[논문 리뷰] Smart Contract Languages: a comparative analysis

Massimo Bartoletti, Lorenzo Benetollo외 12명|arXiv (Cornell University)|2024. 04. 05.

European and International Contract Law인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 자산 관리 및 비용 제어와 같은 핵심 기능을 지원하는지 평가하기 위해 '로제타 스마트 컨트랙트'라는 자체 빌드한 벤치마크를 사용하여 이더리움의 솔리디티, 솔라나의 루스트, 카르다노의 아이컨, 알고랜드의 티이알, 아프토스의 무브, 테조스의 스마트파이 등 여섯 가지 주요 스마트 컨트랙트 언어를 비교 분석한다. 연구 결과, 무브의 선형 타입은 자산 관련 취약성에 대해 컴파일 타임에 가장 강력한 보장을 제공하며, 승인 방식 모델에 비해 절차적 프로그래밍 스타일이 가독성과 오류 감소에 기여한다.

ABSTRACT

Smart contracts have played a pivotal role in the evolution of blockchains and Decentralized Applications (DApps). As DApps continue to gain widespread adoption, multiple smart contract languages have been and are being made available to developers, each with its distinctive features, strengths, and weaknesses. In this paper, we examine the smart contract languages used in major blockchain platforms, with the goal of providing a comprehensive assessment of their main properties. Our analysis targets the programming languages rather than the underlying architecture: as a result, while we do consider the interplay between language design and blockchain model, our main focus remains on language-specific features such as usability, programming style, safety and security. To conduct our assessment, we propose an original benchmark which encompasses a wide, yet manageable, spectrum of key use cases that cut across all the smart contract languages under examination.

연구 동기 및 목표

• 허가 없는 블록체인에서 주류 스마트 컨트랙트 언어의 설계 원칙과 실용적 영향을 평가하기 위해.
• 언어 수준의 기능이 탈중앙화 애플리케이션(DApp)의 보안, 가독성, 개발 효율성에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 자산 지원, 컨트랙트 상호작용, 플랫폼 전용 기능 등의 언어 지원이 취약성 감소에 기여하는 방식을 평가하기 위해.
• 오류 발생 가능성과 유지보수성 측면에서 절차적 프로그래밍 모델과 승인 방식 프로그래밍 모델을 비교하기 위해.
• 향후 스마트 컨트랙트 언어 및 플랫폼 평가를 위한 표준화된 벤치마크를 수립하기 위해.

제안 방법

• 저자는 실제 DApp 사용 사례의 대표적인 스펙트럼을 커버하기 위해 '로제타 스마트 컨트랙트'라는 자체 빌드한 벤치마크를 개발하였다.
• 이더리움, 솔라나, 카르다노, 알고랜드, 아프토스, 테조스 등 주요 허가 없는 블록체인 기반의 여섯 가지 주요 스마트 컨트랙트 언어를 분석 대상으로 선정하였다: 솔리디티(이더리움), 루스트(솔라나), 아이컨(카르다노), 티이알(알고랜드), 무브(아프토스), 스마트파이(테조스).
• 분석은 타입 안정성, 자산 모델링, 커스텀 토큰 지원, 프로그래밍 패러다임(절차적 대비 승인 방식)과 같은 언어 고유 기능에 집중하였다.
• 블록체인 모델 기반으로 언어를 분류하였으며, 계정 기반 대비 UTXO 모델이 언어 설계와 보안에 미치는 영향을 평가하였다.
• 모든 언어에 걸쳐 벤치마크의 실질적 구현을 통해 코드의 명확성, 버일러플레이트 양, 오류 노출도를 직접 비교할 수 있었다.
• 저자는 계약 계층의 의사결정이 언어 설계 및 동작에 주요 영향을 미친다는 점을 고려하기 위해 계층적 블록체인 아키텍처 모델을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 스마트 컨트랙트 언어는 사용성, 보안성, 자산 관리 지원 측면에서 어떻게 다를까?
• RQ2 기반 블록체인 모델(계정 기반 대비 UTXO)은 스마트 컨트랙트 언어의 설계와 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 절차적 프로그래밍 모델과 승인 방식 프로그래밍 모델은 코드 가독성과 취약성 표면적 측면에서 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ4 선형 타입, 사용자 정의 데이터 타입 등의 언어 수준 기능이 이중 지급 또는 자산 손실과 같은 일반적인 취약성을 얼마나 줄이는가?
• RQ5 표준화된 벤치마크가 다양한 플랫폼 간 스마트 컨트랙트 언어의 정성적 평가 및 비교에 효과적으로 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 무브의 선형 타입은 컴파일 타임에 자산 중복 및 손실을 방지하는 가장 강력한 정적 보장을 제공하여 자산 관련 취약성에 가장 강력한 저항력을 보인다.
• 컨트랙트가 상태를 업데이트하고 효과를 유도하는 절차적 프로그래밍 스타일은 승인 방식 모델보다 더 가독성이 뛰어나고 오류 발생 가능성이 낮다.
• 커스텀 토큰과 자산 타입을 네이티브로 지원하는 언어(예: 아이컨, 무브)는 광범위한 데이터 타입에 의존하는 언어보다 재정적 손실 및 무단 이체의 위험을 크게 감소시킨다.
• 임의 정밀도 산술 연산이나 안전한 난수 생성 기능이 없는 경우 개발자는 계산 비용이 높거나 보안에 취약한 대체 방법을 사용해야 하며, 이는 효율성과 탈중앙화의 본질을 해칠 수 있다.
• UTXO 기반 플랫폼인 카르다노와 알고랜드는 자산에 대한 타입 규율에 더 큰 과제를 안고 있다. 아이컨의 경우 레코드 필드 업데이트와 산술 연산에 의존하면서 오류 발생 가능성이 증가한다.
• 이론적으로 튜링 완전성을 지닌 일부 언어는 복잡한 연산을 위해 비현실적인 대체 방법(예: 큰 정수를 위한 처치 인코딩)을 요구하며, 이는 핵심 기능에 대한 언어 수준의 우선 지원이 얼마나 중요한지를 보여준다.