[논문 리뷰] SilentDelivery: Practical Timed-delivery of Private Information using Smart Contracts

Chao Li, Balaji Palanisamy|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 17.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 32인용 수 4

한 줄 요약

SilentDelivery는 블록체인 상의 임계값 기반 비밀 분할과 스마트 컨tracts를 사용하여 시점 정보 전달을 위한 탈중앙화되고 안전하며 비용 효율적인 프로토콜을 제안한다. 이는 모집된 메일맨들 사이에 복호화 키 조각을 분산 배포하여 민감한 데이터를 비밀리에 정시에 공개할 수 있도록 하며, 가용성과 기밀성을 확보하면서 이더리움 기반 스마트 컨트랙트 비용을 85% 감소시킨다.

ABSTRACT

This paper proposes SilentDelivery, a secure, scalable and cost-efficient protocol for implementing timed information delivery service in a decentralized blockchain network. SilentDelivery employs a novel combination of threshold secret sharing and decentralized smart contracts. The protocol maintains shares of the decryption key of the private information of an information sender using a group of mailmen recruited in a blockchain network before the specified future time-frame and restores the information to the information recipient at the required time-frame. To tackle the key challenges that limit the security and scalability of the protocol, SilentDelivery incorporates two novel countermeasure strategies. The first strategy, namely silent recruitment, enables a mailman to get recruited by a sender silently without the knowledge of any third party. The second strategy, namely dual-mode execution, makes the protocol run in a lightweight mode by default, where the cost of running smart contracts is significantly reduced. We rigorously analyze the security of SilentDelivery and implement the protocol over the Ethereum official test network. The results demonstrate that SilentDelivery is more secure and scalable compared to the state of the art and reduces the cost of running smart contracts by 85%.

연구 동기 및 목표

• 중앙집중식 시점 정보 전달 서비스(TIDS)의 한계를 해결하기 위해, 단일 신뢰 포인트에 의존하고 해킹 및 내부자 공격에 취약한 기존 시스템의 문제점을 해결한다.
• 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 프라이버시, 가용성, 공정성을 보장하는 탈중앙화된 TIDS 프로토콜을 설계한다.
• 특히 모집 정보의 노출과 높은 스마트 컨트랙트 비용 문제를 포함한 블록체인 기반 TIDS의 확장성 및 보안 과제를 해결한다.
• 임계값 기반 비밀 분할과 스마트 컨트랙트 인cent라이브를 활용하여 안전하고 확장성 있고 저비용의 시점 전달 실행을 가능하게 한다.
• 실제 응용 분야에서 요구하는 비밀리에 锁된 정보를 시점에 맞춰 공개할 수 있는 실용적이고 프로덕션 준비가 된 솔루션을 제공한다.

제안 방법

• SilentDelivery는 비밀 정보의 복호화 키를 n명의 메일맨들 사이에 분할 배포하는 임계값 기반 비밀 분할을 사용한다.
• 송신자는 대상 전달 시간 이전에 스마트 컨트랙트를 통해 n명의 메일맨을 모집하며, 각 메일맨은 하나의 키 조각과 암호화된 메시지의 복사본을 보유한다.
• 프로토콜은 '침묵적 모집'을 구현하여 제3자, 특히 블록체인 관찰자도 전달 시간 이전까지 모집 관계를 파악할 수 없도록 하여 프라이버시를 보장한다.
• 경량 모드로 기본적으로 실행되어 가스 비용을 줄이고, 필요할 경우에만 완전한 검증을 수행하는 '이중 모드 실행'을 구현한다.
• 스마트 컨트랙트는 전 과정을 관리하며, 부정행위에 대비해 보증금으로 암호화폐 예치를 사전에 확보하여 공정성을 확보한다.
• 블록체인의 불변성과 최종성 특성을 활용하여 라이브니스와 지속성을 확보함으로써, 서비스 거부 및 전달 거부 공격을 방지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 프라이버시, 가용성, 공정성을 확보할 수 있는 탈중앙화된 시점 정보 전달 시스템을 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 투명한 블록체인 환경에서 제3자에 의한 모집 관계 모니터링을 방지할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 블록체인 기반 TIDS에서 스마트 컨트랙트 실행 비용을 보안을 훼손하지 않고 크게 줄일 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ4 임계값 기반 비밀 분할 기반의 시점 전달 프로토콜에서 보안, 확장성, 비용 효율성 간의 상충 관계는 어떻게 발생하는가?
• RQ5 임계값 기반 비밀 분할과 스마트 컨트랙트 인센티브의 조합이 이더리움과 같은 공개 블록체인에서 강력한 보안과 실용적 구현을 동시에 달성할 수 있는가?

주요 결과

• SilentDelivery는 이중 모드 실행 전략을 통해 기존 접근 방식 대비 스마트 컨트랙트 실행 비용을 85% 감소시켰다.
• 침묵적 모집을 통해 강력한 프라이버시 보장을 달성하여, 블록체인 관찰자조차도 전달 시간 이전까지 모집 관계를 파악할 수 없도록 한다.
• n명의 메일맨 그룹을 활용하고 임계값 기반 비밀 분할을 적용함으로써, 최소 t명(t < n)의 메일맨이 정상적으로 기능할 경우 메시지의 가용성이 보장된다.
• 표준 암호학적 가정 하에 공식적으로 보안이 입증되었으며, 부정행위 발생 시 회수되는 스마트 컨트랙트 기반 보증금으로 공정성이 확보된다.
• 이더리움 테스트넷에서의 평가를 통해 SilentDelivery가 실용적이고 확장 가능하며, 정상 운영 시 최소한의 온체인 프로필을 유지함을 확인하였다.
• 임계값 기반 비밀 분할과 스마트 컨트랙트의 통합은 중앙 집중식 서버 의존 없이도 신뢰할 수 없는 탈중앙화된 시점 정보 전달 마켓플레이스를 가능하게 하였다.