[논문 리뷰] Implementation of Smart Contracts Using Hybrid Architectures with On- and Off-Blockchain Components

Carlos Molina-Jiménez, Ioannis Sfyrakis외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 31.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 29인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 순수 블록체인 또는 중심화된 시스템의 확장성 및 신뢰성 한계를 극복하기 위해 실행을 블록체인 내부(이더리움)와 외부로 분리하는 하이브리드 스마트 계약 아키텍처를 제안한다. 외부에서 검증을 담당하는 신뢰할 수 있는 제3자(TTP)와 이더리움을 통해 최종 판결을 내리는 방식으로, 성능과 서비스 품질(QoS) 향상을 달성하였으며, 린케비 네트워크에서 기계적으로 생성된 테스트 시퀀스를 통해 검증되었다.

ABSTRACT

Recently, decentralised (on-blockchain) platforms have emerged to complement centralised (off-blockchain) platforms for the implementation of automated, digital (smart) contracts. However, neither alternative can individually satisfy the requirements of a large class of applications. On-blockchain platforms suffer from scalability, performance, transaction costs and other limitations. Off-blockchain platforms are afflicted by drawbacks due to their dependence on single trusted third parties. We argue that in several application areas, hybrid platforms composed from the integration of on- and off-blockchain platforms are more able to support smart contracts that deliver the desired quality of service (QoS). Hybrid architectures are largely unexplored. To help cover the gap, in this paper we discuss the implementation of smart contracts on hybrid architectures. As a proof of concept, we show how a smart contract can be split and executed partially on an off-blockchain contract compliance checker and partially on the Rinkeby Ethereum network. To test the solution, we expose it to sequences of contractual operations generated mechanically by a contract validator tool.

연구 동기 및 목표

• 엄격한 서비스 품질(QoS) 요구사항을 충족시키지 못하는 순수 블록체인 또는 외부 실행 스마트 계약 플랫폼의 한계를 해결하기 위해.
• 블록체인의 신뢰성과 외부 시스템의 성능을 조합한 하이브리드 아키텍처를 탐색하기 위해.
• 논리의 일부가 이더리움에서, 일부가 신뢰할 수 있는 외부 블록체인 컴포넌트에서 실행되는 실용적인 하이브리드 스마트 계약의 구현을 보여주기 위해.
• 계약 검증 도구로 생성된 자동화된 테스트 시퀀스를 사용하여 아키텍처를 검증하기 위해.
• 다양한 독립된 플랫폼 간에 상호작용하는 다중 스마트 계약 응용 프로그램을 위한 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 스마트 계약은 두 구성 요소로 분할된다: 외부 블록체인에서 작동하는 계약 준수 검사기와 이더리움 린케비 네트워크에 배포된 최종 판결 검증 모듈.
• 외부 블록체인 구성 요소는 표준 API를 사용하여 계약적 운영의 초도 검증을 수행하고 결과를 블록체인 내부 구성 요소로 반환한다.
• 블록체인 내부 구성 요소는 외부 블록체인 모듈로부터 입력을 수신하고, 그 정당성을 검증한 후 판결을 불변 로그에 기록한다.
• 시스템은 블록체인 내부 로직에 대해 이더리움의 솔리디티 언어를 사용하며, 표준 인터페이스를 기반으로 구성 요소 간의 상호운용성을 확보한다.
• 실제 사용 시나리오를 시뮬레이션하고 정확성을 검증하기 위해 기계적으로 생성된 계약 운영 시퀀스를 사용하여 아키텍처를 테스트한다.
• 구성 요소 간의 조율은 명확히 정의된 게이트웨이와 API를 통해 관리되며, 다수의 블록체인 내외 구성 요소로의 확장성을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블록체인 내외 구성 요소를 조합한 하이브리드 아키텍처가 순수 블록체인 또는 중심화된 시스템에 비해 스마트 계약의 서비스 품질(QoS)을 효과적으로 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 외부 블록체인 구성 요소를 어떻게 안전하고 신뢰성 있게 블록체인 내부 검증과 통합할 수 있으며, 이를 통해 신뢰성과 무결성을 유지할 수 있는가?
• RQ3 검증 가능하고 테스트 가능한 동작을 갖춘 하이브리드 스마트 계약 시스템을 설계하고 구현하는 데 있어 실질적인 과제는 무엇인가?
• RQ4 외부 블록체인 구성 요소가 보안을 훼손하지 않으면서 성능 향상과 거래 비용 절감에 얼마나 기여할 수 있는가?
• RQ5 이러한 하이브리드 아키텍처는 독립된 플랫폼 간에 상호 연결된 다수의 스마트 계약을 지원하기 위해 일반화될 수 있는가?

주요 결과

• 하이브리드 아키텍처는 고처리량·저지연 검증과 최종 신뢰할 수 있는 검증을 효과적으로 분리하여 전반적인 QoS 향상을 달성했다.
• 외부 블록체인 구성 요소는 초도 검증을 처리하여 블록체인 내부 부담을 줄였고, 확장성 향상과 거래 수수료 절감에 기여했다.
• 기계적으로 생성된 계약 운영 시퀀스를 사용하여 시스템이 성공적으로 테스트되었으며, 정상적인 기능과 높은 내구성을 입증했다.
• 외부 운영에 대해 신뢰할 수 있는 제3자(TTP)를 활용함으로써 성능 향상을 달성했고, 블록체인 내부 최종성 보장 덕분에 검증 가능성도 유지되었다.
• 아키텍처는 확장성과 조립 가능성이 있었으며, 표준화된 API를 통해 향후 다수의 블록체인 내외 구성 요소 통합을 지원할 수 있었다.
• 이러한 접근법은 현재 블록체인 기반 스마트 계약의 한계를 해결하는 실용적이고 구현 가능한 솔루션을 제공하며, 특히 고처리량 및 저지연 요구 사항을 갖는 응용 프로그램에 적합하다.