[논문 리뷰] vDLT: A Service-Oriented Blockchain System with Virtualization and Decoupled Management/Control and Execution

F. Richard Yu|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 02.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 22인용 수 7

한 줄 요약

vDLT는 관리/제어 기능과 실행 기능을 분리하고 가상화를 활용하여 다양한 품질보증(QoS) 요구사항—지연, 처리량, 비용, 기밀성 등—을 지원하는 서비스 중심 블록체인 시스템을 제안한다. 서비스를 QoS 인식 가능한 계층으로 분류하고 동적으로 고립된 가상 DLT 인스턴스를 제공함으로써 기존 블록체인 시스템에 비해 확장성, 탈중앙화 및 적응성 면에서 향상된다.

ABSTRACT

A wide range of services and applications can be improved and/or solved by using distributed ledger technology (DLT). These services and applications have widely varying quality of service (QoS) requirements. However, most existing DLT systems do not distinguish different QoS requirements, resulting in significant performance issues such as poor scalability and high cost. In this work, we present vDLT -- a service-oriented blockchain system with virtualization and decoupled management/control and execution. In vDLT, services and applications are classified into different classes according to their QoS requirements, including confirmation latency, throughput, cost, security, privacy, etc. This is a paradigm shift from the existing "blockchain-oriented" DLT systems to next generation "service-oriented" DLT systems. Different QoS requirements are fulfilled by advanced schemes inspired by the development of the traditional Internet, including classification, queuing, virtualization, resource allocation and orchestration, and hierarchical architecture. In addition, management/control and execution of smart contracts are decoupled to support QoS provisioning, improve decentralization, and facilitate evolution in vDLT. With virtualization, different virtual DLT systems with widely varying characteristics can be dynamically created and operated to accommodate different services and applications.

연구 동기 및 목표

• 기존 블록체인 시스템이 모든 애플리케이션을 동일하게 대응하는 방식으로 인해 발생하는 확장성 및 QoS 제약를 해결하기 위해.
• 저지연, 저비용 또는 고기밀성과 같은 다양한 요구사항을 가진 서비스들이 하나의 DLT 플랫폼에서 효율적으로 공존할 수 있도록 하기 위해.
• 관리/제어 기능과 실행 기능을 분리하여 탈중앙화를 향상시키고, 자원 할당을 동적으로 지원하며, 시스템 구성 요소의 독립적 진화를 가능하게 하기 위해.
• 다양한 특성을 지닌 고립된 가상 DLT 시스템을 지원하는 계층적이고 가상화된 아키텍처를 도입하기 위해.
• 자체 수정 가능한 거버넌스 모델을 구축하여 다인자 합의 및 제곱 투표를 통해 지속 가능한 프로토콜 진화를 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 확보 지연, 처리량, 비용, 보안, 기밀성 등의 요구사항을 바탕으로 서비스를 QoS 클래스로 분류하기.
• 합의, 노드 선택, 자원 할당 등의 관리/제어 기능을 실행 기능에서 분리하여 독립적 최적화를 가능하게 하기.
• 가상화를 구현하여 동적으로 다수의 고립된 가상 DLT 시스템을 생성하고 관리하며, 각 시스템을 특정 서비스 클래스에 맞게 맞춤화하기.
• 로컬 및 글로벌 관리/제어 노드를 포함한 계층적 아키텍처를 사용하여 시스템 성능을 확장하고 중심화 압력을 줄이기.
• 인플레이션과 스테이킹을 포함한 토큰 기반 인cent라이브 메커니즘을 도입하여 활동 참여를 보상하고 시스템 보안을 확보하기.
• 불량 행위 및 무료 라이딩을 방지하기 위해 보증금 몰수 및 증거 기반 보고 방식으로 강제 수단을 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이질적인 애플리케이션 간에 다양한 품질보증(QoS) 요구사항을 효과적으로 지원할 수 있는 블록체인 시스템의 설계는 어떻게 이루어져야 하는가?
• RQ2 DLT 시스템에서 관리/제어 기능과 실행 기능을 분리하기 위해 필요한 아키텍처적 및 운영적 변화는 무엇인가?
• RQ3 가상화 기술을 어떻게 활용하여 성능 및 보안 특성이 다른 다수의 고립된 DLT 인스턴스를 생성할 수 있는가?
• RQ4 탈중앙화를 해치지 않으면서 지속 가능하고 자체 수정 가능한 프로토콜 진화를 가능하게 하는 거버넌스 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 무료 라이딩을 방지하고 장기적인 시스템 무결성을 확보하기 위해 인센티브 및 제재 시스템을 어떻게 설계할 수 있는가?

주요 결과

• vDLT는 실시간 결제 및 저비용 IoT 트랜잭션과 같은 극명하게 다른 QoS 요구사항을 가진 서비스들이 하나의 통합 시스템 내에서 공존할 수 있도록 한다.
• 관리/제어 기능과 실행 기능을 분리함으로써 vDLT는 탈중앙화를 향상시키고 합의, 자원 할당, 실행의 독립적 최적화를 가능하게 한다.
• 가상화 기술의 활용을 통해 다양한 서비스 클래스에 맞게 맞춤화된 동적 가상 DLT 시스템을 생성할 수 있어 융통성과 고립성이 향상된다.
• 계층적 관리/제어 아키텍처는 로컬 및 글로벌 제어 노드 간의 부하 분산을 통해 확장성을 지원한다.
• 다인자 합의와 제곱 투표를 포함한 자체 수정 가능한 거버넌스 모델은 단계적 테스트 및 투표를 통해 안전하고 커뮤니티 기반의 프로토콜 진화를 가능하게 한다.
• 스테이킹과 보증금 몰수를 포함한 인센티브 및 제재 메커니즘은 악성 행위와 무료 라이딩을 효과적으로 억제하여 시스템 신뢰도를 향상시킨다.