[논문 리뷰] Open problems in cross-chain protocols

Thomas Eizinger, Philipp Hoenisch외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 29.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 실용적인 크로스체인 프로토콜을 구축하는 데 있어 중요한, 다루지 않은 과제들을 특정한다. 주로 월렛 설계, 블록체인 모니터링, 테스트 복잡성, 그리고 애터널 스왑에서의 경제적 취약성에 초점을 맞춘다. 논문은 암호학적 프로토콜이 형식적으로는 안전하나, 실제 구현 과정에서 해결되지 않은 공학적 및 경제적 문제들이 실사용성과 보안을 해칠 수 있다고 주장한다.

ABSTRACT

Blockchain interoperability is a prominent research field which aims to build bridges between otherwise isolated blockchains. With advances in cryptography, novel protocols are published by academia and applied in different applications and products in the industry. In theory, these innovative protocols provide strong privacy and security guarantees by including formal proofs. However, pure theoretical work often lacks the perspective of real world applications. In this work, we describe a number of hardly researched problems which developers encounter when building cross-chain products.

연구 동기 및 목표

• 강력한 이론적 보장이 있음에도 불구하고 크로스체인 프로토콜을 구현하는 데 있어 아직 해결되지 않은 핵심 공학적 및 경제적 과제를 특정하고 기술하는 것.
• 크로스체인 시스템에서 형식적 암호학적 증명과 실제 구현 제약 사이의 괴리를 드러내는 것.
• 월렛 구현, 블록체인 모니터링, 테스트, 애터널 스왑 경제학에서의 실용적 문제들을 폭 드러내어 공동 연구를 촉진하는 것.
• 프로토콜 로직을 저수준 블록체인 상호작용에서 분리하는 재사용 가능하고 안전한 구성 요소 및 추상화를 주장하는 것.

제안 방법

• 월렛 구현, 블록체인 모니터링, 테스트 프레임워크 사례 연구를 통해 크로스체인 프로토콜의 실제 구현 문제를 분석한다.
• Bitcoin Dev Kit (bdk)와 Miniscript와 같은 기존 도구들이 복잡한 잠금 메커니즘과 안전한 월렛 추상화를 지원하는 데에서 그 한계를 평가한다.
• 자체 호스팅 노드, 호스팅된 노드, 탐색기, P2P의 네 가지 모니터링 접근 방식을 검토하고, 간편한 온보딩, 신뢰 없음, 효율성이라는 세 가지 기준을 모두 충족시키지 못함을 밝힌다.
• 거래 시간과 수수료 노출을 모델링하여 애터널 스왑의 경제적 리스크, 즉 드레ining 공격과 미국형 옵션 문제를 조사한다.
• 프로토콜 설계가 낮은 수준의 세부 정보(예: 시간, 수수료 비용)를 응용 계층으로 泄露하지 않도록 해야 한다고 제안한다.
• 월렛, 모니터링, 테스트를 위한 재사용 가능하고 조합 가능한 구성 요소를 구축하여 안전한 크로스체인 개발을 가속화할 것을 권장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 크로스체인 거래를 위한 암호학적 프로토콜은 왜 실질적으로 안전하고 사용 가능한 제품으로 이어지지 못하는가?
• RQ2 현재의 월렛 아키텍처는 어댑터 서명과 같은 비 스크립트 기반의 복잡한 잠금 메커니즘을 지원하는 데에서 어떤 근본적인 한계를 지니는가?
• RQ3 중앙집중식 또는 상태 기반 중개자에 의존하지 않고도 효율적이고 신뢰 없이 블록체인 모니터링을 어떻게 실현할 수 있는가?
• RQ4 왜 크로스체인 프로토콜의 테스트는 느리고 불안정한가? 어떤 아키텍처 변경이 테스트의 신뢰성과 성능을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 애터널 스왑의 경제적 인cent리브는 원자성의 약속을 어떻게 해칠 수 있으며, 이러한 泄露를 방지할 수 있는 설계 원칙은 무엇인가?

주요 결과

• 현재 월렛은 복잡한 지급 조건을 다루기 위한 일반적인, 안전하고 조합 가능한 구성 요소가 부족하여 프로토콜 전용으로 맞춤 제작되어야 한다.
• Miniscript 및 유사 도구는 어댑터 서명과 같은 현대적 프리미티브를 지원하지 못해 차세대 크로스체인 프로토콜에서의 유용성이 제한된다.
• 기존의 블록체인 모니터링 접근 방식 중 어느 것도 간편한 온보딩, 신뢰 없음, 효율성이라는 세 가지 원칙을 모두 충족시키지 못한다.
• 크로스체인 프로토콜의 테스트는 전체 노드 인스턴스에 의존하기 때문에 본질적으로 느리고 불안정하며, 특히 병렬 실행 시 자원 경쟁과 간헐적인 실패를 유발한다.
• 애터널 스왑은 좁은 시간 창 외에는 실제로 원자적이지 않으며, 선제적으로 행동하는 자가 드레인 공격에 노출되고, 후행자가 미국형 옵션 문제에 직면한다.
• 애터널 스왑의 경제적 및 운영적 비대칭성은 응용 계층으로 泄露되어, 시장 메이킹이나 거래소 플랫폼에 사용하기 위해서는 상당한 아키텍처 재설계가 필요하다.