[논문 리뷰] PlaTIBART: a Platform for Transactive IoT Blockchain Applications with Repeatable Testing

Michael A. Walker, Abhishek Dubey외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 27.

IoT and Edge/Fog Computing참고 문헌 8인용 수 8

한 줄 요약

PlaTIBART는 개인 블록체인 네트워크를 정의하는 도메인 특화 언어(DSL)와 체계적인 네트워크 관리 도구를 결합한 액터 패턴을 활용하여, 전자상거래 IoT 블록체인 애플리케이션의 개발, 배포 및 반복 가능한 테스트를 가능하게 하는 플랫폼이다. 관찰자 기반 복구 메커니즘을 통해 장애 내성성을 향상시키며, IoT-블록체인 시스템의 확장성 있고 재현 가능한 테스트를 지원한다. 네트워크 크기에 비례하여 성능이 선형적으로 증가하고, 테스트 실행 시 일관성이 높음을 입증하였다.

ABSTRACT

With the advent of blockchain-enabled IoT applications, there is an increased need for related software patterns, middleware concepts, and testing practices to ensure adequate quality and productivity. IoT and blockchain each provide different design goals, concepts, and practices that must be integrated, including the distributed actor model and fault tolerance from IoT and transactive information integrity over untrustworthy sources from blockchain. Both IoT and blockchain are emerging technologies and both lack codified patterns and practices for development of applications when combined. This paper describes PlaTIBART, which is a platform for transactive IoT blockchain applications with repeatable testing that combines the Actor pattern (which is a commonly used model of computation in IoT) together with a custom Domain Specific Language (DSL) and test network management tools. We show how PlaTIBART has been applied to develop, test, and analyze fault-tolerant IoT blockchain applications.

연구 동기 및 목표

• 내성적이고 장애 내성적인 전자상거래 IoT 블록체인 애플리케이션(ITBA)을 개발하기 위한 표준화된 패턴과 도구의 부족을 해결하기 위해.
• IoT-블록체인 시스템을 위한 사전 블록체인 테스트 네트워크의 체계적이고 반복 가능한 배포 및 관리 방법을 제공하기 위해.
• 기밀성과 물리 세계 상호작용을 위한 블록체인 외부 통신과 같은 IoT 특화 요구사항을 블록체인 애플리케이션 개발에 통합하기 위해.
• 관찰자 기반 복구 및 자동화된 네트워크 관리를 통해 블록체인 클라이언트 및 테스트 환경의 장애 내성성을 향상시키기 위해.
• 이더리움 클라이언트의 구성 오류 및 문서화되지 않은 동작으로 인한 위험을 체계적이고 재현 가능한 배포를 통해 감소시키기 위해.

제안 방법

• 플랫폼은 분산된 IoT 컴пон넌트를 모델링하기 위해 액터 패턴을 사용하여 동시성과 장애 내성성을 보장한다.
• 체인 ID, 가스 제한, 노드 토폴로지 등을 포함한 블록체인 네트워크 구성 정보를 정의하기 위해 고유한 도메인 특화 언어(DSL)를 정의한다.
• 테스트 네트워크 관리 도구는 DSL을 사용하여 다양한 크기의 블록체인 네트워크를 재현 가능한 방식으로 동적으로 배포하고 관리한다.
• 클라이언트 장애(예: 응답이 없는 geth 인스턴스)를 모니터링하고 복구하기 위해 관찰자 패턴을 활용하여 장애 내성을 실현한다.
• 기밀성을 보호하면서도 무결성을 유지하기 위해 비블록체인 통신을 통해 개인 정보를 처리하고, 블록체인에 로깅을 수행한다.
• 플랫폼은 점차 증가하는 크기의 테스트 네트워크에서 성능 및 일관성 측정을 위해 합성 워크로드를 사용하여 평가된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 IoT-블록체인 애플리케이션의 사전 블록체인 네트워크를 체계적이고 반복 가능한 방식으로 배포하고 테스트할 수 있는가?
• RQ2 플랫폼의 DSL과 네트워크 관리 시스템이 테스트 네트워크 실행의 일관성과 예측 가능성에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 플랫폼의 장애 내성 메커니즘이 표준 블록체인 클라이언트 배포 방식에 비해 얼마나 더 내성적인가?
• RQ4 네트워크 규모가 증가함에 따라 플랫폼의 성능 특성은 어떠한가? 선형적으로 확장되는가?
• RQ5 이더리움의 문서 부족, 클라이언트 동작의 불명확성, 스마트 계약 언어의 결함이 ITBA 개발 및 테스트에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• PlaTIBART는 DSL 기반 구성 정보를 사용하여 사전 블록체인 테스트 네트워크를 반복 가능하고 재현 가능한 방식으로 배포하며, 여러 테스트 런에서 높은 일관성을 보였다.
• 플랫폼는 네트워크 크기가 증가함에 따라 평균 작업 시간이 선형적으로 증가하며, 표준편차가 0.065 미만이므로 예측 가능한 성능을 보였다.
• 네트워크 정지 작업은 일관되지 않은 동작을 보였고 추가 테스트가 필요하지만, 그 외 모든 작업은 높은 신뢰성을 보였다.
• 관찰자 패턴 기반의 플랫폼 장애 내성 메커니즘은 클라이언트 장애(예: 응답이 없는 geth 인스턴스)를 성공적으로 감지하고 복구하였다.
• 구조화되고 자동화된 배포를 통해 이더리움의 문서화되지 않은 동작과 구성 취약성으로 인한 위험을 완화하였다.
• 이더리움의 관리 API 제약과 솔리디티(Solidity)의 한계(예: 부동소수점 지원 부족)는 블록체인 외부 처리 및 철저한 설계를 통해 식별되고 해결되었다.