[논문 리뷰] On Congestion Control for Distributed Ledgers in Adversarial IoT Networks.

Andrew Cullen, Pietro Ferraro외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 15.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 26인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 악성 환경에 놓인 IoT 네트워크에서 방향성 비순환 그래프(DAG) 기반 분산원장기술(DLT)을 위한 탈중앙화된 혼잡 제어 알고리즘을 제안한다. TCP와 QoS 원칙에 영감을 받아, 신뢰할 수 있는 피드백 메커니즘에 의존하지 않고도 모든 노드가 동일한 정보를 수신하도록 보장하며, 노드의 비신뢰성과 계산 제약 조건에도 불구하고 공정한 거래 확산을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Distributed Ledger Technologies (DLTs) (the agnostic term for blockchain) are a potential solution for many pressing issues arising in the Internet of Things (IoT) domain. These issues include facilitating secure transactions between IoT devices and immutably recording data. Most DLT architectures were not designed with IoT in mind and consequentially do not satisfy the requirements of many IoT applications. However, the relatively new class of Directed Acyclic Graph (DAG) based DLTs show great promise for IoT networks. These DLTs require the rate at which transactions are issued and disseminated to be explicitly managed in order to ensure fairness among users. We present a congestion control algorithm for these DLTs, which optimises dissemination rate and guarantees that all nodes receive the same information and have fair access even in a dishonest environment, subject to the computing limitations of nodes. Our algorithm takes inspiration from well-known areas of networking research, such as QoS, and TCP. However, an important distinction between the DLT setting and traditional networks is the unique nature of traffic in DLT networks and the fact that nodes cannot trust familiar feedback measurements, such as packet acknowledgements or congestion notifications. Our solution realises a decentralised congestion control algorithm for DLTs without the need for trust among nodes.

연구 동기 및 목표

• IoT 환경에 특화된 DAG 기반 DLT에서의 혼잡 제어 부재 문제를 해결하기 위해.
• 악성 조건 하에서도 모든 노드 간 공정한 액세스와 일관된 정보 확산을 보장하기 위해.
• IoT 기기의 계산 제약 조건을 고려하여 실용적인 구현이 가능한 신뢰할 수 없는 탈중앙화 알고리즘을 설계하기 위해.
• DLT 네트워크에서 패킷 확인과 같은 신뢰할 수 있는 피드백 메커니즘이 부재한 문제를 해결하기 위해.
• 악성 행동 조건 하에서도 시스템의 공정성과 일관성을 유지하면서 거래 확산 속도를 최적화하기 위해.

제안 방법

• 알고리즘은 거래 발행 및 확산 속도를 조절하기 위해 TCP와 QoS 원칙을 응용한다.
• 중앙집중식 또는 신뢰할 수 있는 피드백 소스에 의존하지 않고 탈중앙적으로 작동한다.
• 패킷 확인 또는 명시적 알림 없이도 로컬 노드 상태와 네트워크 행동을 기반으로 혼잡 수준을 유추한다.
• 관측된 네트워크 부하와 노드 참여도에 따라 동적으로 전송 속도를 조정함으로써 공정성을 확보한다.
• IoT 기기의 계산 제약 조건을 고려하여 실용적인 구현이 가능하도록 설계된다.
• 모든 노드가 동일한 거래 세트를 최종적으로 수신함으로써 악성 환경에서도 일관성을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 있는 피드백 메커니즘이 없는 조건에서 DAG 기반 DLT에서 혼잡을 효과적으로 제어할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 신뢰할 수 없는 노드가 존재하는 악성 IoT 네트워크에서 공정한 거래 확산을 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 IoT 기기의 계산 제약 조건을 고려하여 탈중앙화된 혼잡 제어를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ4 기존 네트워킹에서 유래한 어떤 설계 원칙이 DLT의 고유한 트래픽 패턴에 적합하게 적용될 수 있는가?
• RQ5 악성 또는 신뢰할 수 없는 행동이 존재하더라도 모든 노드 간 일관성과 공정성을 보장할 수 있는 방법은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 알고리즘은 피드백 메커니즘에 대한 신뢰가 없이도 모든 노드 간 공정한 거래 확산을 달성한다.
• 모든 노드가 동일한 거래 세트를 수신함으로써 악성 조건 하에서도 일관성을 유지한다.
• 알고리즘은 IoT 기기의 계산 제약 조건 내에서 효과적으로 작동하여 실용적인 구현이 가능하다.
• TCP와 QoS 원칙을 활용함으로써 DAG 기반 DLT에 대해 확장 가능하고 탈중앙화된 혼잡 제어 메커니즘을 제공한다.
• 패킷 확인 또는 명시적 혼잡 알림에 의존하지 않으며, 공정성과 일관성을 유지한다.
• 피드백이 조작될 수 있다는 점을 감안할 때도 알고리즘이 악성 노드에 대해 강건함을 입증한다.