[논문 리뷰] HyperService: Interoperability and Programmability Across Heterogeneous Blockchains

Zhuotao Liu, Yangxi Xiang외 6명|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 25.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 36인용 수 16

한 줄 요약

HyperService는 이질적인 블록체인 간에 안전하고 프로그래머블한 크로스체인 애플리케이션을 가능하게 하는 혁신적인 블록체인 상호운용성 플랫폼이다. 고수준 프로그래밍 언어(HSL)와 유니버설 인터블록체인 프로토콜(UIP)을 결합하여 스마트 계약 실행을 통합함으로써, 35,000줄의 코드로 구성된 실험에서 1초 이내의 종단 간 지연과 금융 원자성을 달성한다.

ABSTRACT

Blockchain interoperability, which allows state transitions across different blockchain networks, is critical functionality to facilitate major blockchain adoption. Existing interoperability protocols mostly focus on atomic token exchange between blockchains. However, as blockchains have been upgraded from passive distributed ledgers into programmable state machines (thanks to smart contracts), the scope of blockchain interoperability goes beyond just token exchange. In this paper, we present HyperService, the first platform that delivers interoperability and programmability across heterogeneous blockchains. HyperService is powered by two innovative designs: (i) a developer-facing programming framework that allows developers to build cross-chain applications in a unified programming model; and (ii) a secure blockchain-facing cryptography protocol that provably realizes those applications on blockchains. We implement a prototype of HyperService in about 35,000 lines of code to demonstrate its practicality. Our experiment results show that HyperService imposes reasonable latency, in order of seconds, on the end-to-end execution of cross-chain applications

연구 동기 및 목표

• 단순 토큰 스왑을 넘어서 이질적인 블록체인 간에 통합적이고 안전하며 프로그래머블한 상호운용성이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 개발자가 크로스체인 dApp 개발을 위해 블록체인 이질성을 추상화하는 통합 프로그래밍 모델을 제공하기 위해.
• 복잡한 크로스체인 작업을 원자적이고 정확하게 실행할 수 있도록 보장하는 보편적이고 일반적이며 암호학적으로 증명 가능한 프로토콜(UIP)을 설계하기 위해.
• 실제 블록체인 통합을 지원하는 완전히 구현된 프로토타입을 통해 실용성을 입증하기 위해.
• 유니버설 컴posability(UC) 증명을 통해 수동 및 비잔틴 침해 모델 모두에서 보안을 확보하기 위해.

제안 방법

• 크로스체인 애플리케이션 상태를 모델링하기 위한 블록체인에 종속되지 않는 추상화인 통합 상태 모델(USM)을 도입한다.
• USM 모델 하에서 크로스체인 dApp을 작성할 수 있는 고수준 프로그래밍 언어인 HSL을 개발하며, 이를 HyperService 실행 가능 형식으로 컴파일한다.
• 암호학적으로 안전한 프로토콜인 유니버설 인터블록체인 프로토콜(UIP)을 활용하여, 검증 가능하고 금융 원자성을 갖춘 크로스체인 거래를 조율한다.
• 수동 및 비잔틴 침해 모델 모두에서 UIP의 UC 보안을 증명하기 위해 하이브리드 시뮬레이션 프레임워크를 사용한다.
• 크로스체인 실행에서 일관성과 악성 행동 탐지를 위해 메르클 증명과 오프체인 인증을 활용한다.
• 디앱이 데드라인 제약 조건과 사전 조건을 충족하도록, 탈중앙화되고 신뢰할 필요가 없는 메커니즘을 통해 블록체인 간 거래를 안전하게 조율한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개발자는 어떻게 블록체인 이질성을 추상화하는 통합적이고 블록체인에 종속되지 않는 프로그래밍 모델을 사용해 크로스체인 dApp을 작성할 수 있는가?
• RQ2 다양한 블록체인 간에 복잡한 크로스체인 작업을 안전하고 원자적으로 실행하기 위해 필요한 암호학적 프로토콜은 무엇인가?
• RQ3 보편적인 인터블록체인 프로토콜은 실세계 배포에서 보안성과 효율성을 동시에 달성할 수 있는가?
• RQ4 다양한 생산용 블록체인으로 확장할 경우 시스템의 지연과 처리량은 어떻게 되는가?
• RQ5 유니버설 컴포저빌리티 프레임워크 내에서 수동 및 비잔틴 침해 모델 모두에서 프로토콜의 보안성이 확보되는가?

주요 결과

• 프로토타입 구현에서 HyperService는 크로스체인 dApp의 종단 간 실행 지연을 약 1초로 달성한다.
• 시스템은 아키텍처의 대대적 개편 없이도 추가적인 생산용 블록체인의 지속적 통합을 지원함으로써 확장성을 입증한다.
• UIP 프로토콜은 금융 원자성을 보장하여, 모든 당사자가 거래를 성공적으로 완료하거나 재정적 손실 없이 취소하는 방식으로 동작한다.
• 수동 및 비잔틴 침해 모델 모두에서 UC 기반의 공식적 보안 증명이 이루어졌으며, 시뮬레이션 기반 증명을 통해 실제 세계와 이상 세계 간의 구분 불가능성을 입증했다.
• 프로토타입은 약 35,000줄의 코드로 구성되어 있어 시스템의 실용적 타당성을 확인한다.
• 시스템은 여러 블록체인의 스마트 계약 호출과 매개변수를 포함하는 복잡한 dApp 작업을 지원하여 단순한 토큰 스왑을 훨씬 넘어서는 기능을 제공한다.