[논문 리뷰] A Blockchain-based Trust System for Decentralised Applications: When trustless needs trust

Nguyen B. Truong, Gyu Myoung Lee외 3명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 26.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 29인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반의 탈중앙화된 신뢰 시스템을 제안하여 탈중앙화 애플리케이션(DApps)에서 참여자 간의 평판 기반 피드백을 통해 신뢰성 있는 환경을 구축한다. 이 시스템은 스마트 계약을 활용해 조작을 방지하는 동적이고 피드백 기반의 평판 모델을 사용하며, 신뢰할 수 없는 환경에서도 신뢰할 만한 서비스 선택을 보장한다. 평가 결과, 성능 제약에도 불구하고 이더리움 테스트넷에서의 구현 가능성이 입증되었다.

ABSTRACT

Blockchain technology has been envisaged to commence an era of decentralised applications and services (DApps) without the need for a trusted intermediary. Such DApps open a marketplace in which services are delivered to end-users by contributors which are then incentivised by cryptocurrencies in an automated, peer-to-peer, and trustless fashion. However, blockchain, consolidated by smart contracts, only ensures on-chain data security, autonomy and integrity of the business logic execution defined in smart contracts. It cannot guarantee the quality of service of DApps, which entirely depends on the services' performance. Thus, there is a critical need for a trust system to reduce the risk of dealing with fraudulent counterparts in a blockchain network. These reasons motivate us to develop a fully decentralised trust framework deployed on top of a blockchain platform, operating along with DApps in the marketplace to demoralise deceptive entities while encouraging trustworthy ones. The trust system works as an underlying decentralised service providing a feedback mechanism for end-users and maintaining trust relationships among them in the ecosystem accordingly. We believe this research fortifies the DApps ecosystem by introducing an universal trust middleware for DApps as well as shedding light on the implementation of a decentralised trust system.

연구 동기 및 목표

• 블록체인의 온체인 데이터 및 스마트 계약 실행에 대한 내재된 보안에도 불구하고 탈중앙화 애플리케이션(DApps)에서의 신뢰 메커니즘이 부족한 문제를 해결한다.
• 중개자가 없는 피어 투 피어 상호작용에 의존하는 DApp 생태계에서 위험한 또는 저품질 서비스 제공자에 의한 위험을 완화한다.
• 모든 DApp이 동일한 블록체인 플랫폼에서 작동하도록 통합 가능한 보편적인 탈중앙화된 신뢰 미들웨어를 설계한다.
• 경제적 및 알고리즘적 보안 조치를 통해 일반적인 공격(예: 자기 홍보, 비방, 청소)에 강건한 평판 모델을 개발한다.
• 이더리움 테스트넷과 시뮬레이션을 활용해 실제 도입 환경에서의 시스템 성능 및 보안을 평가한다.

제안 방법

• 과거 상호작용의 피드백에 기반해 신뢰 점수를 계산하는 탈중앙화된 평판(DER) 모델을 제안하며, 피드백 제공자의 평판에 따라 가중치를 적용한다.
• 사용자가 피드백을 제출할 경우 거래 수수료를 지불하도록 하는 피드백 메커니즘을 구현하여 시비 및 스팸 공격을 감소시킨다.
• 페이지랭크를 영감으로 삼은 재귀적 평판 계산(Equations 6 및 7)을 사용하며, 노드의 신뢰 점수는 그 이웃들의 신뢰성에 따라 결정된다.
• 이더리움에 스마트 계약으로 신뢰 시스템을 구현하고, DApps와 통합하여 신뢰 인식 기반의 서비스 선택을 가능하게 한다.
• 자기 홍보, 비방 등의 다양한 공격 시나리오에서 시스템의 저항성과 피드백 전파 특성을 평가하기 위해 시뮬레이션을 수행한다.
• 읽기/쓰기 거래의 지연 및 블록 확인 시간을 측정하여, 네 개의 이더리움 테스트넷(Kovan, Rinkeby, Goerli, Ropsten)에서 성능 평가를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 신뢰할 수 있는 중개자가 없는 환경에서 탈중앙화 애플리케이션(DApps)에서 신뢰성 있는 환경을 보장하기 위해 탈중앙화된 신뢰 시스템을 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 신뢰할 수 없는 환경에서 자주 발생하는 공격(예: 자기 홍보, 비방, 청소)을 효과적으로 견딜 수 있는 평판 모델은 무엇인가?
• RQ3 피드백 제출의 경제적 비용이 평판 시스템의 신뢰성과 보안에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 기존의 블록체인 플랫폼(예: 이더리움)에 탈중앙화된 신뢰 시스템을 구현할 경우 성능 저하 요인은 무엇인가?
• RQ5 제안된 시스템이 실제 DApps에 얼마나 잘 통합되어 서비스 품질 향상과 사용자 안전성 향상에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 탈중앙화된 신뢰 시스템은 피드백 제공자의 평판에 따라 가중치를 적용함으로써 자기 홍보 및 비방 공격을 효과적으로 완화한다.
• 피드백 제출에 대한 거래 수수료는 스팸 및 시비 공격을 크게 감소시키며, 저신뢰성 엔티티가 다른 이들의 평판에 미치는 영향이 미미해진다.
• 이더리움 테스트넷에서의 성능 평가 결과, Kovan과 Rinkeby는 Goerli 및 Ropsten보다 더 낮고 안정적인 지연 시간(2~3배 낮음)을 보이며, WRITE 거래의 경우 블록 확인 시간이 거의 한 블록에 가깝게 나타난다.
• 메인넷과 유사한 Proof-of-Work를 사용하는 Ropsten은 더 현실적인 성능을 보이며, 더 높은 지연 시간과 더 넓은 블록 확인 시간 변동성(4500–17350 ms)을 나타낸다.
• 시스템의 성능은 블록체인의 기본 제약, 특히 합의 알고리즘과 거래 처리량에 의해 제한되며, 샤딩 및 오프체인 솔루션 분야의 추가 연구가 필요함을 시사한다.
• 페이지랭크를 영감으로 삼은 평판 모델의 설계 덕분에, 새로운 또는 악성 노드가 쉽게 평판을 부풀리지 못하며, 장기적인 시스템의 내구성이 향상된다.