[논문 리뷰] Evolution of Ethereum: A Temporal Graph Perspective

Qianlan Bai, Chao Zhang외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 15.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 11인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 2015년에서 2019년 사이 이더리움 거래의 진화를 분석하기 위해 외부 거래와 내부 거래에서 유도된 사용자-사용자(UUG), 계약-계약(CCG), 사용자-계약(UCG) 그래프를 활용한 시간적 그래프 분석 프레임워크를 제안한다. 연구 결과, 이더리움의 거래 패턴은 에테르 가격과 강하게 상관되며, 지속적인 폭발적 특성을 보이며, 초기 단계부터 극도로 높은 재산 불평등이 존재함을 밝혀냈다. 이는 부자들이 항상 부자로 남아 있다는 '부자들이 더 부자가 된다'는 현상을 반영한다.

ABSTRACT

Ethereum is one of the most popular blockchain systems that supports more than half a million transactions every day and fosters miscellaneous decentralized applications with its Turing-complete smart contract machine. Whereas it remains mysterious what the transaction pattern of Ethereum is and how it evolves over time. In this paper, we study the evolutionary behavior of Ethereum transactions from a temporal graph point of view. We first develop a data analytics platform to collect external transactions associated with users as well as internal transactions initiated by smart contracts. Three types of temporal graphs, user-to-user, contract-to-contract and user-contract graphs, are constructed according to trading relationship and are segmented with an appropriate time window. We observe a strong correlation between the size of user-to-user transaction graph and the average Ether price in a time window, while no evidence of such linkage is shown at the average degree, average edge weights and average triplet closure duration. The macroscopic and microscopic burstiness of Ethereum transactions is validated. We analyze the Gini indexes of the transaction graphs and the user wealth in which Ethereum is found to be very unfair since the very beginning, in a sense, "the rich is already very rich".

연구 동기 및 목표

• 시간에 따라 변화하는 이더리움 거래 행동의 진화적 역학을 이해한다.
• 에테르 가격과 같은 외부 요인이 거래 패턴과 네트워크 구조에 미치는 영향을 조사한다.
• 시간적 그래프 모델을 활용해 이더리움 거래 네트워크의 공정성과 구조적 진화를 분석한다.
• 외부 계정(EOA)과 스마트 계약이 거래 흐름과 계약 생애 주기 이벤트에서 수행하는 역할을 분석한다.

제안 방법

• 아카이브 노드에서 외부 거래를 추출하고, 수정된 클라이언트 프로그램을 통해 내부 거래를 추출하기 위한 데이터 분석 플랫폼을 구축했다.
• 거래 데이터에서 사용자-사용자(UUG), 계약-계약(CCG), 사용자-계약(UCG)의 세 가지 시간적 그래프를 구축했다.
• 시간 분석을 가능하게 하기 위해 슬라이딩 윈도우와 인크리멘탈 윈도우를 사용해 시간축을 윈도우로 분할했다.
• 거래 도착 패턴의 매크로스코픽 및 마이크로스코픽 폭발적 특성을 상호 거래 간격 분포를 통해 정량화했다.
• 도우, 거래량, 잔액 분포의 지니 계수를 계산하여 불평등 정도를 평가했다.
• 시간 윈도우에 걸쳐 스마트 계약 생애 주기 이벤트(생성, 호출, 수명 종료)를 분석하여 스마트 계약의 진화를 연구했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이더리움의 사용자-사용자 거래 그래프(UUG)의 크기와 구조는 시간에 따라 어떻게 변화하며, 이러한 변화를 이끄는 요인은 무엇인가?
• RQ2 이더리움의 거래 행동은 에테르 가격 변동과 어느 정도 상관되는가?
• RQ3 맥락적 및 미시적 폭발적 특성 패턴은 이더리움 거래 흐름에 어떻게 나타나는가?
• RQ4 이더리움의 재산 불평등은 어떻게 변화하며, 초기 단계부터 '부자들이 더 부자가 된다'는 현상이 관찰되는가?
• RQ5 스마트 계약 생성, 호출, 종료(suicide) 행동의 시간적 추세는 어떠한가?

주요 결과

• 사용자-사용자 거래 그래프(UUG)의 크기는 시간 윈도우 동안 평균 에테르 가격과 강하게 상관되며, 이는 가격에 의해 영향을 받는 네트워크 활동을 시사한다.
• 가격과의 강한 상관관계에도 불구하고, UUG의 평균 차수, 평균 간선 무게, 평균 삼중 클로징 지속 시간은 에테르 가격과 유의미한 관계를 보이지 않는다.
• 이더리움 거래는 매크로스코픽 및 마이크로스코픽 폭발적 특성을 모두 보이며, 대부분의 노드가 짧은 활성 폭발 기간 동안 거래를 집중적으로 수행한다.
• UUG에서의 재산 분포 지니 계수는 초기 블록부터 매우 높아, 이더리움 설립 이래 극도의 불평등한 잔액 분포가 존재했음을 시사한다.
• 연속된 시간 윈도우 간 사용자 잔액 간 피어슨 상관계수는 0.85를 초과하여, 시간이 지나도 '부자들은 항상 부자'라는 현상이 지속됨을 입증한다.
• 스마트 계약 활동은 거래 패턴과 유사한 3단계 진화를 보이며, 외부 계정(EOA)이 계약의 주요 호출자이며, 대부분의 계약 수명 종료 시점에서 자금이 다른 계약이 아닌 외부 계정으로 이관된다.