[논문 리뷰] Towards Blockchain-enabled Open Architectures for Scalable Digital Asset Platforms

Denis Avrilionis, Thomas Hardjono|arXiv (Cornell University)|2021. 10. 24.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 디지털 트윈 컨테이너(DT-Container)를 중심으로 한 자산 중심 블록체인 아키텍처를 제안하며, 실제 자산과 그 블록체인 내 디지털 트윈 간의 상태 일致성을 유지하기 위해 현실 세계 자산과 블록체인 내 디지털 트윈을 동기화한다. 논리적 작업 단위(LUW)와 계약 기반 설계 원칙을 도입함으로써 DT-Container는 원자적이고 다중 시스템에 걸친 거래를 가능하게 하여 블록체인 내외의 상태 관리를 통합하며, 확장성 있고 상호운용 가능한 디지털 자산 플랫폼의 기반을 제공한다.

ABSTRACT

Today there is considerable interest in deploying blockchains and decentralized ledger technology as a means to address the deficiencies of current financial and digital asset infrastructures. The focal point of attention in many projects on digital asset and cryptocurrency is centered around blockchain systems and smart contracts. Many projects seek to make the blockchain as the centerpiece of the new decentralized world of finance. However, several roadblocks and challenges currently face this predominant blockchain-centric view. In this paper we argue that the proper and correct perspective on decentralized economy should be one that is asset-centric, where the goal should be the consistent lifecycle management of assets in the real-world with their digital representation on the blockchain. We introduce the notion of the digital twin to capture the relationship between a real-world asset and its on-chain representation. A digital twin container is utilized to permit off-chain state persistence and on-chain state traceability, where the container can be deployed on the blockchain as well as on traditional application servers. The digital twin container becomes the bridge between legacy infrastructures and the newly emergent blockchain infrastructures, permitting legacy systems to interoperate consistently with blockchain systems. We believe this asset-centric view to be the correct evolutionary direction for the nascent field of blockchains and decentralized ledger technology.

연구 동기 및 목표

• 탈중앙화된 금융에서 블록체인 중심 설계로 인해 발생하는 데이터 및 자산 사각지대 문제를 해결하기 위해.
• 기존 시스템과 블록체인 인fra 간의 디지털 자산 관리에서 원활한 상호운용성을 가능하게 하기 위해.
• 실제 자산과 그 블록체인 내 디지털 표현 간의 종단 간 일관성을 확보하기 위해.
• DT-Container를 통해 신뢰할 수 있는 외부 캐스터에게 지속적 상태를 이관함으로써 블록체인 내 상태 부풀림을 줄이기 위해.
• 블록체인 및 외부 시스템을 아우르는 단일 거래 모델인 논리적 작업 단위(LUW)를 수립하여 ACID 성질을 확보하기 위해.

제안 방법

• 디지털 트윈 상태를 관리하기 위해 블록체인 또는 기존 서버에 배포할 수 있는 이식 가능한 소프트웨어 추상화인 디지털 트윈 컨테이너(DT-Container)를 도입한다.
• 블록체인 및 외부 시스템의 하위 거래를 아우르는 원자적 단위로 간주하는 논리적 작업 단위(LUW) 패러다임을 활용하여 다중 시스템 거래를 모델링한다.
• 디지털 트윈의 일관성을 상태 변경 시에도 유지하기 위해 사후 조건을 강제하는 계약 기반 사양을 사용한다.
• 자산 상태 관리와 애플리케이션 로직을 분리하기 위해 상태 및 조율 로직을 DT-컨테이너 내부에 캡슐화한다.
• 기존의 블록체인 패턴인 오라클 및 스마트 컨트랙트를 활용하지만, DT-컨테이너 추상화 내에서 이들의 역할을 재구조화하여 조율 능력을 향상시킨다.
• 기업용 컨테이너화 기반의 컨테이너 기반, 다중 플랫폼 소프트웨어 모델을 채택하여 이질적인 인프라 간 일관된 동작을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탈중앙화된 디지털 자산 생태계에서 실제 자산 상태와 블록체인 내 상태를 어떻게 일관성 있게 동기화할 수 있는가?
• RQ2 기존 시스템과 블록체인 기반 플랫폼 간의 원활한 상호운용성을 가능하게 하는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ3 이질적인 환경에서 ACID 보장을 확보하면서 원자적이고 다중 시스템 거래를 어떻게 모델링하고 강제할 수 있는가?
• RQ4 블록체인 및 외부 자산 관리를 통합하는 이식 가능하고 상태 기반 소프트웨어 구조의 역할은 무엇인가?
• RQ5 DT-컨테이너와 같은 전용 재사용 가능한 추상화로 조율 로직을 이관함으로써 스마트 컨트랙트의 복잡성을 어떻게 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 디지털 트윈 컨테이너는 이질적인 시스템 간에 실제 자산과 그 블록체인 내 디지털 트윈 간의 일관성 있고 추적 가능하며 검증 가능한 동기화를 가능하게 한다.
• 논리적 작업 단위(LUW) 모델은 블록체인 및 외부 시스템의 거래를 단일 원자적 거래 경계로 통합하여 시스템 간 ACID 준수를 보장한다.
• 지속적 상태를 DT-컨테이너에 이관함으로써 블록체인 내 상태를 최소화하여 가스 비용을 절감하고 확장성을 향상시킨다.
• DT-컨테이너 추상화 덕분에 동일한 기술적 기능을 블록체인 또는 기존 서버에 배포할 수 있어 플랫폼에 종속되지 않는 디지털 자산 관리가 가능하다.
• 조율 로직을 직접 DT-컨테이너에 통합함으로써 외부 오라클 의존도를 줄여 신뢰성과 보안 표면을 개선한다.
• 계약 기반 설계와 선언적 상태 사양을 활용함으로써 모든 거래 후에도 디지털 트윈이 일관된 상태를 유지하고, 잘못된 전이를 방지한다.