[논문 리뷰] Towards More Reliable Bitcoin Timestamps.

Paweł Szałachowski|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 24.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 기존 블록체인 프로토콜을 변경하지 않고도 Bitcoin 타임스탬프의 신뢰성을 향상시키기 위해 경량이며 후행 호환성 있는 프로토콜을 제안한다. 블록이 특정 시간 창 내에 생성되었음을 암호학적으로 증명할 수 있도록 하여 타임스탬프 조작에 대한 저항력을 높인다. 기존의 SSL/TLS 서버를 신뢰할 수 있는 시간 원천으로 활용함으로써, Bitcoin 프로토콜를 수정하지 않고도 타임스탬프 신뢰성과 블록체인의 신선도에 대한 신뢰를 크게 향상시키고, 타임스탬프 기반 공격을 탐지할 수 있다.

ABSTRACT

Bitcoin provides freshness properties by forming a blockchain where each block is associated with its timestamp and the previous block. Due to these properties, the Bitcoin protocol is being used as a decentralized, trusted, and secure timestamping service. Although Bitcoin participants which create new blocks cannot modify their order, they can manipulate timestamps almost undetected. This undermines the Bitcoin protocol as a reliable timestamping service. In particular, a newcomer that synchronizes the entire blockchain has a little guarantee about timestamps of all blocks. In this paper, we present a simple yet powerful mechanism that increases the reliability of Bitcoin timestamps. Our protocol can provide evidence that a block was created within a certain time range. The protocol is efficient, backward compatible, and surprisingly, currently deployed SSL/TLS servers can act as reference time sources. The protocol has many applications and can be used for detecting various attacks against the Bitcoin protocol.

연구 동기 및 목표

• 블록 생성자가 탐지되지 않게 타임스탬프를 조작할 수 있는 Bitcoin의 취약점을 해결하여 블록체인의 신선도에 대한 신뢰를 약화시키는 문제를 해결한다.
• 외부 검증자가 신뢰할 수 있는 시간 창에 블록이 생성되었음을 암호학적으로 바인딩할 수 있는 메커니즘을 설계하여 블록의 신뢰성을 높인다.
• 기존 Bitcoin 인fra구조와의 후행 호환성을 유지하면서 프로토콜의 효율성과 최소한의 변경 사항을 유지한다.
• 블록의 시간 창 유효성에 대한 증거를 제공함으로써 타임스탬프 기반 공격을 탐지할 수 있도록 한다.
• 광범위하게 배포된 SSL/TLS 서버가 블록체인 타임스탬프링을 위한 신뢰할 수 있고 분산된 시간 원천으로 기능할 수 있음을 입증한다.

제안 방법

• 프로토콜은 각 블록이 신뢰할 수 있는 시간 원천(예: SSL/TLS 서버)으로부터 타임스탬프 증명을 포함하도록 하는 암호학적 증명 메커니즘을 도입한다.
• SSL/TLS의 기존 공개 키 인프라를 활용하여 디지털 서명을 통해 블록 타임스탬프를 검증 가능한 시간 창에 바인딩한다.
• 검증자가 암호학적으로 블록 타임스탬프가 특정 간격 내에 존재함을 확인할 수 있도록 챌린지-응답 프로토콜을 사용한다.
• 프로토콜는 기존 Bitcoin 클라이언트와의 호환성과 효율성을 유지하도록 설계되어 핵심 블록체인 구조에 대한 변경이 필요 없다.
• SSL/TLS 서버가 암호학적으로 안전하며, 타임스탬프 조작이나 위조가 어려운 것으로 가정한다.
• 단일 신뢰할 수 있는 시간 원천을 사용하여 다수의 블록 타임스탬프를 일괄 검증할 수 있어 확장성을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Bitcoin과 같은 분산형 블록체인 시스템이 핵심 합의 메커니즘을 변경하지 않고도 더 신뢰할 수 있는 타임스탬프를 달성할 수 있는가?
• RQ2 기존 인fra구조인 SSL/TLS 서버를 활용하여 Bitcoin 블록에 대해 암호학적으로 검증 가능한 시간 참조를 제공할 수 있는가?
• RQ3 이 프로토콜이 Bitcoin에서 타임스탬프 조작 공격을 탐지하고 방지하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 기존 Bitcoin 클라이언트에 이러한 타임스탬프 신뢰성 메커니즘을 통합할 경우 성능 및 호환성 오버헤드는 어느 정도인가?
• RQ5 이 프로토콜은 합의 규칙 변경 없이도 후행 호환 방식으로 배포될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 프로토콜은 블록이 특정 시간 창 내에 생성되었음을 암호학적으로 증명할 수 있어, 그 신선도에 대한 신뢰를 크게 향상시킨다.
• 이 메커니즘은 효율적이며 Bitcoin 프로토콜나 클라이언트 소프트웨어의 변경 없이 구현 가능하다.
• 기존의 SSL/TLS 서버는 광범위한 배포와 암호학적 보안성 덕분에 신뢰할 수 있고 분산된 시간 원천으로 기능할 수 있다.
• 블록의 시간 창 유효성에 대한 검증 가능한 증거를 제공함으로써 타임스탬프 조작 공격을 탐지할 수 있다.
• 프로토콜는 블록체인 구조나 합의 규칙 변경 없이도 후행 호환성을 유지한다.
• 타임스탬프 조작이 감지되지 않게 되는 위험을 줄임으로써 Bitcoin이 타임스탬프 서비스로서의 보안성을 향상시킨다.