[논문 리뷰] A Survey on Consensus Mechanisms and Mining Management in Blockchain Networks

Wenbo Wang, Dinh Thai Hoang외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 07.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 142인용 수 100

한 줄 요약

이 종합 검토는 분산 시스템 설계 및 인cent라이브 메커니즘 관점에서 블록체인 네트워크의 탈중앙화된 합의 기법과 마이닝 관리에 대한 종합적 분석을 제공한다. 합의 프로토콜이 탈중앙화, 불변성, 자율적 조직화를 어떻게 가능하게 하는지 분석하며, 특히 게임 이론 전략과 그 영향에 초점을 맞추고 있다. 이는 신규 블록체인 응용 분야에 영향을 미친다.

ABSTRACT

The past decade has witnessed the rapid evolution in blockchain technologies, which has attracted tremendous interests from both the research communities and the industry. The blockchain network was originated in the Internet finical sector as a decentralized, immutable ledger system for transactional data ordering. Nowadays, it is envisioned as a powerful backbone/framework for decentralized data processing and data-driven self-organization in flat, open-access networks. In particular, the plausible characteristics of decentralization, immutability and self-organization are primarily owing to the unique decentralized consensus mechanisms introduced by blockchain networks. This survey is motivated by the lack of a comprehensive literature review on the development of decentralized consensus mechanisms in blockchain networks. In this survey, we provide a systematic vision of the organization of blockchain networks. By emphasizing the unique characteristics of incentivized consensus in blockchain networks, our in-depth review of the state-of-the-art consensus protocols is focused on both the perspective of distributed consensus system design and the perspective of incentive mechanism design. From a game-theoretic point of view, we also provide a thorough review on the strategy adoption for self-organization by the individual nodes in the blockchain backbone networks. Consequently, we provide a comprehensive survey on the emerging applications of the blockchain networks in a wide range of areas. We highlight our special interest in how the consensus mechanisms impact these applications. Finally, we discuss several open issues in the protocol design for blockchain consensus and the related potential research directions.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 네트워크에서 탈중앙화된 합의 기법에 대한 종합적인 문헌 검토가 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 분산 합의 시스템 설계 및 인센티브 메커니즘 설계 관점에서 합의 프로토콜을 분석하기 위해.
• 게임 이론 프레임워크를 활용해 블록체인 네트워크에서 노드의 전략적 도입을 조사하기 위해.
• 합의 기법이 신규 블록체인 응용 분야에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 블록체인 합의 프로토콜 설계 분야에서의 열린 문제점과 향후 연구 방향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 블록체인 네트워크의 최신 합의 프로토콜에 대한 체계적 검토.
• 블록체인 응용 분야에서 분산 합의 시스템 설계와 인센티브 메커니즘 설계를 통합하기 위해.
• 탈중앙화된 블록체인 네트워크에서 노드 행동과 전략 도입의 게임 이론적 모델링.
• 설계 원칙과 운영 모델에 따라 합의 기법을 분류하기 위해.
• 작업증명 및 대체 합의 모델에서의 마이닝 관리 전략 분석.
• 실세계 블록체인 응용 분야와 성능 영향에 대한 합의 기법 매핑.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탈중앙화된 합의 기법은 블록체인 네트워크에서 불변성과 자율적 조직화를 어떻게 실현하는가?
• RQ2 시스템적 관점과 인센티브 관점에서 합의 프로토콜의 주요 설계 상충 요소는 무엇인가?
• RQ3 다양한 합의 기법 하에서 블록체인 네트워크에서 개별 노드는 어떻게 전략적으로 행동하는가?
• RQ4 합의 기법은 블록체인 응용 분야의 확장성과 보안에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 블록체인 합의 프로토콜 설계 분야에서의 열린 과제와 향후 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 이 검토는 합의 기법이 블록체인 시스템에서 탈중앙화, 불변성, 자율적 조직화를 달성하는 데 핵심적인 기초 역할을 한다고 규명한다.
• 인센티브 기반 합의 기법은 노드 행동을 네트워크 보안 및 일관성 목표에 맞추는 데 핵심적인 역할을 한다.
• 게임 이론적 분석은 전략적 노드 행동이 합의 안정성과 네트워크 내성에 상당한 영향을 미친다는 것을 드러낸다.
• 다양한 합의 프로토콜은 성능, 보안, 탈중앙화 사이에서 상이한 상충 요소를 보인다.
• 이 검토는 합의 기법이 다양한 분야에서 블록체인 응용 분야의 실현 가능성과 효율성에 직접적인 영향을 미친다는 점을 강조한다.
• 합의 설계 분야의 열린 과제로는 확장성, 에너지 효율성, 장기적인 경제적 지속 가능성 등이 있으며, 특히 스테이킹 기반 및 하이브리드 모델에서 두드러진다.