[논문 리뷰] Delegated Proof of Reputation: a novel Blockchain consensus

Thuat Do, Thao Nguyen외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 06.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Delegated Proof of Stake의 공유금(coinstake)을 대체하기 위해 페이지랭크(PageRank), NCDawareRank, 하드지랭크(HodgeRank)를 사용하는 신뢰도 기반 순위 시스템을 도입한 새로운 블록체인 합의 기반인 위임된 신뢰도 증명(DPoR)을 제안한다. 이 방법은 합의 과정에서의 확장성과 보안성을 향상시키면서도, 네트워크 상호작용에서 유래한 신뢰도 메트릭을 통해 정직한 행동을 유도함으로써 타당한 분산화 수준을 유지한다.

ABSTRACT

Consensus mechanism is the heart of any blockchain network. Many projects have proposed alternative protocols to improve restricted scalability of Proof of Work originated since Bitcoin. As an improvement of Delegated Proof of Stake, in this paper, we introduce a novel consensus, namely, Delegated Proof of Reputation, which is scalable, secure with an acceptable decentralization. Our innovative idea is replacing pure coinstaking by a reputation ranking system essentially based on ranking theories (PageRank, NCDawareRank and HodgeRank).

연구 동기 및 목표

• 기존의 작업증명(Proof of Work)과 위임된 신뢰도 증명(Delegated Proof of Stake)과 같은 전통적인 블록체인 합의 기반의 확장성 및 보안적 한계를 해결하기 위해.
• 합의 참여에서 경제적 지분(공유금)에 대한 의존도를 줄여, 부유한 참가자에 의한 중심화 위험을 완화하기 위해.
• 높은 계산 또는 재정적 비용 없이도 정직한 행동을 유도하고 네트워크의 신뢰도를 향상시키는 신뢰도 기반 시스템을 설계하기 위해.
• 랭킹 이론(페이지랭크, NCDawareRank, 하드지랭크)을 블록체인 합의에 통합하여 동적 신뢰도 스코어를 산정하는 데의 타당성을 평가하기 위해.
• 허가된 및 허가되지 않은 블록체인 환경에서 분산화, 보안성, 성능 간의 균형을 달성하기 위해.

제안 방법

• 합의 기반은 그래프 기반 랭킹 알고리즘인 페이지랭크, NCDawareRank, 하드지랭크를 기반으로 한 신뢰도 순위 시스템을 사용한다.
• 참가자들은 자산 보유량이 아닌 이력 상호작용과 네트워크 행동에 기반해 신뢰도 스코어를 부여받는다.
• 위임자는 지분이 아닌 신뢰도 스코어에 따라 선출되어 지분 집중에 의한 영향력 감소를 유도한다.
• 거래 검증 및 합의 참여에 기반한 피드백을 통해 신뢰도 스코어를 동적으로 업데이트한다.
• 간선이 신뢰 관계 또는 검증된 상호작용을 나타내는 가중 방향 그래프를 통해 신뢰도를 계산한다.
• 다양한 랭킹 이론을 통합함으로써 랭킹 계산의 강건성과 조작 위험 감소를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위임된 신뢰도 증명(DPoR) 기반의 합의 기반은 신뢰도 기반으로 공유금을 대체할 수 있는가? 이는 보안성과 분산화 수준을 유지할 수 있는가?
• RQ2 기존의 랭킹 알고리즘(페이지랭크, NCDawareRank, 하드지랭크)이 블록체인 신뢰도 스코어 산정에 적용되었을 때 성능은 어떠한가?
• RQ3 신뢰도 기반 위임이 네트워크의 확장성과 시비(Sybil) 공격에 대한 저항력에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 시스템은 신뢰도 부여 과정에서 공정성을 확보하고 조작을 방지하기 위해 어떻게 보장하는가?
• RQ5 신뢰도 기반 합의 기반은 지분 기반 모델 대비 분산화 수준을 어느 정도 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 위임된 신뢰도 증명(DPoR) 기반은 에너지 소모가 큰 채굴을 제거함으로써 작업증명(Proof of Work)보다 더 높은 확장성을 달성한다.
• 공유금을 신뢰도 기반 투표로 대체함으로써, 지분 기반 시스템에서 발생하는 부유한 참가자에 의한 중심화 위험을 줄일 수 있다.
• 페이지랭크, NCDawareRank, 하드지랭크와 같은 다양한 랭킹 이론의 통합은 동적 네트워크에서의 랭킹 계산의 강건성과 공정성을 향상시킨다.
• 시뮬레이션 결과에 따르면, 신뢰할 수 있는 상호작용 이력을 위조하기 어려움으로 인해 DPoR는 시비 공격에 강력한 저항성을 유지한다.
• 신뢰도는 경제적 능력에 의해 결정되지 않고 행동 일관성과 네트워크 신뢰도에 기반하므로, 시스템은 타당한 수준의 분산화를 보여준다.
• 신뢰도 기반 모델은 전통적인 PoS 및 PoW 프로토콜 대비 더 빠른 최종성과 낮은 지연 시간을 제공한다.