[논문 리뷰] Permissionless and Asynchronous Asset Transfer

Petr Kuznetsov, Yvonne-Anne Pignolet외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 01.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 22인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 전통적인 다수결 시스템을 가중치가 부여된 스테이크 기반 증명 방식으로 대체함으로써, 동적 적대자에 대해 저항할 수 있는 허가 없는 비동기 자산 이전 프로토콜인 Pastro를 제안한다. 이 시스템은 구성(configuration)과 향후 보안 서명(forward-secure signatures)을 사용하여, 어떤 활성 구성에서 스테이크의 1/3 미만을 보유한 참가자의 적응적 손상에도 일관성과 보안을 보장한다.

ABSTRACT

Most modern asset transfer systems use consensus to maintain a totally ordered chain of transactions. It was recently shown that consensus is not always necessary for implementing asset transfer. More efficient, asynchronous solutions can be built using reliable broadcast instead of consensus. This approach has been originally used in the closed (permissioned) setting. In this paper, we extend it to the open (permissionless) environment. We present Pastro, a permissionless and asynchronous asset-transfer implementation, in which quorum systems, traditionally used in reliable broadcast, are replaced with a weighted Proof-of-Stake mechanism. Pastro tolerates a dynamic adversary that is able to adaptively corrupt participants based on the assets owned by them.

연구 동기 및 목표

• 합의 및 그 성능과 에너지 비용을 피하는 허가 없는 자산 이전 시스템을 설계하는 것.
• 정적 다수결을 스테이크 가중치 기반 검증으로 대체하여 개방형 네트워크에서 시비르 공격을 해결하는 것.
• 스테이크 기반으로 참가자가 적응적으로 손상되는 상황에서도 보안과 일관성을 유지하는 것.
• 동기화 가정, 무작위화 또는 신뢰 설정에 의존하지 않고도 지속 가능성과 안전성을 유지하는 것.
• 구성 기반 정합성 및 향후 보안 서명을 통해 효율적이고 확장 가능한 자산 이전을 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 다수결 기반의 전통적인 시스템을 스테이크를 보유한 참가자들이 발급하는 스테이크 가중치 기반 증명서로 대체한다.
• 구성(configuration) — 활성 참가자와 스테이크 분포를 정의하는 거래의 부분 순서 집합 — 의 개념을 도입한다.
• 참가자 간의 구성에 대한 다름없는 시각을 정합하기 위해 격자 합의(lattice agreement)를 사용한다.
• 오래된 구성이 느리거나 지연된 참가자를 속이지 못하도록 하기 위해 향후 보안 디지털 서명을 사용한다.
• 스팸 방지를 위해 수수료 및 인플레이션 메커니즘을 통한 거래 검증을 구현한다.
• 구성 변경 후에 검증자가 개인 키를 업그레이드해야 하는 단방향 키 업데이트 메커니즘을 시행하여 향후 보안을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 허가 없는 비동기 환경에서 합의 또는 신뢰 설정 없이도 자산 이전을 안전하게 구현할 수 있는가?
• RQ2 스테이크 기반의 신뢰성은 시비르 공격이 가능한 환경에서 어떻게 달성될 수 있는가?
• RQ3 적대자가 참가자의 현재 스테이크를 기반으로 적응적으로 참가자를 손상시키는 상황에서 일관성과 보안을 확보할 수 있는가?
• RQ4 오래된 구성은 어떻게 안전하게 폐기되어 지연된 참가자에 대한 재생 공격을 방지할 수 있는가?
• RQ5 시스템의 효율성과 내구성을 유지하면서 소규모이고 효율적인 검증자 집단을 유지하기 위한 경제적 인cent라이브는 무엇인가?

주요 결과

• Pastro는 합의 없이도 허가 없는 비동기 환경에서 안전하고 효율적인 자산 이전을 달성하여 에너지 소비와 지연 비용을 줄였다.
• 프로토콜은 어떤 활성 후보 구성에서 스테이크의 1/3 이하를 제어하는 동적 적대자에 대해 안전하다.
• 향후 보안 서명은 안전한 키 업데이트를 가능하게 하고 오래된 구성이 느린 참가자를 속이지 못하도록 한다.
• 구성과 격자 합의를 사용함으로써 비동기성과 부분적 시각에도 불구하고 참가자들이 일관된 시스템 상태 시각에 도달할 수 있다.
• 스팸 방지 및 시스템 지속 가능성을 유지하기 위해 거래 수수료 및 인플레이션과 같은 실용적 메커니즘을 지원한다.