[논문 리뷰] Workflow Management on the Blockchain --- Implications and Recommendations

Jöerg Evermann, Henry Kim|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 31.

Business Process Modeling and Analysis참고 문헌 39인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반 워크플로우 관리 시스템(WfMS)을 제안하며, 기존의 스마트 컨트랙트 기반 워크플로우 엔진을 표준 인터페이스를 통해 블록체인 인프라와 통합함으로써 실현 가능성을 두 가지 프로토타입을 통해 입증한다. 주요 기여는 블록체인 특유의 과제—특히 프로브 오브 워크 합의의 영향—를 규명하고, 상호 조직 간 워크플로우에서 지연, 불변성, 사용자 인터페이스 문제를 해결하기 위한 실질적인 권고안을 제시하는 것이다.

ABSTRACT

Blockchain technology, originally popularized by cryptocurrencies, has been proposed as an infrastructure technology with applications in many areas of business management. Blockchains provide an immutable record of transactions, which makes them useful in situations where business actors may not fully trust each other. The distributed nature of blockchains makes them particularly suitable for inter-organizational e-Business applications. In this paper we examine the use of blockchains for executing inter-organizational workflows. We discuss architectural options and describe prototype implementations of blockchain-based workflow management systems (WfMS), highlighting differences to traditional WfMS. Our main contribution is the identification of potential problems raised by blockchain infrastructure and recommendations to address them.

연구 동기 및 목표

• 표준의 스마트 컨트랙트 기반 워크플로우 엔진을 블록체인 인프라에 도입하여 상호 조직 간 워크플로우에 대해 실현 가능성을 탐색한다.
• 블록체인의 프로브 오브 워크 합의 메커니즘이 워크플로우 실행 과정에서 발생시키는 아키텍처적 및 운영적 과제를 규명한다.
• 워크플로우 엔진과 블록체인 시스템 간의 일반적이고 프로그래밍 언어에 종속되지 않는 인터페이스를 개발하여 모듈화된 통합을 가능하게 한다.
• 블록체인 기반 WfMS에서의 사용성, 성능, 장애 내성 향상을 위한 실질적인 권고안을 제공한다.
• 스마트 컨트랙트가 블록체인 기반 WfMS의 필수 조건이 아니며, 기존 WfMS 도입을 위한 대안적 아키텍처 경로를 제시한다.

제안 방법

• 블록체인이 거래의 불변성과 합의를 담당하고, 기존의 WfMS 엔진이 워크플로우 로직과 상태 전이를 관리하는 분리된 아키텍처를 설계한다.
• 워크플로우 상태와 활동을 표준 인터페이스를 사용해 블록체인 트랜잭션으로 매핑하는 두 가지 연구용 프로토타입을 구현하며, 워크플로우 기술 언어에 종속되지 않는다.
• 실험적 구현을 통해 블록체인 지연과 최종성의 영향이 워크플로우 실행 및 사용자 경험에 미치는 영향을 평가한다.
• 분산 및 복제된 WfMS 원칙을 적용하여 기존 시스템을 블록체인의 탈중앙화 및 장애 내성 모델에 적응시킨다.
• 블록체인 노드와 워크플로우 엔진 간의 1:1 및 n:m 매핑을 포함한 아키텍처 옵션을 평가하여 확장성과 배포의 유연성을 분석한다.
• 트랜잭션 롤백을 처리하고 블록체인 지연 상황에서 사용자 경험을 향상시키기 위해 사전 실행 및 보상 워크플로우 메커니즘을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 스마트 컨트랙트 기반 워크플로우 엔진을 상호 조직 간 워크플로우에 블록체인 인프라와 효과적으로 통합할 수 있는가?
• RQ2 블록체인 기반 WfMS에서 프로브 오브 워크 합의로 인해 발생하는 주요 성능 및 사용성 과제는 무엇인가?
• RQ3 블록체인 특유의 속성—불변성, 최종성, 지연—을 명확히 전달할 수 있는 사용자 인터페이스는 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ4 블록체인 기반 WfMS에서 확장성, 장애 내성, 확장성을 지원하는 데 가장 적합한 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ5 기존의 WfMS, 예를 들어 YAWL과 같은 시스템은 스마트 컨트랙트 언어로의 완전한 재구현 없이도 블록체인에 얼마나 적합하게 변환될 수 있는가?

주요 결과

• 스마트 컨트랙트에 의존하지 않고도 표준 워크플로우 엔진을 블록체인 인프라에 일반화된 방식으로 구현할 수 있으며, 구성 요소 간 표준 인터페이스를 통해 가능하다.
• 프로브 오브 워크 블록체인은 워크플로우 실행에 영향을 미치는 심각한 지연과 최종성 지연을 유발하며, 이에 따라 새로운 사용자 인터페이스 및 상호작용 패턴이 필요하다.
• 블록체인 트랜잭션의 불변성과 암호학적 무결성은 특히 적대적인 당사자 간의 상호 조직 워크플로우에서 신뢰를 강화한다.
• 실패하거나 지연된 트랜잭션의 영향을 완화하기 위해 보상 활동 또는 워크플로우 프래그먼트를 사용할 수 있다.
• 블록체인 노드와 워크플로우 엔진 간의 n:m 매핑과 같은 아키텍처의 유연성은 확장성과 배포 옵션을 향상시킬 수 있다.
• 사용자 교육과 인터페이스 설계는 핵심 과제이며, 사용자가 트랜잭션 최종성과 영구적인 상태 변경과 같은 블록체인 특유의 동작 방식을 이해해야 한다.