[논문 리뷰] The Universal Trust Machine: A survey on the Web3 path towards enabling long term digital cooperation through decentralised trust

Rohan Madhwal, Johan Pouwelse|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 17.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 4

한 줄 요약

이 종합 검토는 중앙 집중화된 신뢰 중개자에 의존하지 않고 Web3에서 장기적인 디지털 협력을 가능하게 하기 위해 명성 시스템과 분산 장부 기술(DLT)을 융합한 탈중앙화된 '통합 신뢰 기계'를 제안한다. 이는 간접 보상, 블록체인 유사 데이터 구조(예: TrustChain) 및 개인정보 보호 기능을 갖춘 DLT를 통해 사기성 계정(Sybil) 공격에 저항하고 확장 가능한 신뢰를 구축할 수 있음을 보여준다. 결과적으로 중앙 집중적 제어나 거래 수수료 없이도 내구성 있고 탈중앙화된 생태계를 구현할 수 있다.

ABSTRACT

Since the dawn of human civilization, trust has been the core challenge of social organization. Trust functions to reduce the effort spent in constantly monitoring others' actions in order to verify their assertions, thus facilitating cooperation by allowing groups to function with reduced complexity. To date, in modern societies, large scale trust is almost exclusively provided by large centralized institutions. Specifically in the case of the Internet, Big Tech companies maintain the largest Internet platforms where users can interact, transact and share information. Thus, they control who can interact and conduct transactions through their monopoly of online trust. However, as recent events have shown, allowing for-profit corporations to act as gatekeepers to the online world comes with a litany of problems. While so far ecosystems of trust on the Internet could only be feasibly created by large institutions, Web3 proponents have a vision of the Internet where trust is generated without centralised actors. They attempt to do so by creating an ecosystem of trust constructed using decentralised technology. This survey explores this elusive goal of Web3 to create a "Universal Trust Machine", which in a true decentralised paradigm would be owned by both nobody and everybody. In order to do so, we first motivate the decades-old problem of generating trust without an intermediary by discussing Robert Axelrod's research on the evolution of cooperation. Next, we present the challenges that would have to be overcome in order to enable long term cooperation. We proceed to present various reputation systems, all of which present promising techniques for encouraging trustworthy behaviour. Then, we discuss Distributed Ledger technologies whose secure transaction facilitating and privacy preserving techniques promise to be a good complement to the current limitations of vanilla reputation systems.

연구 동기 및 목표

• 탈중앙화된 신뢰가 중앙 기관 없이 어떻게 달성될 수 있는지 조사하여, 적대적인 온라인 환경에서 대규모 협력을 가능하게 하는 오랜 도전 과제를 해결한다.
• 기존의 명성 시스템과 DLT가 탈중앙화된 네트워크에서 장기적이고 확장 가능한 협력을 지원하는 데에 한계가 있는지를 분석한다.
• 명성 메커니즘과 DLT(예: TrustChain)를 융합함으로써 Sybil 공격 및 중복 지불과 같은 주요 위협을 어떻게 극복할 수 있는지 평가한다.
• 완전히 탈중앙화된 신뢰 생태계 조성에 장애가 되는 사회적 및 인프라적 과제—예를 들어 인centive 정렬 및 규칙 이행—을 식별하고 해결한다.
• 중앙 집중화된 시스템의 신뢰성과 성능를 뛰어넘으면서도 탈중앙화를 유지하는 '통합 신뢰 기계'를 구축하기 위한 향후 로드맵을 제안한다.

제안 방법

• 협력을 촉진하는 탈중앙화된 시스템에서의 진화를 동인으로 삼기 위해 로버트 액셀로드의 반복적 도덕적 딜레마를 기본 모델로 사용한다.
• 간접 보상 기반의 명성 시스템, 특히 NetFlow 및 SVM 기반 모델을 분석하여 탈중앙화된 네트워크에서의 신뢰성을 평가한다.
• TrustChain—Sybil 공격에 저항하고 블록체인 유사한 DLT로서 최대 유량 알고리즘과 이중 블록 참조 기법을 사용해 전역 공감이 필요 없이도 위변조 방지 및 확장성을 확보하는 기술을 평가한다.
• DLT와 명성 시스템을 통합하여 보안성과 내구성을 향상시키며, 고처리량과 저지연을 위해 가소성 기반 복제 및 로컬 블록체인 스토리지 기법을 활용한다.
• 네트워크 상호작용과 기계 학습(예: SVM)을 조합하여 구조화된, 비균일한 혼합 사회 네트워크에서의 신뢰 예측 정확도를 향상시키는 메커니즘을 분석한다.
• 사회적 및 인프라적 과제를 해결하기 위해 명성, DLT, 명시적 규칙 설계를 통합한 통합 프레임워크를 제안한다.

Figure 1: A typical payoff matrix of a 2 player prisoner’s dilemma [ 14 ]

실험 결과

연구 질문

• RQ1 참가자가 적대자로 행동할 수 있는 탈중앙화된 네트워크에서 장기적 협력을 어떻게 유지할 수 있는가?
• RQ2 중앙 기관에 비견되는 탈중앙화된 신뢰 생태계를 구축하는 데 있어 핵심적인 인프라적 및 사회적 과제는 무엇인가?
• RQ3 간접 보상 기반의 명성 시스템이 중앙 감시 없이 Sybil 공격을 방지하고 신뢰할 수 있는 행동을 촉진할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 TrustChain과 같은 DLT가 기존 블록체인과 비교해 탈중앙화된 신뢰 시스템의 보안성과 확장성에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 네트워크 구조와 기계 학습은 탈중앙화된 명성 메커니즘의 정확도와 강건성을 향상시키는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• TrustChain는 최대 유량 기반의 명성 계산과 이중 블록 참조 기법을 통해 Sybil 공격에 저항하고 고도로 확장 가능한 성능을 달성하며, 전역 공감이 필요 없이도 가소성 기반 복제된 블록체인을 위변조 방지로 운영할 수 있다.
• TrustChain에 네이티브 토큰이나 검증자 인centives가 없기 때문에 이더리움과 같은 토큰 기반 블록체인에 비해 장기적인 네트워크 참여도와 보안 수준이 낮아질 수 있다.
• SVM 및 NetFlow 기반의 명성 시스템은 상호작용 그래프 분석과 결합될 경우 탈중앙화된 네트워크에서 신뢰할 수 있는 노드를 효과적으로 식별하는 데 성공적이다.
• 분산 장부 기술은 중복 지불 및 데이터 위변조를 방지하는 암호학적으로 보장된 불변 거래 기록을 제공함으로써 명성 시스템을 보완한다.
• 네트워크 상호작용—특히 구조화된 사회 네트워크에서 협력자 군집이 형성되는 방식—은 국소적 신뢰 전파와 결합될 경우 협력의 안정성을 향상시킬 수 있다.
• 통합 신뢰 기계는 실현된 바가 없지만, 명성 시스템과 TrustChain와 같은 DLT의 융합은 탈중앙화되고 확장 가능하며 내구성 있는 디지털 협력을 향한 실현 가능한 길을 제시한다.

Figure 2: a) Centralised network b) Decentralised network c) Distributed network Cardinal architectural insight from Baran’s 1964 paper [ 20 ]