[논문 리뷰] Blockchain Inefficiency in the Bitcoin Peers Network

Giuseppe Pappalardo, Tiziana Di Matteo외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 05.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 7일 간의 비트코인 네트워크 동역학을 분석하여, 한 시간 후에도 43%의 거래가 블록체인에 기록되지 않은 채로 남아 있고, 30일 후에도 20%가 기록되지 않은 것으로 밝혀졌으며, 이는 체계적 비효율성을 시사한다. 저가격 거래가 지연의 주요 원인임에도 불구하고, 거래 가치의 93%는 3시간 이내에 기록되어 있어, 핵심 문제는 블록 크기 제한이 아니라 블록체인에 거래를 기록하도록 촉진하는 인센티브가 약한 데에 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate Bitcoin network monitoring the dynamics of blocks and transactions. We unveil that 43\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 1h from the first time they were seen in the network and 20\% of the transactions are still not included in the Blockchain after 30 days, revealing therefore great inefficiency in the Bitcoin system. However, we observe that most of these `forgotten' transactions have low values and in terms of transferred value the system is less inefficient with 93\% of the transactions value being included into the Blockchain within 3h. The fact that a sizeable fraction of transactions is not processed timely casts serious doubts on the usability of the Bitcoin Blockchain for reliable time-stamping purposes and calls for a debate about the right systems of incentives which a peer-to-peer unintermediated system should introduce to promote efficient transaction recording.

연구 동기 및 목표

• 실시간 네트워크 동역학을 모니터링하여 비트코인 블록체인에서의 거래 기록 효율성을 조사하기 위해.
• 거래 지연이 네트워크 혼잡도, 블록 크기 제한, 또는 인cent라이브 구조 결함에서 기인하는지 밝혀내기 위해.
• 거래 가치와 수수료가 블록체인에 포함되는 데 걸리는 지연에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.
• 관찰된 비효율성에도 불구하고 비트코인이 신뢰할 수 있는 타임스탬프 시스템으로 사용될 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 저자들은 2016년 5월 동안 7.5일 동안 비트코인 피어 투 피어 네트워크 트래픽을 모니터링하여 거래 전파 및 블록 포함 상태를 추적했다.
• 1,820,212건의 거래에 대해 네트워크에서 처음 관측된 시점부터 유효한 블록체인 블록에 최종 포함된 시점까지의 시간을 기록했다.
• 팀은 블록 및 초 단위로 거래 포함 지연을 분석하여 경험적 분포를 지수 감쇠 모델과 비교했다.
• 거래 가치 및 수수료에 따라 시간이 지남에 따라 블록체인에 포함된 거래의 누적 비율과 총 가치를 계산했다.
• 통계적 분석을 통해 거래 지연 분포를 비교하였으며, 특히 저가격 대비 고가격 거래에 초점을 맞췄다.
• 연구는 수수료가 포함 속도에 미치는 영향을 평가하였으며, 관측된 이질적 현상과 대조했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1시간 후와 30일 후에 비트코인 거래 중 얼마나 많은 비율이 블록체인에 기록되지 않은 채로 남아 있는가?
• RQ2 거래 가치가 블록체인에 적시에 포함될 가능성을 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ3 수수료와 포함 지연 간의 상관관계는 어떻게 되며, 수수료는 채굴자에게 효과적인 인센티브로 작용하는가?
• RQ4 관측된 거래 기록 비효율성은 네트워크 혼잡도 또는 블록 크기 제한 때문인가, 아니면 인센티브 설계의 문제에서 기인하는가?
• RQ5 지연되거나 기록되지 않은 거래의 비율이 높은 상황에서도 비트코인이 신뢰할 수 있는 타임스탬프 시스템으로 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 네트워크에 처음 나타난 지 1시간 후에도 43%의 거래가 여전히 블록체인에 포함되지 않은 상태였다.
• 30일 후에도 20%의 거래가 기록되지 않아 거래 기록의 심각한 비효율성을 보였다.
• 개별 거래의 지연 비율이 높음에도 불구하고, 총 거래 가치의 93%는 3시간 이내에 블록체인에 포함되었다.
• 지연된 대부분의 거래는 저가격이었으며, 지연 분포의 尾(꼬리) 부분은 주로 소액 전송에 의해 지배되었다.
• 수수료와 포함 속도 사이에 강한 상관관계가 없었으며, 고수수료 거래도 때로는 지연되었고, 저수수료 거래는 빠르게 처리되었다.
• 비효율성은 네트워크 포화나 블록 크기 제한 때문이 아니며, 평균 블록 사용량은 0.8MB였고, 3%만 0.99MB를 초과했다.