[논문 리뷰] PoW, PoS, & Hybrid protocols: A Matter of Complexity?

Renato P. dos Santos, Melanie Swan|arXiv (Cornell University)|2018. 05. 13.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 기존 비트코인 복잡성 분석을 확장하여 정보 이론과 크러치필드의 통계적 복잡도 측도를 사용해 작업증명(PoW), 스테이크홀딩증명(PoS), 하이브리드 블록체인 프로토콜을 평가한다. 연구 결과, 이러한 프로토콜은 구조적 복잡도의 정도가 다르게 나타나며, 금융 시스템의 체계적 안정성과 혼돈 행동 위험에 영향을 미친다.

ABSTRACT

In a previous paper, it was discussed whether Bitcoin and/or its blockchain could be considered a complex system and, if so, whether a chaotic one, a positive response raising concerns about the likelihood of Bitcoin/blockchain entering a chaotic regime, with catastrophic consequences for financial systems based on it. This paper intends to simplify and extend that analysis to other PoW, PoS, and hybrid protocol-based cryptocurrencies. As before, this study was carried out with the help of Information Theory of Complex Systems, in general, and Crutchfield's Statistical Complexity measure, in particular. This paper is a work-in-progress. We intend to uncover some other measures that capture the qualitative notion of complexity of systems that can be applied to these cryptocurrencies to compare with the results here obtained.

연구 동기 및 목표

• PoW, PoS 및 하이브리드 블록체인 프로토콜이 복잡계로 모델링될 수 있는지 평가하기.
• 특히 스트레스 상황이나 확장 상황에서 이러한 프로토콜에 혼돈 역학이 존재할 가능성 탐색하기.
• 기존 비트코인의 복잡성에 대한 발견을 더 넓은 범위의 합의 메커니즘으로 확장하기.
• 블록체인 시스템 간 비교 분석에 적용 가능한 복잡도 측도 식별하기.

제안 방법

• 블록체인 프로토콜의 구조적 복잡도를 모델링하기 위해 크러치필드의 통계적 복잡도 측도 적용하기.
• 복잡계의 정보 이론을 사용해 프로토콜 행동의 질서와 무질서를 정량화하기.
• PoW, PoS 및 하이브리드 시스템의 프로토콜 데이터 스트림을 확률적 과정으로 분석하기.
• 합의 메커니즘 간 복잡도 프로파일을 비교해 불안정성 패턴 탐지하기.
• 블록체인 거래 시퀀스에서 통계적 복잡도를 추정하기 위해 계산 도구 활용하기.
• 계산 효율성이나 보안보다는 정성적 복잡도에 집중하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PoW, PoS 및 하이브리드 블록체인 프로토콜이 복잡계의 특성을 얼마나 잘 보여주는가?
• RQ2 통계적 복잡도 측도가 이러한 프로토콜에서 혼돈 행동의 조기 징후를 탐지할 수 있는가?
• RQ3 PoW 및 PoS 시스템의 복잡도 프로파일은 어떻게 다르며, 이는 체계적 위험에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 블록체인 기반 금융 시스템에서의 불안정성 또는 붕괴를 알리는 측정 가능한 복잡도 임계점이 존재하는가?

주요 결과

• 연구는 PoW, PoS 및 하이브리드 프로토콜이 측정 가능한 수준의 통계적 복잡도를 보이며, 이는 복잡계임을 시사한다.
• 합의 메커니즘 간 복잡도에 상당한 차이가 있으며, 분석 프레임워크 내에서 PoW는 PoS보다 더 높은 구조적 복잡도를 보인다.
• 결과는 높은 복잡도가 고부하 또는 악성 조건에서 혼돈 역학의 위험 증가와 관련이 있음을 시사한다.
• 이 프레임워크는 정보 이론적 지표를 사용해 다양한 블록체인 설계 간 체계적 안정성 비교에 기초를 마련한다.