[논문 리뷰] ResilientDB: Global Scale Resilient Blockchain Fabric

Suyash Gupta, Sajjad Rahnama외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 01.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 49인용 수 34

한 줄 요약

GeoBFT는 지리적 규모에서 높은 처리량을 달성하기 위해 ResilientDB에 구현된 토폴로지 인지형 분산 BFT 합의 프로토콜로, 지리 배치에서 최첨단 프로토콜들을 최대 여섯 배까지 능가합니다.

ABSTRACT

Recent developments in blockchain technology have inspired innovative new designs in resilient distributed and database systems. At their core, these blockchain applications typically use Byzantine fault-tolerant consensus protocols to maintain a common state across all replicas, even if some replicas are faulty or malicious. Unfortunately, existing consensus protocols are not designed to deal with geo-scale deployments in which many replicas spread across a geographically large area participate in consensus. To address this, we present the Geo-Scale Byzantine FaultTolerant consensus protocol (GeoBFT). GeoBFT is designed for excellent scalability by using a topological-aware grouping of replicas in local clusters, by introducing parallelization of consensus at the local level, and by minimizing communication between clusters. To validate our vision of high-performance geo-scale resilient distributed systems, we implement GeoBFT in our efficient ResilientDB permissioned blockchain fabric. We show that GeoBFT is not only sound and provides great scalability, but also outperforms state-of-the-art consensus protocols by a factor of six in geo-scale deployments.

연구 동기 및 목표

• 허가형 블록체인에서 지리 규모의 Byzantine fault-tolerant (BFT) 합의의 필요성을 제시합니다.
• 복제본을 지역적으로 클러스터링하여 전역 통신을 최소화하는 토폴로지 인지형 분산 합의 프로토콜인 GeoBFT를 제안합니다.
• 실패에 대한 낙관적 클러스터 간 공유 프로토콜과 원격 뷰 변경 메커니즘을 통해 글로벌 공유 프로토콜을 시연합니다.
• 주어진 실패 모델 하에서 GeoBFT에 대한 안전성과 생존성 증명을 제공합니다.
• ResilientDB 펀직에 GeoBFT를 구현하고 다른 BFT 프로토콜들과 비교하여 검증합니다.

제안 방법

• 복제본을 지역적으로 클러스터링하고 클러스터 내에서 독립적인 지역 PBFT 의사결정을 갖는 GeoBFT를 도입합니다.
• 실패 탐지를 가능하게 하면서 전역 통신을 최소화하기 위한 낙관적(Optimistic) 클러스터 간 공유 프로토콜을 개발합니다.
• 클러스터 간 악의적 행위와 실패를 처리하기 위한 원격 뷰 체인지 프로토콜을 구현합니다.
• 지정된 Byzantine 실패 모델 하에서 GeoBFT의 안전성과 생존성 속성을 증명합니다.
• YCSB를 사용하여 Pbft, Zyzzyva, HotStuff, Steward, PoE와 비교하여 ResilientDB의 허가형 블록체인 펀직에 GeoBFT를 통합하고 벤치마크합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지역 클러스터링과 분산 의사결정으로 지리적 규모에서 합의를 어떻게 효율적으로 달성할 수 있을까?
• RQ2 지리적으로 분산된 환경에서 안전성을 유지하면서 처리량을 극대화하는 클러스터 간 통신 전략은 무엇인가?
• RQ3 원격 뷰 체인지 메커니즘을 통해 어떻게 실패와 악의적 행동을 탐지하고 복구할 수 있는가?
• RQ4 설명된 Byzantine 모델에서 GeoBFT가 안전성과 생존성을 보장하는가?
• RQ5 지리적 규모 배치에서 처리량과 확장성 면에서 GeoBFT가 기존 BFT 프로토콜과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• GeoBFT는 지리적 규모 배치에서 기존 BFT 프로토콜보다 최대 여섯 배의 처리량을 달성한다.
• GeoBFT는 각 클러스터가 지역 PBFT 의사를 결정하는 분산형 설계를 제공하여 글로벌 통신을 감소시킨다.
• 낙관적 클러스터 간 공유 프로토콜은 실패 탐지 기능을 보존하면서 클러스터 간 메시지를 최소화한다.
• 원격 뷰체인지 프로토콜은 클러스터 간의 실패 및 악의적 행동으로부터의 복구를 가능하게 한다.
• GeoBFT를 포함한 ResilientDB는 실제 지리 분산 환경에서 확장 가능한 성능과 안전성 및 생존성 보장을 입증한다.