[논문 리뷰] Blockchain Timestamping Architecture Version 6 (BTAv6)

Adán Sánchez de Pedro Crespo, Luis Iván Cuende García|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 1인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 계층적 메르클 트리와 메시지 큐를 사용하여 블록체인에 광범위한 데이터를 앵커링하는 가용성 있고 비용 효율적인 시스템인 블록체인 타임스탬프 아키텍처 버전 6(BTAv6)를 제안한다. 이는 메르클 루트로 데이터 해시를 집계하고, 이를 에테레움과 비트코인에 조율된 방식으로 리더가 선출된 방식으로 게시함으로써 검증 가능하고 프라이버시를 보장하는 타임스탬프를 가능하게 하며, AMQP 기반 라우팅을 통해 증명을 전달함으로써 타임스탬프당 근사적으로 제로에 가까운 마진 비용과 원본 데이터 유출 없이도 보편적인 검증 가능성을 달성한다.

ABSTRACT

A method for timestamping, anchoring and certification of a virtually unlimited amount of data in one or more blockchains, focusing on scalability and cost-effectiveness while ensuring existence, integrity and ownership by using cryptographic proofs that are independently verifiable by anyone in the world without disclosure of the original data and without the intervention of the certifying party.

연구 동기 및 목표

• OP_RETURN 기반 블록체인 타임스탬프의 확장성과 비용 제한 문제를 해결하기 위해, 이는 데이터 앵커링을 트랜잭션당 80바이트로 제한하고 높은 수수료를 유발하기 때문이다.
• 수백만 개의 데이터 유닛을 집계한 해시를 메르클 트리에 통합하여 블록체인에 루트만 게시하는 방식으로, 저비용으로 고용량의 앵커링을 가능하게 하기 위해.
• 원본 데이터를 노출하지 않고도 존재성과 무결성에 대한 암호학적 검증이 가능하고 프라이버시를 보장하는 증명을 보장하기 위해.
• AMQP 기반 메시지 큐를 사용한 탈중앙화된 조율을 통해 단일 장애 지점 제거와 장애 내성 확보하기 위해.
• 각 시간 프레임에 단일 리더를 선출하여 단일 블록체인 트랜잭션을 게시함으로써, 시스템 규모가 증가하더라도 거래 비용이 일정하게 유지되도록 하기 위해.

제안 방법

• 수백만 개의 데이터 유닛을 단일 루트 해시로 압축하기 위해 데이터 해시를 계층적 메르클 트리에 집계하기 위해.
• 로드 밸런싱을 위해 라운드로빈 방식으로 여러 노드에 걸쳐 메시지 큐(레빗큐)를 사용하여 해시 처리를 분산하기 위해.
• 에포크 기반의 피어 노드 이름 해싱을 사용하여 시간 동기화된 리더 선출 프로토콜을 구현하여, 비트코인에 최종 메르클 루트를 게시할 단일 노드를 선정하기 위해.
• 에테레움 루트를 10분마다 리더가 선출된 노드를 통해 비트코인에 게시하여, 낮은 거래 비용으로도 크로스체인 앵커링을 가능하게 하기 위해.
• 데이터 해시 또는 루트 해시를 라우팅 키로 사용하여 직접 AMQP 교환기를 통해 사용자에게 증명을 전달함으로써, 보안적이고 정확한 전달을 보장하기 위해.
• 누구나 원본 데이터에 접근하지 않더라도 존재성과 무결성을 검증할 수 있도록 암호학적 증명(메르클 증명)을 사용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 하면 수백만 개의 데이터 유닛을 지원하면서도 단위당 비용을 최소화할 수 있는가?
• RQ2 다중 노드 간에 어떻게 탈중앙화된 조율를 달성하여 중복 블록체인 트랜잭션을 방지할 수 있는가?
• RQ3 원본 데이터를 유출하지 않고도 효율적으로 검증 가능하고 프라이버시를 보장하는 증명을 사용자에게 전달할 수 있는가?
• RQ4 어떤 아키텍처 패턴이 분산된 타임스탬프 시스템에서 장애 내성과 복원력을 보장하는가?
• RQ5 어떻게 하면 블록체인 앵커링 비용을 타임스탬프하는 데이터 유닛의 수에서 분리할 수 있는가?

주요 결과

• 데이터를 메르클 트리에 집계하고 루트만 게시함으로써, 타임스탬프당 점점 더 제로에 가까운 마진 비용을 달성하며, 규모가 증가하더라도 단위당 비용이 일정하게 유지된다.
• 리더 선출 프로토콜을 사용함으로써 10분 프레임당 단일 블록체인 트랜잭션만 게시되므로, 노드 수가 증가하더라도 매일의 거래 비용이 일정하게 유지된다.
• AMQP 기반 메시지 라우팅은 장애 발생 시 미확인 메시지가 자동으로 가동 중인 노드로 재라우팅되므로 장애 내성을 확보한다.
• 메르클 증명을 사용한 아키텍처는 누구나 원본 데이터에 접근하지 않더라도 존재성과 무결성을 검증할 수 있도록 하며, 검증 가능하고 프라이버시를 보장하는 증명을 지원한다.
• 고정된 시간 프레임(에테레움은 1분, 비트코인은 10분)과 에포크 기반 리더 선출을 사용하여 노드 간의 동기화를 유지하고 일관성을 확보한다.
• 최종 증명 구조는 사용자가 블록체인 루트와 최소한의 메르클 경로만으로도 데이터 존재성과 무결성을 독립적으로 검증할 수 있도록 하여 보편적이고 독립적인 검증 가능성을 보장한다.