[논문 리뷰] ResilientDB

Suyash Gupta, Sajjad Rahnama외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 01.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 77인용 수 3

한 줄 요약

GeoBFT는 지역 클러스터에 복제본을 그룹화하여 네트워크 지연을 줄이고 장애 격리 성능을 향상시키는 지리적 인식형, 지리적 스케일의 비잔티노스 결합 방식이다. 복제본 간의 상호작용을 최소화하고 병렬 결합 실행을 가능하게 하여 지리적으로 분산된 환경에서의 성능을 극대화한다. ResilientDB에 구현된 GeoBFT는 최신 기술 대비 여섯 배 빠른 성능 향상을 달성하였다.

ABSTRACT

Recent developments in blockchain technology have inspired innovative new designs in resilient distributed and database systems. At their core, these blockchain applications typically use Byzantine fault-tolerant consensus protocols to maintain a common state across all replicas, even if some replicas are faulty or malicious. Unfortunately, existing consensus protocols are not designed to deal with geo-scale deployments in which many replicas spread across a geographically large area participate in consensus. To address this, we present the Geo-Scale Byzantine Fault-Tolerant consensus protocol (GeoBFT). GeoBFT is designed for excellent scalability by using a topological-aware grouping of replicas in local clusters, by introducing parallelization of consensus at the local level, and by minimizing communication between clusters. To validate our vision of high-performance geo-scale resilient distributed systems, we implement GeoBFT in our efficient ResilientDB permissioned blockchain fabric. We show that GeoBFT is not only sound and provides great scalability, but also outperforms state-of-the-art consensus protocols by a factor of six in geo-scale deployments.

연구 동기 및 목표

• 기존의 비잔티노스 결합 방식이 지리적으로 분산된 환경에서 겪는 확장성 한계를 해결하기 위해.
• 대규모 글로벌 배포 데이터베이스 시스템에서 클러스터 간 통신 오버헤드를 줄이기 위해.
• 광역망에 분산된 복제본을 가진 허가된 블록체인 시스템에서 고성능 결합을 가능하게 하기 위해.
• 대규모에서 안정적인 일致성과 장애 내성 보장을 유지하는 레지لي언트 데이터베이스 아키텍처를 설계하기 위해.

제안 방법

• GeoBFT는 네트워크 지연을 줄이고 장애 격리를 향상시키기 위해 복제본을 지리적으로 국소화된 클러스터로 그룹화한다.
• 각 지역 클러스터 내에서 병렬 결합 실행을 가능하게 하여 처리량을 증가시키고 지연을 감소시킨다.
• 클러스터당 주 복제본을 지정함으로써 설계적으로 클러스터 간 통신을 최소화하는 지도 기반 복제본 그룹화 전략을 사용한다.
• 클러스터 간 통신을 최소화하기 위해 뷰 변경 및 사전 준비 메시지를 병합하고 최적화한다.
• 허가된 블록체인 프레임워크인 ResilientDB는 GeoBFT를 구현하여 종단 간 내성과 확장성 있는 성능을 제공한다.
• 지역 결합이 전역 상태 동기화 이전에 완료되는 계층적 결합 모델을 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광역 네트워크에 분산된 환경에서 비잔티노스 결합 방식을 효과적으로 확장하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 강력한 일致성과 내성 보장을 유지하면서 클러스터 간 통신을 최소화하는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ3 국제적으로 분산된 데이터베이스 시스템에서 국소 클러스터 내 병렬 결합 실행이 처리량과 지연을 크게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 실세계 배포 환경에서 지도 기반 복제본 그룹화 전략이 결합 방식의 성능과 내성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 허가된 블록체인 프레임워크가 지리적 스케일 환경에서 기존 프로토콜 대비 6배 이내 성능 향상을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• GeoBFT는 지리적 스케일 배포 환경에서 최신 기술 대비 여섯 배 빠른 성능 향상을 달성하였다.
• 지역 기반 결합 클러스터를 활용하고 클러스터 간 메시지 교환을 최소화함으로써 클러스터 간 통신을 감소시켰다.
• 지역 클러스터 내 병렬 결합 실행은 단일 결합 방식 대비 처리량을 크게 향상시키고 지연을 감소시켰다.
• GeoBFT를 기반으로 한 ResilientDB는 네트워크 분할과 악성 복제본 행동 조건에서도 강력한 일치성과 비잔티노스 장애 내성을 유지한다.
• 지도 기반 클러스터링 전략은 장애 격리를 향상시키고 광역 배포 환경에서 종단 간 지연을 감소시켰다.
• 실행 결과는 네트워크 지도 구조를 고려한 통신 패턴 최적화가 지리적 분산 결합을 확장 가능하고 효율적으로 만들 수 있음을 입증하였다.