[논문 리뷰] Fault-Tolerant Distributed Implementation of Digital Social Contracts.

Ouri Poupko, Ehud Shapiro외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 01.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 블록체인-퍼-퍼스널, 국소 복제, 부분 순서, 암호학적으로 서명된 언어 행위를 사용하는 장애 내성적이고 페어 투 페어 분산 원장 아키텍처를 제안한다. 이는 중앙 집중식 검증자와 에너지 집약적인 합의 메커니즘을 제거함으로써 고장 난 에이전트에 대한 내성을 달성한다.

ABSTRACT

A companion paper defined the notion of digital social contracts, presented a design for a social-contracts programming language, and demonstrated its potential utility via example social contracts. The envisioned setup consists of people with genuine identifiers, which are unique and singular cryptographic key pairs, that operate software agents thus identified on their mobile device. The abstract model of digital social contracts consists of a transition system specifying concurrent, non-deterministic asynchronous agents that operate on a shared ledger by performing digital speech acts, which are cryptographically-signed sequentially-indexed digital actions. Here, we address the distributed-ledger implementation of digital social contracts in the presence of faulty agents: we present a design of a fault-tolerant distributed-ledger transition system and show that it implements the abstract shared-ledger model of digital social contracts, and discuss its resilience to faulty agents. The result is a novel ledger architecture that is distributed with a blockchain-per-person (as opposed to centralized with one blockchain for all), partially-ordered (as opposed to totally-ordered), locally-replicated (as opposed to globally-replicated), asynchronous (as opposed to globally-synchronized), peer-to-peer with each agent being both an actor and a validator (as opposed to having dedicated miners, validators, and clients), environmentally-friendly (as opposed to the environmentally-harmful Proof-of-Work), self-sufficient (as opposed to the energy-hogging Proof-of-Work or capital-hogging Proof-of-Stake) and egalitarian (as opposed to the plutocratic Proof-of-Work and Proof-of-Stake).

연구 동기 및 목표

• 장애 난 에이전트 조건 하에서 디지털 사회 계약의 추상 모델을 정확히 구현하는 분산 원장 시스템을 설계하는 것.
• 탈중앙화된 페어 투 페어 환경에서 장애 난 또는 악성 에이전트에 대한 내성을 확보하는 것.
• Proof-of-Work나 Proof-of-Stake와 같은 에너지나 자본 집약적인 합의 메커니즘에 의존하지 않도록 하는 것.
• 공유 원장 위에서 암호학적으로 서명된 순차적 인덱스가 부여된 언어 행위를 통해 이국적, 비결정적, 동시성 있는 에이전트 상호작용을 지원하는 것.
• 모든 에이전트가 검증자이자 참가자로 기능하는 자급자족적이고 환경 친화적이며 평등한 시스템을 달성하는 것.

제안 방법

• 디지털 사회 계약을 동시적, 비결정적, 异步적 전이 시스템으로 모델링하는 분산 원장 전이 시스템을 설계한다.
• 에이전트 상호작용을 나타내기 위해 암호학적으로 서명된 순차적 인덱스가 부여된 디지털 언어 행위를 공유 원장 위의 원자적 동작으로 사용한다.
• 각 에이전트가 자체적인 로컬 블록체인을 유지하여 거래 순서 정렬과 검증을 수행하는 블록체인-퍼-퍼스널 아키텍처를 적용한다.
• 전역 동기화 없이도 민첩하고 비동기적 조율이 가능한, 에이전트 간 거래의 부분 순서를 적용한다.
• 특정 마이닝 또는 검증 역할 없이 각 에이전트가 검증자이자 참가자로 기능하도록 한다.
• 고유하고 검증 가능한 신원을 보장하기 위해 암호학적 키 쌍을 사용하고, 비잔틴 결함에 강건한 합의 메커니즘을 통해 장애 내성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 장애 난 에이전트가 존재하는 상황에서 분산 원장을 어떻게 설계하여 디지털 사회 계약의 추상 모델을 정확히 구현할 수 있는가?
• RQ2 에너지나 자본 집약적인 합의 메커니즘에 의존하지 않고도 원장이 장애 내성적이고 자급자족적인가를 가능하게 하는 아키텍처 원칙은 무엇인가?
• RQ3 중앙 권한이 없는 이국적, 페어 투 페어 환경에서 일관성과 보안을 유지하는 방법은 무엇인가?
• RQ4 글로벌 블록체인에 비해 블록체인-퍼-퍼스널 및 국소 복제 원장이 얼마나 높은 내성성과 지속 가능성에 기여하는가?
• RQ5 암호학적으로 서명된 순차적 인덱스가 부여된 언어 행위를 통해 탈중앙화되고 장애 내성적인 방식으로 디지털 사회 계약을 어떻게 구현할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 원장 아키텍처는 장애 내성적인 방식으로 디지털 사회 계약의 추상 공유 원장 모델을 성공적으로 구현한다.
• 시스템은 국소 복제, 부분 순서, 언어 행위의 암호학적 검증을 조합함으로써 장애 난 에이전트에 대한 내성을 달성한다.
• 블록체인-퍼-퍼스널 모델은 전역 동기화가 필요 없고 공격 표면과 자원 오버헤드를 감소시킨다.
• Proof-of-Work와 같은 에너지 집약적인 합의 메커니즘을 회피함으로써 환경 친화적인 지속 가능성에 기여한다.
• 모든 에이전트가 외부 자본이나 에너지 투자 없이 검증에 기여하므로 자급자족적이고 평등한 시스템이다.
• 암호학적으로 서명된 디지털 언어 행위를 공유된 분산 원장 위에서 사용함으로써 안전하고 동시적이며 비결정적인 에이전트 상호작용을 지원하는 아키텍처이다.