[논문 리뷰] Fair Auction and Trade Framework for Cloud VM Allocation based on Blockchain

Zhili Chen, Wei Ding외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 03.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 17인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 스마트 계약과 암호화폐 메커니즘을 통해 입찰 및 거래의 공정성을 보장하는 블록체인 기반의 클라우드 가상 머신(Virtual Machine, VM) 할당을 위한 공정한 입찰 및 거래 프레임워크를 제안한다. 시간 제한이 있는 기여, 검증 가능한 상태, 단계적 지급을 활용하여 악의적인 행동에 재정적 제재를 가하고 보상을 보장하며, 이더리움에서의 실험을 통해 실제 환경 조건에서도 수용 가능한 성능을 입증한다.

ABSTRACT

Cloud auctions provide cost-effective strategies for cloud VM allocation. Most existing cloud auctions simply assume that the auctioneer is trustable, and thus the fairness of auctions can be easily achieved. However, in fact, such a trustable auctioneer may not exist, and the fairness is non-trivial to guarantee. In this work, for the first time, we propose a decentralized cloud VM auction and trade framework based on blockchain. We realize both auction fairness and trade fairness among participants (e.g., cloud provider and cloud users) in this system, which guarantees the interest of each party will not suffer any loss as long as it follows the protocol. Furthermore, we implement our system through the local blockchain and Ethereum official test blockchain, carry out experimental simulations, and demonstrate the feasibility of our system.

연구 동기 및 목표

• 신뢰할 수 없는 입찰자가 사용자와 공모하거나 결과를 조작할 수 있는 문제로 인해 클라우드 VM 입찰에서의 공정성 확보가 부족한 점을 해결하기 위해.
• 입찰 결과가 공개된 후 악의적인 사용자가 지불을 회피하거나 공급자가 지급 후 서비스를 제공하지 않는 것을 방지하여 거래의 공정성을 확보하기 위해.
• 악의적인 행위자 존재하더라도 프로토콜을 준수하는 참여자가 손해를 입지 않도록 보장하는 탈중앙화된 시스템을 설계하기 위해.
• 블록체인 기술을 활용하여 심판 기반 및 심판 없음 거래 체계를 모두 지원하는 시스템을 구현하고 평가하기 위해.

제안 방법

• 유저가 보증금을 함께 기여하는 시간 제한 기여 기반의 재정적 보증 기반 프로토콜을 사용한다.
• 스마트 계약이 입찰의 공정성을 보장하기 위해 입찰를 검증하고, 승자를 결정하며, 악의적인 참가자에게 재정적 제재를 가한다.
• 시스템은 거래 상태를 추적하고 검증하는 상태 기반 메커니즘을 사용하여 지불과 VM 할당이 동기화되어 있음을 보장한다.
• 거래 시 단계적 지급을 사용하여 VM 인스턴스가 성공적으로 제공된 후에만 자금을 해제함으로써 상호 신뢰를 확보한다.
• 스마트 계약이 입찰 단계에서 거래 단계로 자동 전환되며, 결과 발표 시 보증금이 지불으로 전환된다.
• 구현은 스마트 계약에 대해 솔리디티를 사용하고, 클라이언트 측 상호작용에는 자바스크립트와 웹3.js를 사용하며, 로컬 환경(Ganache)과 이더리움 테스트넷(Rinkeby)에서 테스트된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 있는 입찰자가 없는 탈중앙화된 클라우드 VM 할당 시스템에서 어떻게 입찰의 공정성을 보장할 수 있는가?
• RQ2 입찰 결과가 공개된 후 클라우드 사용자와 공급자가 프로토콜에서 이탈하지 않도록 보장할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 심판 기반의 중재자가 필요 없이도 거래의 공정성을 달성할 수 있는 방법은 무엇이며, 동시에 정직한 참가자가 재정적 손실을 입지 않도록 보호할 수 있는가?
• RQ4 이더리움과 같은 공개 블록체인에 이러한 시스템을 구현할 경우 발생하는 성능 오버헤드는 얼마나 되는가?

주요 결과

• 이더리움 테스트 네트워크(Rinkeby)에서의 입찰 단계는 평균 15,000 ms이며, 표준편차 약 300 ms로 안정적이고 예측 가능한 성능을 보인다.
• Rinkeby에서 기여 및 공개 단계의 평균 시간은 약 15,000 ms로 블록 시간과 일치하여 단일 블록 내에서 완료될 수 있음을 의미한다.
• 사용자 수가 VM 유형의 수보다 입찰 시간에 더 큰 영향을 미치며, 입찰 시간은 사용자 수에 비례하여 선형 증가한다.
• 로컬 Ganache 네트워크에서는 기여 단계가 36 ms, 공개 단계가 69 ms로 제어된 환경에서 낮은 지연 시간을 보였다.
• 시스템은 심판 기반 및 심판 없음 거래 체계를 모두 성공적으로 지원하며, 후자는 검증 가능한 상태 전이와 스마트 계약의 강제 적용에 의존한다.
• 실험 결과는 프레임워크의 실현 가능성을 확인하였으며, 시뮬레이션 및 실제 블록체인 네트워크에서 모두 모든 단계가 수용 가능한 시간 제한 내에서 완료되었다.