[논문 리뷰] Performance and Cost Evaluation of Smart Contracts in Collaborative Health Care Environments

Roben Castagna Lunardi, Henry Cabral Nunes외 4명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 20.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 21인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 이더리움 스마트 컨트랙트를 사용하여 게임화와 토큰 보상으로 협업형 헬스케어 참여를 유도하는 블록체인 기반 시스템인 TokenHealth를 제안한다. Ropsten 테스트넷과 사설 이더리움 인스턴스에서 성능과 비용을 평가한 결과, 전체 예방접종 사이클의 실행 시간이 1분 이내였으며, 공개 이더리움 대비 사설 배포에서 훨씬 낮은 비용을 기록했다.

ABSTRACT

Blockchain emerged as a solution for data integrity, non-repudiation, and availability in different applications. Data sensitive scenarios, such as Health Care, can also benefit from these blockchain properties. Consequently, different research proposed the adoption of blockchain in Health Care applications. However, few are discussed about incentive methods to attract new users, as well as to motivate the system or application usage by existing end-users. Also, little is discussed about performance during code execution in blockchains. In order to tackle these issues, this work presents the preliminary evaluation of TokenHealth, an application for collaborative health practice monitoring with gamification and token-based incentives. The proposed solution is implemented through smart contracts using Solidity in the Ethereum blockchain. We evaluated the performance of both in Ropsten test network and in a Private instance. The preliminary results show that the execution of smart contracts takes less than a minute for a full cycle of different smart contracts. Also, we present a discussion about costs for using a Private instance and the public Ethereum main network.

연구 동기 및 목표

• 협업형 헬스케어 시스템에서의 낮은 사용자 수용률 문제를 해결하기 위해 토큰 기반 인centive와 게임화를 도입하기 위해.
• 실제 헬스 모니터링 시나리오에서 이더리움 상의 스마트 컨트랙트 성능을 평가하기 위해.
• 헬스케어 애플리케이션을 위한 공개 이더리움 메인넷과 사설 이더리움 인스턴스 간의 재정적 비용을 비교하기 위해.
• 보안성, 불변성, 인centive 기반의 헬스 활동 추적을 위한 블록체인의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 시스템인 TokenHealth는 이더리움 블록체인 상에서 솔리디티 스마트 컨트랙트를 사용하여 구현되었다.
• 성능 평가는 Ropsten 테스트 네트워크와 Google 클라우드에 호스팅된 사설 이더리움 인스턴스(2개 vCPU, 8GB RAM, 80GB 스토리지)에서 모두 평가되었다.
• 전체 예방접종 사이클은 체크인, 백신 접종 확인, 체크아웃 스마트 컨트랙트로 구성된 시뮬레이션을 수행하였다.
• 실행 시간은 10회 반복 측정을 통해 중앙값을 성능 분석에 활용하였다.
• 비용 분석은 26 September 2019 기준 이더러스 환율을 사용하여 공개 이더리움 메인넷(가스 기반)과 사설 인스턴스(고정 인프라 비용)를 비교하였다.
• 데이터 무결성과 신뢰를 확보하기 위해 블록체인의 불변성, 부인 불가능성, 분산 실행 특성을 활용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헬스케어 맥락에서 공개 테스트 네트워크와 사설 이더리움 인스턴스 간 스마트 컨트랙트 실행 시간은 어떻게 비교되는가?
• RQ2 헬스 모니터링을 위한 스마트 컨트랙트 배포 및 실행 비용은 공개 이더리움과 사설 이더리움 배포 간에 어떻게 다를까?
• RQ3 게임화와 토큰 인센티브는 협업형 헬스케어 시스템에서 사용자 수용률과 지속적인 참여를 효과적으로 증진시킬 수 있는가?
• RQ4 네트워크 부하 또는 네트워크 불안정성(예: 포크 복구)은 공개 테스트 네트워크에서 스마트 컨트랙트 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 3개의 스마트 컨트랙트로 구성된 전체 예방접종 사이클은 사설 이더리움 인스턴스에서 44,273.5ms(44.3초)에 실행되었다.
• Ropsten 테스트 네트워크에서는 동일한 사이클이 69,899.5ms(69.9초)에 실행되어 사설 인스턴스 대비 57.8% 성능 저하를 보였다.
• 신규 멤버를 추가하는 스마트 컨트랙트는 사설 인스턴스에서 8,906ms에 실행되었지만, Ropsten에서는 69,533.5ms에 이르러 성능 차이가 680%에 이르렀다.
• 사설 인스턴스는 Ropsten와 유사한 성능를 기록했지만, 훨씬 낮은 비용을 기록했으며, 1,000회의 전체 예방접종 사이클에 대해 공개 이더리움에서는 123.75달러의 비용이 발생했고, 이는 스케일러블한 헬스 애플리케이션에 부적합하다고 판단되었다.
• Ropsten의 성능는 메인 이더리움 네트워크와 유사했으며, 이는 Ropsten이 성능 평가에 타당한 대체 수단임을 시사한다.
• 연구는 사설 이더리움 인스턴스가 고용량 헬스케어 애플리케이션에 더 높은 비용 효율성을 제공하며, 공개 이더리움은 거래당 높은 변동 비용을 수반한다는 결론을 내렸다.