[논문 리뷰] Atomic Crosschain Transactions White Paper

Peter Robinson, Raghavendra Ramesh외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 28.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 6인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 HTLC, 릴레이 체인, 신뢰할 수 있는 중개자에 의존하지 않고 동기적이고 원자적인 크로스컨트랙트 및 크로스체인 함수 호출을 가능하게 하는 프라이빗 이더리움 블록체인을 위한 새로운 원자 크로스체인 거래 프로토콜을 제안한다. 이는 BLS 임계값 서명, 라이브 인수 검사와 함께 중첩된 트랜잭션, 상태 관리를 위한 조율 컨트랙트, 그리고 동적 코드 분석을 활용하여 블록체인 간 일관성과 안전성을 보장하며, 조율 컨트랙트와 타임아웃 메커니즘을 통해 원자성을 달성한다.

ABSTRACT

Atomic Crosschain Transaction technology allows composable programming across private Ethereum blockchains. It allows for inter-contract and inter-blockchain function calls that are both synchronous and atomic: if one part fails, the whole call graph of function calls is rolled back. It is not based on existing techniques such as Hash Time Locked Contracts, relay chains, block header transfer, or trusted intermediaries. BLS Threshold Signatures are used to prove to validators on one blockchain that information came from another blockchain and that a majority of the validators of that blockchain agree on the information. Coordination Contracts are used to manage the state of a Crosschain Transaction and as a repository of Blockchain Public Keys. Dynamic code analysis and signed nested transactions are used together with live argument checking to ensure execution only occurs if the execution results in valid state changes. Contract Locking and Lockability enable atomic updates.

연구 동기 및 목표

• HTLC나 릴레이 체인과 같은 기존 크로스체인 패턴에 의존하지 않고 프라이빗 이더리움 블록체인 간 조합 가능하고 원자적인 크로스체인 거래를 가능하게 하기.
• 응용 프로그램 개발자가 크로스체인 복잡성을 추상화하기 위해 조율 로직을 이더리움 클라이언트 소프트웨어에 통합하기.
• 조율 컨트랙트와 암호학적 증명을 통해 다중 블록체인 간 거래의 원자성과 일관성을 보장하기.
• 실패 시 롤백, 성공 시 커밋을 보장하는 안전하고 탈중앙화된 메커니즘을 제공하여 크로스체인 함수 호출을 수행하기.
• 비잔티노스 및 크래시 실패 모델 하에서 프로토콜의 형식적 안전성 및 활성성 성질을 확립하기.

제안 방법

• 원천 트랜잭션이 한 블록체인에서 시작되면, 이는 다른 블록체인에서의 보조 트랜잭션과 뷰를 트리거하는 중첩된 이더리움 트랜잭션과 뷰를 사용한다.
• 서명된 보조 트랜잭션과 뷰는 동적 프로그램 분석을 통해 유도된 예상 매개변수 값을 사용하여 생성되며, 이는 정확성을 보장한다.
• BLS 임계값 서명을 사용하여 크로스체인 메시지를 암호학적으로 바인딩함으로써, 소스 블록체인의 다수 검증자가 트랜잭션 데이터에 동의하고 있음을 증명한다.
• 지정된 블록체인에 위치한 조율 컨트랙트는 각 크로스체인 트랜잭션의 글로벌 상태를 유지하며, 상태(커밋됨, 무시됨, 또는 보류 중)를 포함한다.
• 각 참가 블록체인의 검증자들은 로컬 타이머를 사용하여 타임아웃을 감지한다; 트랜잭션이 타임아웃되면 조율 컨트랙트가 '무시됨'으로 업데이트되며, 이는 모든 체인에서 롤백을 유도한다.
• 라이브 인수 검사는 실행 중 실제 함수 매개변수가 서명된 보조 트랜잭션과 뷰에 포함된 예상 값과 일치함을 보장하여, 일관성 없는 실행을 방지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HTLC, 릴레이 체인, 또는 신뢰할 수 있는 중개자에 의존하지 않고 원자적인 크로스체인 거래를 어떻게 구현할 수 있는가?
• RQ2 강력한 일관성과 원자성을 확보하기 위해 어떤 암호학적 및 합의 메커니즘이 다수의 프라이빗 이더리움 블록체인 간에 사용될 수 있는가?
• RQ3 동적 프로그램 분석을 통해 크로스체인 함수 호출에 대한 예상 매개변수 값을 어떻게 도출할 수 있는가?
• RQ4 비잔티노스 및 크래시 실패 상황 하에서 프로토콜의 안전성 및 활성성 성질은 무엇인가?
• RQ5 최소한의 신뢰 가정 하에 다수의 블록체인 간에 어떻게 조율를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 조율 컨트랙트를 사용하여 거래 상태를 글로벌하게 추적하고, 조율 컨트랙트의 최종 상태에 따라 모든 블록체인에서 롤백 또는 커밋을 강제함으로써 프로토콜이 원자성을 보장한다.
• 안전성이 형식적으로 증명됨: 트랜잭션이 커밋되면, 모든 참가 체인은 일시적 상태를 커밋하고, 무시되면 모든 체인이 롤백한다.
• 활성성이 보장됨: 타임아웃 메커니즘 덕분에 모든 트랜잭션은 최종적으로 종료되며, 조율 노드가 고장나도 마찬가지다.
• 라이브 인수 검사를 통해 실제 함수 매개변수가 서명된 보조 트랜잭션과 뷰에 포함된 예상 값과 일치함을 강제함으로써, 일관성 없는 실행을 방지한다.
• BLS 임계값 서명은 소스 블록체인의 다수 검증자가 트랜잭션 데이터에 동의하고 있음을 암호학적으로 검증 가능한 증거를 제공하여, 신뢰할 수 없는 크로스체인 검증을 가능하게 한다.
• 타임아웃 메커니즘과 조율 컨트랙트 상태 업데이트 덕분에 조율 노드의 크래시 실패에 대해 시스템은 내성적으로 저항력이 있으며, 최종 종료와 일관성을 보장한다.