[논문 리뷰] A Survey on Applications of Game Theory in Blockchain

Ziyao Liu, Nguyen Cong Luong외 5명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 28.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 117인용 수 68

한 줄 요약

다양한 게임 모델에 초점을 맞춘, 게임 이론이 블록체인 네트워크를 분석하는 방법에 대한 조사로서, 보안, 채굴 관리, 경제 전반의 응용에 중점을 둔다.

ABSTRACT

In the past decades, the blockchain technology has attracted tremendous attention from both academia and industry. The popularity of blockchain networks was originated from a crypto-currency to serve as a decentralized and tamperproof transaction data ledger. Nowadays, blockchain as the key framework in the decentralized public data-ledger, has been applied to a wide range of scenarios far beyond crypto-currencies, such as Internet of Things (IoT), healthcare, and insurance. This survey aims to fill the gap between the large number of studies on blockchain network, where game theory emerges as an analytical tool, and the lack of a comprehensive survey on the game theoretical approaches applied in blockchain related issues. In this paper, we review game models proposed to address common issues in the blockchain network. The issues include security issues, e.g., selfish mining, majority attack and Denial of Service (DoS) attack, issues regard mining management, e.g., computational power allocation, reward allocation, and pool selection, as well as issues regarding blockchain economic and energy trading. Additionally, we discuss advantages and disadvantages of these selected game models and solutions. Finally, we highlight important challenges and future research directions of applying game theoretical approaches to incentive mechanism design, and the combination of blockchain with other technologies.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 노드(광부, 풀, 사용자) 간의 전략적 상호작용을 분석하는 데 게임 이론이 어떻게 활용될 수 있는지 명확히 한다.
• 블록체인 네트워크의 보안 위협(예: 이기적 채굴, DoS) 을 다루는 게임 이론 모델을 검토한다.
• 컴퓨팅 파워 할당, 풀 선택, 보상 분배 등 채굴 관리 문제를 조사한다.
• 에너지 거래 및 시장 상호작용을 포함한 블록체인 플랫폼 위의 인센티브 메커니즘과 응용을 탐구한다.

제안 방법

• 문헌을 블록체인 이슈 카테고리(보안, 채굴 관리, 응용)로 분류한다.
• 각 연구에서 게임 모델, 참여자, 행위, 전략, 보상을 식별한다.
• 사용되는 표준 게임 이론 개념(Nash 평형, 부분게임 완전 균형, Stackelberg, 확장형, 확률게임)을 설명한다.
• 각 모델이 어떻게 분석하는지와 더불어 인센티브 호환성과 네트워크 보안에 대해 무엇을 시사하는지 요약한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 게임 이론 모델이 블록체인 광부, 풀, 사용자 간의 전략적 상호작용을 가장 잘 포착하는가?
• RQ2 이 모델들이 이기적 채굴, 블록 보류, DoS 등의 보안 위협에 대해 PoW/PoS 시스템에서 어떻게 대응하는가?
• RQ3 게임 이론 분석이 합의 프로토콜의 인센티브 호환성과 안정성에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 블록체인과 게임 이론의 결합에 있어 주요 열린 과제와 향후 방향은 무엇인가?
• RQ5 게임 이론이 블록체인 기반 응용(예: edge 컴퓨팅, 에너지 거래)에서 인센티브 설계 및 자원 배분에 어떻게 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 게임 이론은 블록체인 네트워크에서 광부와 풀의 행동 및 인센티브 호환성을 분석하는 자연스러운 프레임워크를 제공한다.
• 비협력적, 확장형, Stackelberg, 확률적 및 기타 게임 모델은 보안 공격, 채굴 관리, 시장 상호작용을 연구하는 데 도움을 준다.
• 적용 사례로 이기적 채굴, 풀의 블록 보류, 포크 체인 선택, 보상 및 전력 할당, 사이버 보험 가격 책정 등의 모델링이 포함된다.
• 제로 결정자(ZD) 전략과 협력 개념이 이기적 채굴 맥락에서 사회적 복지를 향상시키는 방향으로 탐구된다.
• 설문은 도전 과제를 확인하고 인센티브 메커니즘 설계 및 블록체인의 다른 기술과의 통합에 대한 향후 방향을 제시한다.