[논문 리뷰] Enhancing Accountability and Trust in Distributed Ledgers

Maurice Herlihy, Mark Moir|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 23.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 14인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 비결정적 선택을 최소화하고 사후 조작 감지를 가능하게 함으로써 허가된 분산 원장에서의 책임감과 공정성 향상을 위한 설계 원칙과 메커니즘을 제안한다. 텐더민트 기반 시스템에서 결정론적 순서 지침, 감사 가능한 로그, 책임 감지 트리거를 도입하여 공정성 위반 사항을 더 잘 감지하고 실제 제재를 통해 이행할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

Permisionless decentralized ledgers ("blockchains") such as the one underlying the cryptocurrency Bitcoin allow anonymous participants to maintain the ledger, while avoiding control or "censorship" by any single entity. In contrast, permissioned decentralized ledgers exploit real-world trust and accountability, allowing only explicitly authorized parties to maintain the ledger. Permissioned ledgers support more flexible governance and a wider choice of consensus mechanisms. Both kinds of decentralized ledgers may be susceptible to manipulation by participants who favor some transactions over others. The real-world accountability underlying permissioned ledgers provides an opportunity to impose fairness constraints that can be enforced by penalizing violators after-the- fact. To date, however, this opportunity has not been fully exploited, unnecessarily leaving participants latitude to manipulate outcomes undetectably. This paper draws attention to this issue, and proposes design principles to make such manipulation more difficult, as well as specific mechanisms to make it easier to detect when violations occur.

연구 동기 및 목표

• 실제 제재가 가능한 공정성 보장을 제공하지 못하는 분산 원장, 특히 실제 책임감이 가능한 허가된 시스템에서의 문제를 해결하기 위해.
• 참가자가 감지되지 않게 거래 순서나 포함 여부를 조작할 수 있는 기회를 줄이기 위해.
• 감사자가 장기적인 통계적 이상을 통해 체계적인 위반 패턴을 감지할 수 있도록 하는 경량이며 경로 외부의 메커니즘을 설계하기 위해.
• 성실한 참가자의 성능에 영향을 주지 않으면서도 원장 설계에 책임감을 통합하기 위해.
• 오픈소스 텐더민트 원장 시스템에 대한 수정 사례를 통해 적용 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 비결정적 선택을 가능한 한 결정론적 규칙로 대체하여 조작 가능성을 줄이기 위해.
• 피하기 어려운 비결정적 선택 사항을 암호학적으로 인증된 감사 가능한 방식으로 로깅하여 사후 분 析를 가능하게 하기 위해.
• 암호학적 서명과 해시 체인을 사용하여 로그가 변조되지 않도록 보장하고 감사 시 무결성을 유지하기 위해.
• 책임감 메커니즘을 핵심 경로에서 분리하여 정상 운영 시 성능 저하를 방지하기 위해.
• OWAC(순서 기반 사전 커밋)와 같은 메커니즘을 도입하여 검증자 간 거래 순서 일관성을 보장하기 위해.
• 개별 이벤트가 일반적인 비결정성과 구별되지 않더라도, 로그의 통계적 분석을 통해 위반 사항을 감지할 수 있도록 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실시간 강제 집행이 불가능한 상황에서 허가된 원장에서의 공정성 위반 사항은 어떻게 사후에 감지할 수 있는가?
• RQ2 어떤 설계 원칙이 조작 가능성이 있는 비결정적 선택의 수를 최소화하는가?
• RQ3 성실한 참가자의 성능을 떨어뜨리지 않으면서도 어떻게 책임감을 이행할 수 있는가?
• RQ4 실시간 간섭이 필요 없이 감사자가 체계적인 조작 패턴을 감지할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 텐더민트와 같은 기존 원장 시스템은 어떤 방식으로 검증 가능한 공정성과 책임감을 지원하도록 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 설계 원칙은 비결정적 선택의 수를 크게 줄여 조작 공격 표면을 축소시킨다.
• 감사 가능한 암호학적 인증 로그를 통해 반복적인 공정성 위반을 암시하는 이상한 장기 추세를 감지할 수 있다.
• OWAC 프로토콜 및 관련 메커니즘은 검증자가 블록 내 거래 순서를 제어할 수 없음을 보장한다. 이는 피어 간 통신 순서 조작 여부와 관계없이 마찬가지다.
• 책임감 메커니즘은 핵심 경로에서 분리되어 있어 정상 운영 시 성능을 유지하면서도 사후 감지를 가능하게 한다.
• 실제 제재(예: 벌금 부과 또는 추방)를 제공할 수 있는 검증 가능한 위반 증거를 제공함으로써 실제 세계에서의 제재가 가능해진다.
• 이 프레임워크는 일반화 가능하며, 텐더민트 원장 시스템에 성공적으로 적용되어 실용적 타당성을 입증했다.