를 드러낸다.
• 권한 기반 및 비공개 블록체인, 예를 들어 기업 환경에서 사용되는 블록체인은 접근 제어와 중앙 집중적 거버넌스에 의존하는 경우가 많아 비트코인의 신뢰 없는 모델과 상당히 다릅니다.
• 논문은 블록체인이 전통적 시스템보다 본질적으로 더 신뢰할 수 있는 것이 아니며, 오히려 그 신뢰 모델은 응용 프로그램의 필요에 따라 명시적으로 설계하고 정당화해야 한다고 보여준다.