[논문 리뷰] Enabling Cross-chain Transactions: A Decentralized Cryptocurrency Exchange Protocol

Hangyu Tian, Kaiping Xue외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 07.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 중앙집중식 거래소에 의존하지 않고 다양한 암호화폐 간에 신뢰 없이 안전하게 거래할 수 있도록 하는 이더리움 스마트 계약을 활용한 탈중앙화된 크로스암호화폐 거래 프로토콜을 제안한다. 신뢰할 수 없는 검증자로 구성된 다자간 위원회와 사용자별로 거래를 융합하는 방식을 통해 런타임 비용이 낮고 예측 가능하며, 사용자 수에 비례하여만 확장되며 거래 수에는 영향을 받지 않는 구조를 구현함으로써 이더리움 테스트 네트워크 상에서의 구현 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

Inspired by Bitcoin, many different kinds of cryptocurrencies based on blockchain technology have turned up on the market. Due to the special structure of the blockchain, it has been deemed impossible to directly trade between traditional currencies and cryptocurrencies or between different types of cryptocurrencies. Generally, trading between different currencies is conducted through a centralized third-party platform. However, it has the problem of a single point of failure, which is vulnerable to attacks and thus affects the security of the transactions. In this paper, we propose a distributed cryptocurrency trading scheme to solve the problem of centralized exchanges, which can achieve trading between different types of cryptocurrencies. Our scheme is implemented with smart contracts on the Ethereum blockchain and deployed on the Ethereum test network. We not only implement transactions between individual users, but also allow transactions between multiple users. The experimental result proves that the cost of our scheme is acceptable.

연구 동기 및 목표

• 중앙집중식 암호화폐 거래소에 내재된 단일 장애 지점과 보안 위험을 해결하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고 다양한 암호화폐 간에 탈중앙화되고 신뢰할 수 있는 거래를 가능하게 하기 위해.
• 개별 및 다중 사용자 거래를 효율적으로 지원할 수 있는 스마트 계약 기반 시스템을 설계하기 위해.
• 실제 환경 조건에서 안전하고 비밀 보장이 되며 확장 가능한 거래 검증을 보장하기 위해.
• 프로토콜의 성능과 이더리움 테스트 네트워크 상에서의 비용을 평가하기 위해.

제안 방법

• 프로토콜은 이더리움 스마트 계약을 사용하여 이더를 다양한 암호화폐 간의 Liquidity 브리지로 활용함으로써 크로스체인 거래를 관리한다.
• 신뢰할 수 없는 검증자로 구성된 위원회를 구성하여 거래를 검증함으로써, 어느 한 참여자에 대한 신뢰가 필요 없이도 정확성을 확보한다.
• 동일한 사용자로부터의 다중 거래를 하나의 계약 호출로 융합하여 오버헤드를 감소시키고 처리량을 향상시킨다.
• 이중 단계 프로토콜을 적용함: 준비 단계(거래 데이터 수집)와 검증 단계(위원회 기반 검증)를 통해 정확성과 보안을 확보한다.
• 실제 성능과 가스 비용을 평가하기 위해 프로토콜을 이더리움 테스트 네트워크에 구현하고 배포한다.
• 성능은 계약 실행 시간과 가스 비용을 측정하여 평가하며, 다양한 사용자 수와 거래 수에 따라 수집된 메트릭을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이더리움 스마트 계약을 기반으로 한 탈중앙화된 거래 프로토콜을 구축하여 중앙집중식 중개자에 대한 의존도를 제거할 수 있는가?
• RQ2 다자간 크로스암호화폐 거래 환경에서 거래 검증 비용은 사용자 수와 거래 수에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 신뢰할 수 없는 검증자 위원회가 보안이나 기밀성을 훼손하지 않고도 크로스암호화폐 거래를 신뢰성 있게 검증할 수 있는가?
• RQ4 실제 부하 조건 하에서 이러한 프로토콜의 실제 런타임 및 가스 비용은 얼마인가?
• RQ5 개별 거래 처리에 비해 거래 융합이 오버헤드를 상당히 줄이는가?

주요 결과

• 거래 융합 덕분에 계약 실행 시간은 사용자 수에만 비례하며, 사용자당 거래 수에는 영향을 받지 않는다.
• 100명의 위원회 멤버가 있는 경우에도 검증 단계는 1초 이내로 끝나 블록체인 확인 시간에 비해 무시할 수 있을 정도로 짧다.
• 준비 단계의 런타임은 한 명의 수금자 수에 따라 증가하지만, 독립된 노드들 간의 병렬 실행 덕분에 효율적인 편이다.
• 한 명의 수금자와 수금자 간의 거래 수에 관계없이 검증 시간 비용은 변하지 않으며, 이는 모두 하나의 작업으로 융합되기 때문이다.
• 이러한 구조는 높은 처리량과 낮은 오버헤드를 유지하며, 사용자당 거래량과 무관하게 성능이 유지되어 확장성의 가능성을 확인한다.
• 이더리움 테스트 네트워크 상의 구현 결과, 운영 비용이 수용 가능하고 실세계 배포에 적합함을 입증한다.