[논문 리뷰] Requirements for Ethereum Private Sidechains

Peter Robinson|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 26.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 4인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 강력한 보안 보장을 제공하기 위해 이더리움 메인넷을 활용하는 허가된 암호화 블록체인인 이더리움 프라이빗 사이드체인을 제안한다. 이는 이더리움 레지스트레이션 기관(ERAs)을 통해 필요에 따라 사이드체인을 부트스트랩할 수 있도록 하고, 사이드체인 상태를 메인넷에 암호학적으로 묶는 보안적인 관리 및 핀팅 전략을 도입하여 기존의 쿠룸, 파리티, 하이퍼레지스트리 패브릭과 같은 클라이언트에서 발견되는 핵심적인 격차를 메운다.

ABSTRACT

The Enterprise Ethereum Client Specification by the Enterprise Ethereum Alliance defines the requirements which Ethereum Clients offering private smart contract capabilities should comply with. This specification though ground breaking, misses some important blockchain requirements and does not fully consider the requirements of Ethereum Clients offering Private Sidechain capabilities. This paper presents the case for Private Sidechains and defines requirements to be complied with to deliver this technology. The capabilities of three blockchain clients have been analysed based on the requirements: Quorum, Parity, and Hyperledger Fabric. Quorum and Hyperledger Fabric operate as private consortium blockchains where as Parity delivers private transaction capabilities on top of Ethereum MainNet. These differing approaches has led to different strengths and weaknesses which has resulted in each client not complying with one or more key requirement. In particular, none of the reviewed blockchain clients support the ability to determine bootstrap information to establish on-demand blockchains and none of the clients support secure management and pinning from Ethereum MainNet. This paper presents Ethereum Private Sidechains and a range of technologies which allow it to deliver on complex sidechain requirements. Ethereum Registration Authorities are presented, which allow entities which have not previously interacted to securely obtain information to bootstrap a sidechain, and a Management and Pinning strategy is described which allows the state of a sidechain to be securely pinned to Ethereum MainNet without compromising privacy.

연구 동기 및 목표

• 기존 엔터테인먼트 환경에서 프라이빗 이더리움 블록체인을 위한 표준화되고 안전하며 필요 시 설정 가능한 메커니즘이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 탈중앙화 원칙을 훼손하지 않으면서 강력한 프라이버시, 무결성 및 신뢰를 보장하는 이더리움 프라이빗 사이드체인의 요구사항을 정의하기 위해.
• 이더리움 메인넷을 신뢰 기반으로 삼아 이더리움 레지스트레이션 기관(ERAs)을 통해 프라이빗 사이드체인을 안전하고 필요 시 설정할 수 있도록 하기 위해.
• 프라이빗 데이터를 폭로하지 않으면서도 사이드체인 상태를 암호학적으로 메인넷에 고정할 수 있는 보안적인 관리 및 핀팅 전략을 제공하기 위해.
• 쿠룸, 파리티, 하이퍼레지스트리 패브릭에서 발견되는 부트스트랩 발견, 안전한 핀팅, 크로스체인 상호운용성에 대한 핵심 격차를 특정하고 이를 메우기 위해.

제안 방법

• 이더리움 메인넷에 배포된 스마트 컨트랙트인 이더리움 레지스트레이션 기관(ERAs)을 제안하여 도메인 이름과 조직 메타데이터를 사용해 신뢰할 수 없는 방식으로 필요 시 사이드체인 부트스트랩을 발견하고 설정할 수 있도록 한다.
• 인증된 암호화와 비부인 가능 보장을 사용해 사이드체인 상태를 암호학적으로 메인넷에 고정할 수 있는 보안적인 관리 및 핀팅 전략을 설계한다.
• 프라이빗 사이드체인의 공식과 이더리움 메인넷의 공식 메커니즘과의 호환성을 보장하는 모듈식 합의 아키텍처를 도입한다.
• 사이드체인 간의 안전하고 허가된 데이터 교환을 가능하게 하면서도 프라이버시와 무결성을 유지하는 사이드체인 간 통신 프로토콜을 정의한다.
• 구성, 아카이브, 스팸 방지를 위한 레이트 제한 메커니즘을 포함한 사이드체인 라이프사이클 관리 프레임워크를 수립한다.
• 새로운 요구사항(예: SC-4a-Pinning, SC-3a-SidechainFindOrEstablishmentApi)을 추가하여 엔터프라이즈 이더리움 클라이언트 사양을 적응 및 확장하여 사이드체인 기능을 공식화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 협업이나 신뢰 관계 없이 프라이빗 이더리움 사이드체인을 필요 시 설정할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 프라이빗 데이터를 泄露하지 않으면서도 사이드체인 상태가 암호학적으로 이더리움 메인넷에 고정되어 있는지를 보장하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 기존 클라이언트인 쿠룸, 파리티, 하이퍼레지스트리 패브릭이 안전하고 확장 가능하며 상호운용 가능한 프라이빗 사이드체인을 충족시키지 못하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 이더리움 메인넷을 신뢰의 근원으로 삼아 프라이빗 사이드체인에 대한 탈중앙화되고 신뢰할 수 없는 발견 메커니즘을 어떻게 구현할 수 있는가?
• RQ5 이더리움 생태계 내에서 안전하고 확장 가능하며 조합 가능한 프라이빗 사이드체인을 지원하기 위해 필요한 아키텍처적 및 프로토콜 수준의 개선 사항은 무엇인가?

주요 결과

• 검토된 클라이언트들인 쿠룸, 파리티, 하이퍼레지스트리 패브릭 중 어느 것도 필요 시 사이드체인 생성을 위한 부트스트랩 정보의 발견을 지원하지 않아 동적 프라이빗 블록체인 배포에 있어 핵심적인 격차를 드러낸다.
• 어느 클라이언트도 사이드체인 상태를 이더리움 메인넷에 안전하게 핀팅하는 데 완전히 지원하지 않아 사이드체인의 상태 조작이나 감사 가능성 상실에 노출된 상태이다.
• 이더리움 레지스트레이션 기관(ERAs)은 도메인 이름과 사이드체인 메타데이터 간의 검증된 암호학적 서명된 매핑을 메인넷에 게시함으로써 신뢰할 수 없는 방식으로 필요 시 사이드체인 설정을 성공적으로 가능하게 한다.
• 제안된 보안 핀팅 전략은 인증된 암호화와 비부인 가능 보장을 사용해 사이드체인 상태를 메인넷에 암호학적으로 고정함으로써 프라이빗 데이터를 폭로하지 않으면서도 무결성을 보장한다.
• 쿠룸과 하이퍼레지스트리 패브릭은 프라이빗 합의와 인증된 암호화를 지원하지만 발견 및 핀팅 지원이 없으며, 파리티는 메인넷에서 프라이빗 트랜잭션을 지원하지만 완전한 사이드체인 기능은 제공하지 않는다.
• 분석 결과 현재의 구현체들이 엔터프라이즈 이더리움 클라이언트 사양의 요구사항에서 부족함을 드러내며, 특히 사이드체인 발견(BC-3a), 핀팅(SC-4a), 다중 사이드체인 지원(SC-4g) 분야에서 부족함을 보이고 있다.