[논문 리뷰] Fairness in ERC token markets: A Case Study of CryptoKitties

Kentaro Sako, Shin’ichiro Matsuo외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 07.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반의 분산 시장에서의 공정성에 대해 CryptoKitties를 사례로 분석하며, 유전자 알고리즘이 진정으로 무작위성이 부족하여 알고리즘의 편향을 이해한 사용자가 고가의 토큰 생성을 예측하고 수익을 올릴 수 있음을 밝혀냈다. 연구는 정보 비대칭, 경매에서의 은밀한 공모, 누적 수수료 등으로 인한 체계적 불공정성을 규명하였으며, ERC-721 토큰 시장에서의 시장 공정성을 향상시키기 위해 암호학적 및 설계 개선 방안을 제안한다.

ABSTRACT

Fairness is an important trait of open, free markets. Ethereum is a platform meant to enable digital, decentralized markets. Though many researchers debate the market's fairness, there are few discussions around the fairness of automated markets, such as those hosted on Ethereum. In this paper, using pilot studies, we consider unfair factors caused by adding the program. Because CryptoKitties is one of the major blockchain-based games and has been in operation for an extended period of time, we focus on its market to examine fairness. As a result, we concluded that a gene determination algorithm in this game has little randomness, and a significant advantage to gain profit is given to players who know its bias over those who do not. We state incompleteness and impact of the algorithm and other factors. Besides, we suppose countermeasures to reduce CryptoKitties' unfairness as a market.

연구 동기 및 목표

• 스마트 계약 기반의 분산 시장, 예를 들어 CryptoKitties와 같은 시장이 전통적인 금융 시장과 유사한 공정성 원칙을 지키는지 조사하기.
• CryptoKitties에서 정보 비대칭과 숙련된 사용자에게 유리한 조건을 초래하는 특정 기술적 및 설계 결함을 규명하기.
• 번식 수수료, 경매 메커니즘, 알고리즘적 무작위성 등의 요소가 시장 공정성에 미치는 영향 평가하기.
• 사용자 제어 입력 및 지연된 경매 시작과 같은 실질적인 대응 조치를 통해 블록체인 기반 토큰 시장의 불공정성을 줄이기.
• 스마트 계약 기반 금융 시스템에서의 공정성 평가를 위한 기초 기준 설정하기.

제안 방법

• Solidity 소스 코드와 블록체인 트랜잭션 데이터를 활용해 CryptoKitties의 유전자 알고리즘을 역공학하여 무작위성과 예측 가능성 분석하기.
• 번식 수수료(0.008 ETH)와 가스 수수료가 저소득 플레이어의 참여에 미치는 영향 평가하기.
• 경매 메커니즘 분석을 통해 공모 위험을 탐지하고, 판매자와 입찰자가 협력할 경우 조기에 입찰에 승리할 수 있는 이점 확인하기.
• 블록체인 분석을 통해 경매에 참여하지 않은 의심스러운 거래를 식별하여 비공식 거래의 존재 추정하기.
• 해시 함수에 사용자가 입력을 기여할 수 있도록 허용하는 등의 암호학적 개선 방안 제안하여 토큰 생성의 예측 가능성을 제거하기.
• 경매 사전 공지 및 입찰 시작 지연과 같은 설계 변경 사항 제안하여 정보 비대칭 감소하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CryptoKitties의 유전자 결정 알고리즘이 얼마나 예측 가능한 패턴을 보이며, 정보 비대칭을 초래하는가?
• RQ2 번식 및 거래 수수료가 저소득 사용자의 시장 접근성과 수익성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 경매 메커니즘과 판매자 및 입찰자 간의 공모가 어떻게 시장 공정성을 해칠 수 있는가?
• RQ4 블록체인 익명성은 내부자 거래를 가능하게 하고 불공정한 시장 행동을 감추는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 스마트 계약 기반 토큰 시장의 공정성을 향상시키기 위해 어떤 기술적 및 설계 개선 조치가 가능한가?

주요 결과

• CryptoKitties의 유전자 알고리즘은 암호학적으로 무작위성이 아니며, 그 예측 가능성 덕분에 알고리즘의 편향을 이해한 사용자가 고가의 토큰을 전략적으로 번식시킬 수 있다.
• 알고리즘의 입력 메커니즘을 이해한 플레이어는 유의미한 가치의 고양이를 일관되게 생산할 수 있어 심각한 정보 비대칭을 초래한다.
• 0.008 ETH의 번식 수수료는 저소득 사용자의 참여와 수익 가능성에 대한 누적적 장벽으로 작용한다.
• 경매 메커니즘은 협력하는 당사자가 등록 직후 입찰에 승리할 수 있도록 하여 다른 참가자를 배제하고 공정한 경쟁을 뿌리 뽑는다.
• 경매에 참여하지 않은 의심스러운 거래는 비공개 또는 비공식 거래의 존재를 시사하며, 투명성 원칙을 위반한다.
• 토큰 생성 과정에서 사용자 입력 제어가 없어 예측 가능성이 증가하고 토큰 가치 분배의 공정성이 저하된다.