[논문 리뷰] Deterministic Proof Of Work.

Zhuan Cheng, Gang Wu외 4명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 13.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 결정적 작업 증명(DPoW)을 제안하며, 지ap-리듀스 작업 증명과 실용적인 바쿠라스 Fault Tolerance(PBFT)를 조합한 하이브리드 합의 프로토콜이다. 이는 즉각적인 거래 확인, 높은 확장성, 강력한 일致성(일致성)을 유지하면서도 분산화를 희생시키지 않는다. 프로토콜은 결정적 마이닝과 바쿠라스 Fault Tolerance를 통해 포크를 방지하고 이중 지출 공격에 저항한다.

ABSTRACT

The Decentralized-Consistent-Scale (DCS) Triangle defines three dimensions that illustrate the tradeoffs of the blockchain consensus mechanism. In this paper, we propose a new hybrid consensus protocol, called Deterministic Proof of Work (DPoW), which can reach high levels of scalability and consistency without significant reduction to decentralization. Our protocol introduces a Map-reduce PoW mining algorithm to perform alongside Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) verification, which together allow for transactions to be confirmed immediately, largely improving scalability. In addition, the protocol is designed such that forking cannot occur, ensuring strong consistency and security against a multitude of attacks. The Map-reduce PoW mining process ensures that no single entity can control the network, guaranteeing decentralization. We analyzed the security of our protocol by evaluating the possibility of double spending attacks, and furthermore, conducted experiments which demonstrate our claims.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 시스템에서 DCS 삼각형에 의해 정의된 확장성-합의-분산화 트레이드오프를 해결하기 위해.
• 네트워크의 분산화를 훼손하지 않으면서도 높은 확장성과 강력한 일치성을 달성하는 합의 메커니즘을 설계하기 위해.
• 포크를 제거하고 블록체인 네트워크에서 이중 지출 공격에 대한 보안을 강화하기 위해.
• 하이브리드 마이닝 및 검증 아키텍처를 통해 즉각적인 거래 확인을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 다양한 노드에 걸쳐 마이닝 작업을 분산시키는 지도-리듀스 PoW 마이닝 알고리즘을 도입하여 병렬성과 확장성을 향상시킨다.
• 지역-리듀스 PoW를 PBFT와 결합하여 거래 검증을 수행함으로써 최종성과 일치성을 확보한다.
• 결정적 마이닝을 사용하여 포크를 방지하고 단일이며 일관된 블록체인 상태를 유지한다.
• 네트워크를 제어할 수 있는 단일 엔티티가 존재하지 않도록 프로토콜을 설계하여 분산화를 유지한다.
• 마이닝 이후 PBFT를 활용해 거래를 검증함으로써 장애 내성과 바쿠라스 결함에 대한 보안을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 하이브리드 합의 프로토콜이 분산화를 유지하면서도 높은 확장성과 강력한 일치성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 결정적 마이닝과 PBFT를 사용할 경우 블록체인 시스템에서 포크를 어떻게 제거할 수 있는가?
• RQ3 제안된 프로토콜 설계 하에서 이중 지출 공격에 대한 저항력은 어떠한가?
• RQ4 지역-리듀스 PoW 마이닝은 보안을 희생시키지 않고 더 빠른 거래 확인을 가능하게 할 수 있는가?

주요 결과

• DPoW 프로토콜은 지도-리듀스 PoW와 PBFT 검증의 통합을 통해 즉각적인 거래 확인을 가능하게 한다.
• 마이닝 과정의 결정적 성격 덕분에 포크가 방지되어 강력한 일치성이 보장된다.
• 마이닝 작업을 분산시킴으로써 단일 엔티티가 네트워크를 지배할 수 없도록 하여 프로토콜이 분산화를 유지한다.
• 보안 분석을 통해 제안된 프로토콜 설계 하에서 이중 지출 공격에 대한 저항력이 확인되었다.