[논문 리뷰] Information Propagation on Permissionless Blockchains.

Oğuzhan Ersoy, Zhijie Ren외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 20.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 29인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 사기 방지 가능한 수수료 공유 모델과 중복 통신을 줄이는 스마트 라우팅 프로토콜을 도입하여, 허가되지 않은 블록체인에서 인centив-컴patible하고 대역폭 효율적인 정보 전파 메커니즘을 제안한다. 1-연결 네트워크에서 사기 방지 전파의 불가능성을 증명하지만, 수신기 능력과 분리된 전파 결정을 가능하게 하여 최단경로 인식 라우팅을 통해 최적의 대역폭 스케일링을 달성한다.

ABSTRACT

Blockchain technology, as a decentralized and non-hierarchical platform, has the potential to replace centralized systems. Yet, there are several challenges inherent in the blockchain structure. One of the deficiencies of the existing blockchains is a convenient information propagation technique enhancing incentive-compatibility and bandwidth efficiency. The transition from a centralized system into distributed one brings along game theoretical concerns. Especially for the permissionless blockchains, information propagation should be incentive-compatible just like any other communication or computational costly operation. Another important issue is that information is relayed via gossip-like protocols causing excessive bandwidth usage. Each information is propagated at least twice: first to advertise its existence, second to announce that it is final and validated, i.e., added to the block. In this work, we investigate two distinct aspects of the information propagation of the blockchains: incentive and routing mechanisms. For the former part, we analyze the necessary and sufficient conditions of the Sybil-proof incentive-compatible propagation methodology. We show the impossibility result of the Sybil-proofness in 1-connected network model. For the rest, we prove that the propagation decision is independent of the capabilities of the receiving side. Then, we formulate the generic fee sharing function which encourages rational participants to propagate information. Regarding the bandwidth efficiency, we study a special type of consensus protocols where the block owner (round leader) is validated before the block is created. We present a smart routing mechanism which the redundant communication cost from the size of the network to the scale of average shortest path length. Finally, we combine the incentive and routing mechanisms in a storage-efficient way.

연구 동기 및 목표

• 허가되지 않은 블록체인에서의 인센티브-컴patible하고 대역폭 효율적인 정보 전파의 부족을 해결하기 위해.
• 탈중앙화된 네트워크에서 사기 방지 전파가 가능한 조건을 분석하기 위해.
• 합리적인 노드가 정보를 전파하도록 유도하는 일반적인 수수료 공유 함수를 설계하기 위해.
• 최적화된 라우팅을 통해 블록체인 게이시 프로토콜의 중복 통신 비용을 줄이기 위해.
• 스토리지 효율적인 방식으로 인센티브 메커니즘과 효율적인 라우팅을 통합하기 위해.

제안 방법

• 정보 전파에서 사기 방지 전파의 불가능성을 증명하기 위해 1-연결 네트워크 모델을 분석한다.
• 수신기 능력과 무관하게 노드의 인cent브를 진정한 전파와 일치시키는 일반적인 수수료 공유 함수를 도입한다.
• 전체 네트워크 크기 대신 평균 최단경로 길이에 기반해 중복 통신을 제한하는 스마트 라우팅 메커니즘을 제안한다.
• 블록 생성 이전에 블록 소유자가 검증되도록 하는 합의 프로토콜을 설계하여 효율적인 전파를 가능하게 한다.
• 인센티브 및 라우팅 메커니즘을 통합하여 경제적 이성과 대역폭 효율성을 동시에 확보한다.
• 수수료 공유와 라우팅을 통합하면서도 오버헤드를 증가시키지 않는 스토리지 효율적인 설계를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허가되지 않은 블록체인에서 정보 전파가 사기 방지 가능해지는 조건은 무엇인가?
• RQ2 수신기 능력과 무관하게 전파 결정을 내릴 수 있는 인센티브 메커니즘을 설계할 수 있는가?
• RQ3 블록체인 게이시 프로토콜에서 중복 통신 비용을 최소화할 수 있는가?
• RQ4 라우팅 메커니즘이 네트워크 크기 대신 평균 최단경로 길이에 따라 스케일링될 수 있는가?
• RQ5 블록체인 정보 전파에서 인센티브 컴 patibility와 대역폭 효율성을 동시에 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 1-연결 네트워크 모델에서 정보 전파의 사기 방지 전파가 불가능하며, 이는 근본적인 제약를 시사한다.
• 전파 결정이 수신기 능력과 독립적으로 이루어질 수 있어, 더 스케일러블하고 이성적인 행동이 가능해진다.
• 제안된 일반적인 수수료 공유 함수는 합리적인 참가자가 정보를 정직하게 전파하도록 유도한다.
• 스마트 라우팅 메커니즘은 중복 통신 비용을 O(n)에서 O(d)로 줄이며, 여기서 d는 평균 최단경로 길이다.
• 통합된 메커니즘은 스토리지 오버헤드를 증가시키지 않으면서도 인센티브 컴 patibility와 대역폭 효율성을 동시에 달성한다.
• 프로토콜 설계를 통해 네트워크 토폴로지 제약 조건과 분리된 방식으로 효율적인 정보 전파가 가능해진다.