[논문 리뷰] Testimonium: A Cost-Efficient Blockchain Relay

Philipp Frauenthaler, Marten Sigwart외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 26.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 23인용 수 12

한 줄 요약

Testimonium는 검증 요청 시 기반 메커니즘과 블록체인 내 단순 지급 검증(SPV)을 사용하여 크로스체인 데이터 포함성을 검증하는 비용 효율적이고 완전히 탈중앙화된 블록체인 릴레이 기반 기술을 제안한다. 기존 솔루션 대비 이더리움 기반 블록체인에서 운영 비용을 최대 92%까지 절감하며, 중앙집중화된 중개자 없이도 안전하고 신뢰할 수 없는 상호운용성을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Current blockchain technologies provide very limited means of interoperability. In particular, solutions enabling blockchains to verify the existence of data on other blockchains are either very costly or are not fully decentralized. To overcome these limitations, we introduce Testimonium, a novel blockchain relay scheme that applies a validation-on-demand pattern and the on-chain execution of Simplified Payment Verifications to enable the verification of data across blockchains while remaining fully decentralized. Evaluating the scheme for Ethereum-based blockchains shows that Testimonium achieves a cost reduction of up to 92% over existing solutions. As such, the scheme lays a strong foundation for generic blockchain interoperability. For instance, it enables the development of an atomic-commit protocol for distributed transactions across blockchains.

연구 동기 및 목표

• EVM 기반 블록체인에서 높은 검증 프로토콜 비용으로 인한 온체인 검증의 높은 운영 비용 문제를 해결하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 제3자나 중앙집중화된 공증기관에 의존하지 않고 완전히 탈중앙화된 블록체인 상호운용성을 실현하기 위해.
• 암호학적 보안과 탈중앙화 보장을 유지하면서 크로스체인 거래 포함성 검증 비용을 낮추기 위해.
• 확장 가능하고 비용 효율적인 릴레이 인프라를 통해 다중 블록체인 간 원자적 커밋 프로토콜 개발을 지원하기 위해.

제안 방법

• 이 기반 기술은 블록체인의 블록 헤더를 검증이 필요한 경우에만 대상 블록체인에 제출하는 검증 요청 시 기반 패턴을 사용한다.
• 메르클 증명과 블록 헤더 메타데이터를 사용하여 암호학적으로 거래 포함성을 검증하기 위해 온체인 SPV(Simplified Payment Verification)를 활용한다.
• 참가자가 블록 헤더를 제출하고 검증하도록 유도하는 신뢰할 수 있는 인cent라이즈 메커니즘이 신규로 도입되어 중앙집중화된 조율 없이도 지속적인 참여를 보장한다.
• 시스템은 대상 체인에서 블록 헤더를 검증하기 위해 이더리움 가상 머신(EVM) 실행을 사용하여 신뢰 가정을 최소화한다.
• 이더리움과 이더리움 클래식을 모두 지원하며, Ethash와 같은 계산 비용이 높은 검증 프로토콜에 최적화되어 있다.
• 모든 제출 시마다 블록 헤더를 완전히 검증하는 것을 피하고, 실제로 거래 포함성이 요청될 때까지 검증을 연기한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 릴레이를 어떻게 비용 효율적으로 만들 수 있으며, 동시에 완전한 탈중앙화성과 신뢰성 없음을 유지할 수 있는가?
• RQ2 중앙집중화된 신뢰를 요구하지 않고도 블록체인 간 블록 헤더의 안전한 요청 기반 검증을 가능하게 하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 SPV와 기반 참여 인센티브를 사용할 경우 크로스체인 검증에서 비용을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 계산 비용이 높은 검증 프로토콜을 가진 EVM 기반 블록체인에 대해 이 릴레이 기반 기술이 확장 가능한가?

주요 결과

• Testimonium는 이더리움 기반 블록체인에서 기존 릴레이 솔루션 대비 운영 비용을 최대 92%까지 절감한다.
• 이 기반 기술은 신뢰할 수 없는 중개자 없이도 SPV와 메르클 증명을 사용하여 크로스체인 거래 포함성을 완전히 탈중앙화된 방식으로 검증할 수 있다.
• 검증 요청 시 기반 메커니즘은 매번 제출된 블록 헤더를 온체인에서 검증할 필요가 없어 비용을 크게 절감한다.
• 인센티브 구조는 참가자의 지속적인 참여를 보장하여 장기적인 사용에 실용적인 시스템을 만든다.
• 설명형 구현 사례는 EVM 기반 블록체인에서 신뢰성 있고 안전한 크로스체인 검증을 입증한다.
• Testimonium는 신뢰할 수 없는 저비용 검증을 가능하게 하여 다중 블록체인 간 원자적 커밋 프로토콜 구축의 기반을 마련한다.