[논문 리뷰] Hybrid DLT as a data layer for real-time, data-intensive applications

Andrea Canciani, Claudio Felicioli외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 14.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 실시간 데이터 처리를 위한 프라이빗 DLT와 위변조 감지가 가능한 감사 가능성을 제공하는 공개 DLT 기반 노테리어를 결합한 새로운 아키텍처인 하이브리드 DLT를 제안한다. 공개 블록체인에 레지스터 해시값과 일관성 증명만 저장함으로써 데이터 무결성과 GDPR 준수를 보장하면서도, 기밀성과 성능을 희생시키지 않고 저지연, 데이터 집약적인 협업을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We propose a new approach, termed Hybrid DLT, to address a broad range of industrial use cases where certain properties of both private and public DLTs are valuable, while other properties may be unnecessary or detrimental. The Hybrid DLT approach involves a system where private ledgers, with limited data block dissemination, are collaboratively created by nodes within a private network. The Notary, a publicly auditable authoritative component, maintains a single, official, coherent history for each private ledger without requiring access to data blocks. This is achieved by leveraging a public DLT solution to render the ledger histories tamper-proof, consequently providing tamper-evidence for ledger data disclosed to external actors. We present Traent Hybrid Blockchain, a commercial implementation of the Hybrid DLT approach: a real-time, data-intensive collaboration system for organizations seeking immutable data while also needing to comply with the European General Data Protection Regulation (GDPR).

연구 동기 및 목표

• 실시간 데이터 처리와 개인정보 보호 준수(특히 GDPR 기준)를 동시에 요구하는 산업적 사례를 해결하기 위해.
• 공개 DLT의 한계(낮은 처리량, 높은 비용)와 프라이빗 DLT의 한계(외부 감사 가능성 부족, 신뢰성 결여)를 극복하기 위해.
• 고성능과 데이터 기밀성을 유지하면서도 외부 당사자에게 검증 가능하고 위변조 감지가 가능한 데이터 무결성을 제공하는 시스템을 설계하기 위해.
• 디지털 임상 시험과 제품 페스파스 등 실시간, 데이터 집약적인 애플리케이션을 위한 확장 가능하고 프로덕션 준비가 된 솔루션을 제공하기 위해.

제안 방법

• 폐쇄된 네트워크 내의 프라이빗 노드들이 제한된 데이터 배포 범위로 프라이빗 레지스터를 공동으로 유지한다.
• 프라이빗 네트워크 외부에 위치한 노테리어 컴포넌트가 레지스터 상태의 해시값과 일관성 증명을 공개 DLT에 기록함으로써 위변조 방지 이력 기록을 확보한다.
• 노테리어는 원본 레지스터 데이터를 저장하거나 접근하지 않으며, 이로 인해 기밀성이 유지되면서도 레지스터 무결성에 대한 공개 감사가 가능해진다.
• 일관성 증명을 생성하고 검증함으로써 공식 레지스터 이력이 일관되고 변조되지 않았음을 보장한다.
• 블록 지연 시간을 최소화하고 레지스터 확장에 대해 즉각적인 노테리제이션을 가능하게 함으로써 실시간 거래 처리를 지원한다.
• 지연된 노테리제이션이라는 변형은 높은 빈도로 업데이트되는 레지스터에 대해 증명을 배치함으로써 노테리제이션 오버헤드를 줄인다.

Figure 1: Hybrid DLT schematic, including a ledger extension flow initiated by a node. Data block dissemination is limited to a specific subgroup of nodes for each ledger. However, the receipts for all ledgers are distributed among all nodes.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 프라이빗 DLT는 민감한 데이터 폭 lộ 없이 외부 감사 가능성을 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ2 하이브리드 아키텍처는 산업 워크로드에 대해 고성능, 데이터 기밀성, 검증 가능한 무결성을 어떻게 균형 있게 확보할 수 있는가?
• RQ3 위변조 감지 가능한 데이터 이력 기록을 유지하면서도 GDPR 준수 데이터 삭제는 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ4 노테리제이션 빈도가 시스템 성능과 노테리어 컴포넌트에 대한 신뢰도에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 단일 공개 DLT 스트림을 사용하여 다수의 프라이빗 레지스터 간에 일관성 증명을 효율적으로 생성하고 검증하는 방법은 무엇인가?

주요 결과

• 하이브리드 DLT 아키텍처는 각 거래에 대해 즉각적인 블록 생성을 허용함으로써 저지연, 데이터 집약적인 애플리케이션에 대한 실시간 처리 성능을 달성한다.
• 공개 DLT에 해시값과 일관성 증명만 저장함으로써, 원본 데이터 폭로 없이도 외부 당사자에게 위변조 감지 기능을 제공한다.
• 노테리어 컴포넌트는 기반 데이터 블록에 접근하지 않더라도 각 프라이빗 레지스터에 대해 단일하고 일관되며 공개적으로 감사 가능한 이력 기록을 보장한다.
• 프라이빗 데이터 컬렉션 내부에 내장된 데이터 삭제 기능을 통해 GDPR 준수를 달성하면서도 암호학적 증명을 통해 무결성을 유지한다.
• 시스템 설계는 노테리어의 내부 동작을 노드가 검증할 수 있도록 하여, 가로채기나 오작동 여부를 검증 가능한 증명을 통해 탐지할 수 있도록 한다.
• 지연된 노테리제이션 변형은 노테리제이션 작업을 줄여 고주기 업데이트 워크로드에 대한 성능을 향상시킨다.

Figure 2: Sequence diagram of the new ledger creation process.