[논문 리뷰] PDFS: Practical Data Feed Service for Smart Contracts

Juan Guarnizo, Paweł Szałachowski|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 20.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

PDFS는 TLS나 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 블록체인에 연결된 콘텐츠 공급자로부터 암호학적으로 신원이 확인되고 쉽게 파싱할 수 있는 외부 데이터를 스마트 컨트랙트가 안전하고 효율적으로 소비할 수 있도록 해주는 실용적인 애플리케이션 계층 데이터 피드 서비스입니다. PDFS는 스마트 컨트랙트가 감시하는 변조를 드러내는 데이터 구조를 통해 콘텐츠 공급자와 블록체인을 직접 연결함으로써 데이터의 진위성과 무결성을 보장하고, 이중성과 검열을 방지하며, 콘텐츠 공급자에게 새로운 수익 모델을 제공합니다.

ABSTRACT

Smart contracts are a new paradigm that emerged with the rise of the blockchain technology. They allow untrusting parties to arrange agreements. These agreements are encoded as a programming language code and deployed on a blockchain platform, where all participants execute them and maintain their state. Smart contracts are promising since they are automated and decentralized, thus limiting the involvement of third trusted parties, and can contain monetary transfers. Due to these features, many people believe that smart contracts will revolutionize the way we think of distributed applications, information sharing, financial services, and infrastructures. To release the potential of smart contracts, it is necessary to connect the contracts with the outside world, such that they can understand and use information from other infrastructures. For instance, smart contracts would greatly benefit when they have access to web content. However, there are many challenges associated with realizing such a system, and despite the existence of many proposals, no solution is secure, provides easily-parsable data, introduces small overheads, and is easy to deploy. In this paper we propose PDFS, a practical system for data feeds that combines the advantages of the previous schemes and introduces new functionalities. PDFS extends content providers by including new features for data transparency and consistency validations. This combination provides multiple benefits like content which is easy to parse and efficient authenticity verification without breaking natural trust chains. PDFS keeps content providers auditable, mitigates their malicious activities (like data modification or censorship), and allows them to create a new business model. We show how PDFS is integrated with existing web services, report on a PDFS implementation and present results from conducted case studies and experiments.

연구 동기 및 목표

• 신뢰할 수 있는 제3자나 TLS 프로토콜 수정 없이도 스마트 컨트랙트가 안전하고 효율적이며 쉽게 파싱할 수 있는 외부 데이터 피드를 사용할 수 있도록 하는 것.
• 콘텐츠 공급자가 암호학적으로 신원이 확인된 데이터를 게재할 수 있도록 하되, 동시에 감사 가능하고 블록체인 기반 결제로 인centivized되도록 하는 것.
• 블록체인으로 감시하는 변조를 드러내는 데이터 구조를 통해 콘텐츠 공급자가 악의적으로 데이터를 이중화하거나 검열하는 것을 방지하는 것.
• 스마트 컨트랙트가 고비용의 공개키 연산이나 복잡한 프로토콜 변경 없이도 효율적으로 데이터의 진위성을 검증할 수 있도록 하는 것.
• 콘텐츠 공급자가 데이터 검증에 대해 보상을 받을 수 있는 새로운 비즈니스 모델을 지원함으로써 데이터 피드의 보급과 지속 가능성을 증진하는 것.

제안 방법

• PDFS는 데이터를 블록체인 주소와 결합하는 변조를 드러내는 데이터 구조(TDS)를 콘텐츠 공급자에 추가하여, 검증 가능하고 감사 가능한 데이터 게재를 가능하게 합니다.
• TDS는 스마트 컨트랙트에 의해 업데이트되고 감시되어 데이터 일관성을 확보하고 콘텐츠 공급자가 과거 데이터를 이중화하거나 변경하는 것을 방지합니다.
• 데이터는 스마트 컨트랙트가 추가 처리 없이 쉽게 파싱할 수 있도록 구조화되고 기계로 읽을 수 있는 형식(예: JSON)으로 게재됩니다.
• 암호학적 서명을 통해 콘텐츠 공급자가 데이터 배치를 서명하고, 그 증거는 블록체인에 저장되어 스마트 컨트랙트가 효율적으로 검증할 수 있도록 합니다.
• 블록체인 기반 API를 통해 스마트 컨트랙트가 콘텐츠 공급자에 직접 쿼리할 수 있도록 하여, 공급자가 요청을 차단하더라도 공개적으로 데이터에 접근할 수 있도록 함으로써 검열을 방지합니다.
• 블록체인 트랜잭션을 통해 자연스럽게 수익 모델을 지원하여 콘텐츠 공급자가 데이터 검증에 대해 수수료를 청구하고 지속 가능한 데이터 피드 생태계를 조성할 수 있도록 합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 컨트랙트가 신뢰할 수 있는 제3자나 TLS 프로토콜 수정 없이 외부 데이터 피드를 안전하게 소비할 수 있는 방법은 무엇인가요?
• RQ2 신뢰할 수 있는 새로운 가정을 도입하지 않고도 데이터의 진위성과 스마트 컨트랙트가 효율적이고 구조화된 방식으로 파싱할 수 있는 데이터 피드를 제공할 수 있는 시스템을 설계할 수 있을까요?
• RQ3 콘텐츠 공급자가 악의적으로 데이터를 이중화하거나 쿼리를 차단하는 것을 방지하면서도, 진위된 데이터를 게재하도록 인센티브를 제공할 수 있는 방법은 무엇인가요?
• RQ4 전송 계층 프로토콜의 변경 없이도 응용 계층에서 실용적으로 작동하는 인증된 데이터 피드를 구현할 수 있는 아키텍처적 접근 방식은 무엇인가요?
• RQ5 신뢰할 수 있는 하드웨어나 복잡한 증명 메커니즘에 의존하지 않고도 블록체인으로 감시하는 데이터 구조가 데이터 조작을 효과적으로 방지하고 감사 가능성을 보장할 수 있을까요?

주요 결과

• PDFS는 TLS 스택 수정이나 신뢰할 수 있는 하드웨어를 요구하지 않아도 스마트 컨트랙트가 데이터의 진위성을 보장하고 효율적으로 검증할 수 있도록 하여, 도입 장벽을 낮춥니다.
• 블록체인으로 감시하는 변조를 드러내는 데이터 구조(TDS)를 통해 콘텐츠 공급자의 이중성과 검열을 방지하여 데이터 일관성과 감사 가능성을 확보합니다.
• 데이터는 기계로 읽을 수 있는 형식(예: JSON)으로 구조화되어 있어 스마트 컨트랙트가 추가 변환 없이도 쉽게 파싱할 수 있으며, 처리 오버헤드가 없습니다.
• 해당 솔루션은 블록체인 기반 결제를 네이티브로 지원하여 콘텐츠 공급자가 데이터 피드를 수익화하고 새로운 지속 가능한 비즈니스 모델을 구현할 수 있도록 합니다.
• PDFS는 응용 계층의 변경만으로도 충분하여 기존 TLS 인fra구조나 프로토콜 수준의 표준화 없이도 오늘날 바로 구현이 가능합니다.
• TLS-N, Town Crier, TLSNotary와 같은 이전 시스템과 비교해 PDFS는 고비용의 검증 연산을 피하고 신뢰할 수 있는 하드웨어나 TLS 스택 수정이 필요하지 않습니다.