[논문 리뷰] Blockchain-empowered Data-driven Networks: A Survey and Outlook

Xi Li, Zehua Wang외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 29.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 131인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 향후 데이터 집약적 네트워크에서의 보안, 프라이버시 및 중심화 문제를 해결하기 위해 블록체인 기반 데이터 기반 네트워크(BDNs)를 제안한다. 블록체인의 변하지 않는 원장과 합의 메커니즘을 통합함으로써 BDNs는 분산된 노드 간에 안전하고 투명하며 탈중앙화된 데이터 공유, 분석 및 네트워크 관리를 가능하게 하여 이질적이고 대량의 데이터 환경에서 신뢰도와 성능을 향상시킨다.

ABSTRACT

The paths leading to future networks are pointing towards a data-driven paradigm to better cater to the explosive growth of mobile services as well as the increasing heterogeneity of mobile devices, many of which generate and consume large volumes and variety of data. These paths are also hampered by significant challenges in terms of security, privacy, services provisioning, and network management. Blockchain, which is a technology for building distributed ledgers that provide an immutable log of transactions recorded in a distributed network, has become prominent recently as the underlying technology of cryptocurrencies and is revolutionizing data storage and processing in computer network systems. For future data-driven networks (DDNs), blockchain is considered as a promising solution to enable the secure storage, sharing, and analytics of data, privacy protection for users, robust, trustworthy network control, and decentralized routing and resource managements. However, many important challenges and open issues remain to be addressed before blockchain can be deployed widely to enable future DDNs. In this article, we present a survey on the existing research works on the application of blockchain technologies in computer networks, and identify challenges and potential solutions in the applications of blockchains in future DDNs. We identify application scenarios in which future blockchain-empowered DDNs could improve the efficiency and security, and generally the effectiveness of network services.

연구 동기 및 목표

• 기하학적으로 증가하는 데이터 볼륨과 기기의 이질성으로 인해 향후 데이터 기반 네트워크(DDNs)에서 보안, 프라이버시 및 중심화된 제어 문제의 증가를 다루기.
• 블록체인 기술이 DDNs에서 탈중앙화되고 신뢰할 수 있으며 안전한 네트워크 운영을 위한 기초 기반 기술로 기능할 수 있는 방식을 탐색하기.
• 블록체인 통합이 동적 네트워크 환경에서 데이터 무결성, 액세스 제어 및 자원 관리에 기여하는 주요 응용 시나리오를 특정하기.
• 블록체인의 광범위한 도입을 저해하는 주요 기술적 과제들인 확장성, 지연 시간, 상호운용성 등의 열린 연구 과제를 부각하기.
• 블록체인 기반 데이터 기반 네트워킹(BDN) 기술의 표준화 및 발전을 위한 종합적 프레임워크와 로드맵 제공하기.

제안 방법

• 컴퓨터 네트워크에서의 블록체인 응용에 관한 기존 연구를 조사하고 분류하며, 데이터 기반 네트워킹 사용 사례에 중점을 둔다.
• 블록체인을 응용 계층, 네트워크 계층 및 링크 계층에 통합하는 다층 프레임워크를 제안한다.
• 블록체인의 합의 메커니즘(예: PoW, PoS)을 활용하여 중앙 기관 없이도 거래와 데이터 무결성에 대한 분산된 합의를 확보한다.
• 불변 원장에 네트워크 상태와 제어 정책을 저장하여 탈중앙화된 라우팅 및 자원 관리를 가능하게 한다.
• 스마트 계약을 통합하여 신뢰할 수 없는 네트워크 참가자 간의 액세스 제어, 인증 및 데이터 공유 정책을 자동화한다.
• 엣지 컴퓨팅, 빅데이터 분석 및 IoT와 같은 신규 기술과의 통합을 분석하여 저지연, 확장 가능한 데이터 처리를 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 기술은 대량의 이질적 데이터 흐름을 포함하는 데이터 기반 네트워크에서 보안, 프라이버시 및 신뢰를 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 다양한 네트워크 계층에서 블록체인을 향후 데이터 기반 네트워크에 통합하기 위한 실현 가능한 아키텍처 프레임워크는 무엇인가?
• RQ3 블록체인 통합이 네트워크 성능, 데이터 무결성 및 사용자 프라이버시에 크게 기여하는 응용 시나리오는 어떤 것인가?
• RQ4 블록체인을 데이터 기반 네트워크에 도입하는 데 장애가 되는 주요 기술적 과제들(예: 확장성, 지연 시간, 상호운용성)은 무엇인가?
• RQ5 API, 데이터 레이블링 및 인증 정책의 표준화가 어떻게 블록체인 기반 데이터 기반 네트워크의 도입을 가속화할 수 있는가?

주요 결과

• 블록체인은 중앙 기관에 의존하지 않고도 데이터 기반 네트워크에서 탈중앙화되고 신뢰할 수 있는 데이터 공유 및 분석을 가능하게 한다.
• 스마트 계약과의 통합은 신뢰할 수 없는 네트워크 엔티티 간의 자동화된, 안전하고 감사 가능한 액세스 제어 및 정책 이행을 지원한다.
• 블록체인은 네트워크 상태, 구성 및 라우팅 결정에 대한 불변 로그를 제공함으로써 네트워크의 강건성과 복원력을 향상시킨다.
• 그럼에도 불구하고 블록체인의 DDNs에 대한 구현은 낮은 트랜잭션 처리량, 높은 지연 시간 및 실제 워크로드 하에서의 제한된 확장성 등의 심각한 과제에 직면해 있다.
• IEEE P2418, ISO/TC307 및 ITU-T FG DLT와 같은 표준화 노력이 등장하고 있지만 아직 분산되어 있어 BDNs에 대한 통합적이고 산업 전반의 표준이 필요하다는 점을 시사한다.
• 미래의 BDNs는 인공지능, 엣지 컴퓨팅 및 빅데이터 플랫폼과 융합될 것으로 기대되며, 저지연 및 고처리량 요구사항을 충족시키기 위해 이러한 기술들과 함께 공동 설계가 필요하다.