[논문 리뷰] Supermassive Blockchain

Guangda Sun, Jialin Li|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 25.

Distributed systems and fault tolerance인용 수 0

한 줄 요약

논문은 상태-실행 분리 아키텍처를 제안하고, 저장 확장성을 달성하기 위한 상태 관리 계층에서 erasure coding을 사용하여 강한 Byzantine fault tolerance를 달성함을 보여주며, 구체적 시스템인 Supermassive Blockchain으로 시연된다.

ABSTRACT

Storage scalability is paramount in the era of big data blockchain. A storage-scalable blockchain can effectively scale out state storage to an arbitrary number of nodes and reduce the storage pressure on each, similar to distributed databases. Prior research has extensively utilized sharding techniques to attain storage scalability; however, these approaches invariably compromise safety and liveness guarantees. In this work, we propose a novel state-execution decoupled architecture, and Supermassive Blockchain, a novel storage-scalable Byzantine fault tolerance (BFT) protocol that can sustain the deterministic security properties of conventional BFT protocols. The state management system employs erasure coding to ensure state availability with scalable storage consumption, while the global consensus and execution layers maintain robust security characteristics. Our evaluation indicates that Supermassive Blockchain achieves better storage scalability compared to prior approaches while incurring low network overhead.

연구 동기 및 목표

• Growing blockchain state sizes에서 저장 확장성 문제를 동기 부여하고 정의한다.
• 실행과 상태 저장을 분리하기 위한 상태-실행 분리 아키텍처를 도입한다.
• 확인가능한 상태 가용성을 위해 erasure coding과 복제를 사용하는 실용적 인스턴스(Supermassive Blockchain)를 설계한다.
• 전체 복제 및 샤딩 접근 방식과의 저장소, 처리량, 대기 시간의 트레이드오프를 평가한다.

제안 방법

• 합의, 무상태 실행, 별도의 상태 관리 계층의 세 가지 계층으로 구성된 상태-실행 분리 아키텍처를 제안한다.
• 상태를 업데이트 테이블과 상태 체크포인트로 나누고, 체크포인트에 RS(3f+1, f+1) erasure coding을 적용하여 가용성을 확보한다.
• 상태를 샤드로 분할하고, 저장 노드에 인코딩 조각을 분산 저장하며 샤드의 상시 복제를 유지하여 빠른 검색을 보장한다.
• Merkle-tree 기반 샤드 커밋 및 검증 가능한 증명을 사용하여 상태 안전성을 보장한다.
• 로드를 균형 있고 가용성을 확보하기 위해 무작위 샤드 배치 및 재구성을 구현한다.
• 저장소, 처리량, 네트워크 오버헤드 측면에서 최대 100노드까지의 노드에서 전체 복제 기초선과 비교하여 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분리된 상태와 실행 설계가 결정론적 BFT 안전성 및 생존성을 희생하지 않으면서 저장 확장성을 제공할 수 있는가?
• RQ2 Erasure coding 및 복제/샤드 복제를 어떻게 결합하여 확장 가능한 저장소로 상태 가용성을 보장할 수 있는가?
• RQ3 상태-실행 분리 아키텍처를 채택할 때 어떤 성능 트레이드오프(처리량, 지연, 네트워크 트래픽)가 발생하는가?
• RQ4 WAN 조건에서 최대 100노드까지의 대규모 배포에서 Supermassive Blockchain의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 100노드에서 전체 복제 대비 노드당 저장소가 10배 감소한다.
• 처리량은 전체 복제 블록체인보다 최대 2.6배 높을 수 있으며 지연 오버헤드는 무시할 수 있다.
• 100GiB 상태에서 100노드의 체크포인트가 30분 이내에 완료된다.
• 상태 검색 네트워크 트래픽이 다소 증가하지만(2.3%–30.2%), 노드 수에 따라 확장 가능하다.
• Byzantine fault tolerance 하에서 안전성과 생존성 보장을 해치지 않으면서 저장성 확장을 달성한다.