[논문 리뷰] Griefing-Penalty: Countermeasure for Griefing Attack in Lightning Network

Subhra Mazumdar, Prabal Banerjee외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 19.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 29인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 라이트닝 네트워크에서의 가슴 공격에 대비하는 새로운 대응 조치인 Griefing-Penalty를 제안한다. 이는 지급의 담보 비용에 비례하여 공격자에게 재정적 제재를 가하는 방식이다. 새로운 HTLC-GP 프로토콜에 이를 통합함으로써, 20홉 경로 기준으로 표준 HTLC 대비 공격자의 수익은 크게 감소하고, 필요 자금은 12배 증가한다. 이와 동시에 프라이버시를 유지하면서도 영향을 받은 노드에 보상이 제공된다.

ABSTRACT

Lightning Network can execute unlimited number of off-chain payments, without incurring the cost of recording each of them in the blockchain. However, conditional payments in such networks is susceptible to Griefing Attack. In this attack, an adversary doesn't resolve the payment with the intention of blocking channel capacity of the network. We propose an efficient countermeasure for the attack, known as Griefing-Penalty. If any party in the network mounts a griefing attack, it needs to pay a penalty proportional to the collateral cost of executing a payment. The penalty is used for compensating affected parties in the network. We propose a new payment protocol HTLC-GP or Hashed Timelock Contract with Griefing-Penalty to demonstrate the utility of the countermeasure. Upon comparing our protocol with existing payment protocol Hashed Timelock Contract, we observe that the average revenue earned by the attacker decreases substantially for HTLC-GP as compared to HTLC. We also study the impact of path length for routing a transaction and rate of griefing-penalty on the budget invested by an adversary for mounting the attack. The budget needed for mounting griefing attack in HTLC-GP is 12 times more than the budget needed by attacker in HTLC, given that each payment instance being routed via path length of hop count 20.

연구 동기 및 목표

• 공격자가 비용을 부담하지 않고도 HTLC를 해결하지 않음으로써 채널 용량을 차단하는 라이트닝 네트워크의 가슴 공격을 해결하기 위해.
• 지급에 잠긴 담보 비용에 비례하는 제재 메커니즘을 도입하여 공격자의 경제적 유인을 줄이기 위해.
• 관계 익명성과 프라이버시를 훼손하지 않으면서도 영향을 받은 정직한 중계 노드를 보상하기 위해.
• 기존 HTLC 프레임워크에 통합 가능한 실용적이고 확장 가능하며 프라이버시를 보존하는 프로토콜을 설계하기 위해.

제안 방법

• 표준 HTLC를 확장하여 공격 제재 메커니즘을 통합한 새로운 지급 프로토콜인 HTLC-GP(해시 타임락 계약에 가슴 제재를 추가한 것)를 제안한다.
• HTLC를 시간 내에 해결하지 못한 모든 당사자에게, 지급에 잠긴 담보 비용에 비례하는 제재를 부과한다.
• 제재는 공격자가 부담하며, 이는 지불 경로 상의 모든 영향을 받은 중계 노드에 보상으로 사용된다.
• 모든 홉에서 일정한 락타임을 사용하여 순차적인 락타임을 방지하고 담보 비용을 줄인다.
• 제재 시행 중에 발신자/수신자 신원이나 경로 정보가 중계 노드에 폭로되지 않도록 프라이버시를 보장한다.
• 스마트 계약 논리에 제재 메커니즘을 통합하여 타임아웃 발생 시 자동으로 시행되도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라이트닝 네트워크에서 가슴 공격을 시도할 경제적 유인이 어떻게 크게 줄어들 수 있는가?
• RQ2 공격자를 효과적으로 막으면서도 정직한 중계 노드를 보상하고 프라이버시를 침해하지 않는 제재 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 표준 HTLC 대비 Griefing-Penalty 도입 시 공격자가 요구하는 자금 예비는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 경로 길이와 제재 비율이 공격자의 자금 예비와 수익성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 기존 HTLC 프로토콜에 제재 메커니즘을 통합할 수 있는가? 이는 분산성과 확장성에 영향을 주지 않는가?

주요 결과

• Griefing-Penalty가 적용된 HTLC-GP에서 공격자가 얻는 평균 수익은 표준 HTLC 대비 상당히 낮아진다.
• 20홉 경로를 통해 지불이 라우팅되는 경우, HTLC-GP에서 가슴 공격을 시도하기 위해 필요한 자금은 표준 HTLC 대비 12배 높다.
• 가슴 제재 메커니즘은 공격자로부터 확보한 자금을 사용해 영향을 받은 중계 노드를 보상함으로써 네트워크의 공정성을 유지한다.
• 프로토콜은 관계 익명성을 유지하며, 중계 노드가 발신자 또는 수신자의 신원을 폭로하지 않는다.
• 일정한 락타임을 사용함으로써 담보 비용을 줄이고, 기존 프로토콜에서 발생하는 순차적 락타임의 비효율성을 방지한다.
• 제재 메커니즘이 HTLC 계약 논리에 공식적으로 통합되어 중앙 집중식 감시 없이도 자동으로 시행된다.