[논문 리뷰] DeLottery: A Novel Decentralized Lottery System Based on Blockchain Technology

Zhifeng Jia, Rui Chen외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 06.

Gambling Behavior and Treatments인용 수 4

한 줄 요약

DeLottery는 블록체인 기반의 탈중앙화된 로또 시스템을 제안하며, 스마트 계약과 RANDAO 기반의 무작위 수 생성 프로토콜을 활용하여 공정성, 투명성, 보안성을 확보한다. 이 시스템은 블록체인 네트워크에 구현되어 기능적으로 정상 작동하며 암호학적 검증을 통해 조작에 저항한다.

ABSTRACT

In this paper, we design DeLottery, a decentralized lottery system based on block chain technology and smart contracts. Lottery is a classical form of entertainment and charity for centuries. Facing the bottleneck of the combination between lottery and information technology, we use smart contracts and blockchain in decentralized, intelligent, and secure systems for lottery industries. Moreover, we are inspired by the algorithm of RANDAO, an outstanding way of random number generation in blockchain scenario. The components and the functions of the novel system are described in details. We implement DeLottery in a blockchain network and show functioning procedure and security of the proposed lottery system.

연구 동기 및 목표

• 기존 로또 시스템의 신뢰성과 투명성 부족 문제를 블록체인 기술을 활용해 해결하고자 한다.
• 암호학적으로 검증 가능한 무작위성을 통해 공정성을 보장하는 탈중앙화된 로또 메커니즘을 설계하고자 한다.
• 중앙 집중형 기관에 의존하지 않는 보안성과 자동화된 로또 시스템을 스마트 계약을 통해 구현하고자 한다.
• 실제 블록체인 네트워크에 구현하여 제안된 시스템의 실현 가능성과 보안성을 검증하고자 한다.

제안 방법

• 시스템은 블록체인에 배포된 스마트 계약을 사용하여 티켓 구매, 추첨 실행, 상금 지급 등의 로또 운영을 관리한다.
• 탈중앙화된 방식으로 검증 가능한 무작위 수를 생성하기 위해 RANDAO 프로토콜을 기반으로 한다.
• 참가자들이 기여한 암호학적 약속을 통해 랜덤니스 풀에 기여함으로써, 어떤 단일 기관도 결과를 조작할 수 없도록 보장한다.
• 모든 거래 데이터와 랜덤니스 생성 과정을 블록체인에 공개함으로써 투명성을 확보한다. 이는 공개 검증이 가능하도록 한다.
• 프론트런닝 및 편향을 방지하기 위해 암호학적 해시 함수와 약속-공개 모델을 사용하여 보안을 강화한다.
• 실제 블록체인 네트워크에서 시스템을 테스트하여 정확성, 성능, 공모 또는 조작에 대한 저항성 등을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 탈중앙화된 로또 시스템을 설계하여 공정성을 확보하고 조작을 방지할 수 있는가?
• RQ2 검증 가능한 무작위성은 블록체인 기반 로또 시스템에서 신뢰를 향상시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 RANDAO 프로토콜은 실용적인 사용성을 갖춘 완전한 로또 시스템에 효과적으로 적용될 수 있는가?
• RQ4 스마트 계약의 통합은 투명성을 향상시키고 중앙 집중형 중개자에 대한 의존도를 어떻게 줄이는가?
• RQ5 실제 네트워크에 배포되었을 때, 블록체인 기반 로또의 보안성과 기능적 특성은 어떠한가?

주요 결과

• DeLottery 시스템은 스마트 계약과 블록체인을 활용해 완전히 탈중앙화된 로또를 성공적으로 구현하여 종단 간 투명성을 확보했다.
• RANDAO 기반의 프로토콜을 사용함으로써, 어느 한 당사자에 대한 신뢰 없이도 암호학적으로 안전하고 검증 가능한 랜덤 수 생성이 가능했다.
• 티켓 구매 및 추첨 결과와 같은 모든 로또 운영 과정이 블록체인에 공개 기록되어 있어 완전한 감사 가능성이 확보되었다.
• 약속-공개 메커니즘 덕분에 프론트런닝 및 조작과 같은 일반적인 공격에 저항하는 것으로 입증되었다.
• 실제 블록체인 환경에서의 구현을 통해 제안된 아키텍처의 실현 가능성과 정상적인 기능 동작이 확인되었다.
• 테스트 네트워크에서의 설계 및 실행을 통해 악성 조건 하에서도 보안성과 공정성이 유지됨을 입증하였다.