[논문 리뷰] Security and Privacy on Blockchain

Rui Zhang, Rui Xue외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 18.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 64인용 수 227

한 줄 요약

이 조사는 블록체인 보안과 프라이버시에 대한 포괄적인 개요를 제공하며, 핵심 속성, 합의 기술, 그리고 보안적이고 프라이빗한 블록체인 시스템 달성에 사용되는 암호 기법들을 상세히 설명합니다.

ABSTRACT

Blockchain offers an innovative approach to storing information, executing transactions, performing functions, and establishing trust in an open environment. Many consider blockchain as a technology breakthrough for cryptography and cybersecurity, with use cases ranging from globally deployed cryptocurrency systems like Bitcoin, to smart contracts, smart grids over the Internet of Things, and so forth. Although blockchain has received growing interests in both academia and industry in the recent years, the security and privacy of blockchains continue to be at the center of the debate when deploying blockchain in different applications. This paper presents a comprehensive overview of the security and privacy of blockchain. To facilitate the discussion, we first introduce the notion of blockchains and its utility in the context of Bitcoin like online transactions. Then we describe the basic security properties that are supported as the essential requirements and building blocks for Bitcoin like cryptocurrency systems, followed by presenting the additional security and privacy properties that are desired in many blockchain applications. Finally, we review the security and privacy techniques for achieving these security properties in blockchain-based systems, including representative consensus algorithms, hash chained storage, mixing protocols, anonymous signatures, non-interactive zero-knowledge proof, and so forth. We conjecture that this survey can help readers to gain an in-depth understanding of the security and privacy of blockchain with respect to concept, attributes, techniques and systems.

연구 동기 및 목표

• 블록체인이 무엇인지와 그것이 어떻게 안전하고 탈중앙화된 거래를 가능하게 하는지 설명한다.
• 블록체인 애플리케이션에서 바람직한 기본적 및 추가 보안/프라이버시 속성을 식별한다.
• 이 속성들을 구현하는 대표적 기법들(암호학, 합의, 데이터 구조)을 조사한다.
• 강력한 블록체인 보안과 프라이버시에 대한 남아 있는 과제와 향후 방향을 논의한다.

제안 방법

• 블록체인 기본 개념(해시 체인, 머클 트리, 디지털 서명)을 설명한다.
• 합의 메커니즘과 그 보안 보장(영속성, 가용성)을 설명한다.
• UTXO와 계정 기반 거래 모델을 비교하고 보안과 프라이버시에 대한 함의를 설명한다.
• 익명 서명, 비대화형 제로 지식 증명, 믹싱 프로토콜 등 암호 기법을 검토한다.
• CAP 정리에 대한 시사점과 블록체인 아키텍처가 일관성, 가용성, 분할 허용성을 어떻게 다루는지 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 시스템에 필수적인 기본적이고 추가적인 보안/프라이버시 속성은 무엇인가?
• RQ2 이러한 속성을 실제로 달성하기 위해 어떤 암호 기법과 구조적 기법이 존재하는가?
• RQ3 다양한 거래 모델(UTXO 대 계정 기반)이 보안, 프라이버시, 처리량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 강력한 블록체인 보안과 프라이버시에 대한 남아 있는 과제와 잠재적 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 블록체인 개념, 보안 속성 및 위협 모델에 대한 체계적인 개요를 제공한다.
• 보안/프라이버시 달성에 사용되는 대표적 합의 알고리즘, 데이터 구조 및 암호 도구를 검토한다.
• 보안 비전문가를 위한 접근성과 전문가를 위한 심층성이라는 이중 목표를 강조한다.
• 블록체인 배치 전반의 보안/프라이버시 속성에 대한 더 깊은 분석 필요성과 남아 있는 과제를 식별한다.
• 보안/프라이버시 속성을 이해하는 것이 강력한 방어 기법과 배포 결정에 정보를 제공할 수 있다고 주장한다.