[논문 리뷰] Service-Oriented Sharding with Aspen

Adem Efe Gencer, Robbert van Renesse외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 21.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 7인용 수 24

한 줄 요약

이 논문은 비트코인의 신뢰할 수 없는 모델을 훼손하지 않으면서도 여러 분산 서비스를 위한 안전하고 확장 가능한 블록체인 구현을 가능하게 하는 서비스 중심의 스파이싱 프로토콜인 Aspen을 제안한다. 서비스 수를 고유한 서비스 번호로 분할하고 공유 체크포인트를 사용함으로써, Aspen은 사용자가 관련 데이터만 검증할 수 있도록 하여 자원 소비와 부팅 시간을 줄이며, 작업 증명과 독성 거래를 통해 강력한 보안 보장을 유지한다.

ABSTRACT

The rise of blockchain-based cryptocurrencies has led to an explosion of services using distributed ledgers as their underlying infrastructure. However, due to inherently single-service oriented blockchain protocols, such services can bloat the existing ledgers, fail to provide sufficient security, or completely forego the property of trustless auditability. Security concerns, trust restrictions, and scalability limits regarding the resource requirements of users hamper the sustainable development of loosely-coupled services on blockchains. This paper introduces Aspen, a sharded blockchain protocol designed to securely scale with increasing number of services. Aspen shares the same trust model as Bitcoin in a peer-to-peer network that is prone to extreme churn containing Byzantine participants. It enables introduction of new services without compromising the security, leveraging the trust assumptions, or flooding users with irrelevant messages.

연구 동기 및 목표

• 비트코인과 같은 단일 블록체인에서 다수의 서비스를 구현함으로써 발생하는 확장성 및 신뢰 문제를 해결하기 위해.
• 마이닝 파워 분할 없이도 다양한 블록체인 기반 서비스의 안전하고 효율적이며 확장 가능한 배포를 가능하게 하기 위해.
• 사용자가 관련 데이터만 검증할 수 있도록 하여 부팅 시간과 자원 소비를 줄이기 위해.
• 스파이싱을 가능하게 하면서도 비트코인의 신뢰 모델—신뢰할 수 없는 실체 없음, 허가된 액세스 없음—을 유지하기 위해.
• 모든 데이터에 대한 글로벌 합의 없이도 스파이스 간 강력한 일致성과 이중 지불 방지를 보장하기 위해.

제안 방법

• 공통 생성 블록에서 시작하는 각각의 서비스 전용 채널로 블록체인을 분할하고, 각 채널은 자체 거래 집합과 공유 체크포인트를 가짐.
• 각 서비스에 고유한 서비스 번호를 할당하여 거래 라우팅과 선택적 검증을 가능하게 함.
• 각 블록을 보호하기 위해 작업 증명을 사용하고, 공유 체크포인트를 통해 채널 간 글로벌 일致성 유지.
• 최장 체인 규칙과 무작위 연장 방식을 사용한 키 블록 및 마이크로블록 포크 보호 및 독성 거래 구현.
• 조정 가능한 키 블록 빈도를 통해 캐스팅을 개별 마이너 에포크로 제한하여 공격 표면을 최소화.
• 비트코인과 동일한 신뢰 모델을 활용하여, 비잔틴 참여자가 있는 페어 투 페어 네트워크와 중앙 기관 없음을 유지함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 데이터에 대한 글로벌 합의 없이도 신뢰할 수 없는 감사 가능성과 손상 없이 블록체인 스파이싱을 달성할 수 있는가?
• RQ2 레지스터가 비대해지지 않도록 한 개의 블록체인 인fra에서 다수의 서비스가 안전하고 확장 가능하게 공존할 수 있는가?
• RQ3 사용자가 자신의 서비스와 관련된 데이터만 추적하면 되도록 블록체인을 스파이싱할 수 있는가, 동시에 강력한 보안 보장을 유지할 수 있는가?
• RQ4 모든 노드가 모든 거래 데이터를 저장하거나 처리할 필요 없이도 서비스 간 거래 유효성을 보장할 수 있는가?
• RQ5 비트코인의 신뢰 모델에 최소한의 변경을 가하면서도 이중 지불 및 캐스팅에 대한 저항력을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• Aspen은 사용자가 자신의 특정 서비스와 관련된 블록체인의 부분 집합만 검증할 수 있도록 하여 부팅 시간과 자원 사용을 크게 줄였다.
• 프로토콜은 비트코인의 신뢰 모델을 유지하여 신뢰할 수 있는 실체나 허가된 참가자에 대한 의존 없음을 보장한다.
• 공유 체크포인트와 작업 증명을 통해 서비스 간 거래의 이중 지불이 방지되며, 스파이스 간 강력한 일치성을 확보한다.
• 캐스팅은 개별 마이너 에포크로 제한되어 악성 또는 고장 난 마이너의 영향을 최소화한다.
• 모든 서비스에 걸쳐 원래 블록체인의 총 계산 능력을 유지함으로써 마이닝 파워 분할을 방지한다.
• 보안에 영향을 주지 않으면서도 동적 서비스 통합을 지원하며, 기반의 신뢰 가정에 대한 변경이 필요 없다.