[논문 리뷰] Sidechains: Decoupled Consensus Between Chains

Alberto Garoffolo, Robert Viglione|arXiv (Cornell University)|2018. 10. 17.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 주체인 Horizen의 새로운 사이체인 아키텍처를 제안하여, 메인체인 노드가 사이체인을 추적할 필요 없이도 안전하고 탈중앙화된 크로스체인 이전을 가능하게 한다. 이는 '증거자들'(certifiers) — 즉, 스테이킹 기반의 그룹으로, 후방 이전을 위한 크로스레저 증명서를 발행하고 검증함으로써 사기 탐지를 보장하는 기구 — 를 도입한다. 이는 예금 기반의 제재 메커니즘을 통해 사기 탐지를 보장하며, 신뢰 없이도 확장 가능한 사이체인 배포를 가능하게 하며, 메인체인의 오버헤드를 최소화한다.

ABSTRACT

We propose a novel sidechain construction tailored to be compatible with the Horizen blockchain and designed for conducting secure and decentralized cross-chain transfers without requiring the mainchain nodes to track sidechains to verify them. The proposed scheme can also be adopted for other similar blockchain systems. We show that our cross-ledger transfer mechanism is secure under certain plausible assumptions.

연구 동기 및 목표

• 메인체인 공식 합의 방식을 변경하지 않고도 기능이 풍부한 사이체인을 도입함으로써 Horizen과 같은 단일 블록체인의 확장성 및 확장성 한계를 해결하기 위해.
• 크로스체인 이전을 위해 중심화된 검증자나 채굴자에 의존하지 않도록 하여 신뢰 가정을 최소화하기 위해.
• 메인체인 노드가 전체 사이체인 상태를 추적하는 것이 아니라, 증거자 집합과 잔액만 추적하도록 하는 사이체인 메커니즘 설계를 위해.
• 경제적 유인과 사기 탐지를 통해 증거자 그룹을 통한 신뢰 없이도 안전하고 탈중앙화된 후방 이전을 가능하게 하기 위해.
• 다양한 매개변수를 커스터마이징할 수 있는 표준화되고 조합 가능한 프레임워크를 제공하여 다수의 사이체인을 배포하기 위해.

제안 방법

• 고유 ID, 시작 블록, 에포크 매개변수를 포함한 새로운 사이체인을 등록하는 주체체인에 대한 사이체인 생성 거래를 도입한다.
• 출금 에포크를 준비 단계와 증명 단계로 정의하며, 이 과정에서 증거자들이 자금 출금을 위한 크로스레저 증명서(CCert)에 서명한다.
• 스테이킹 기반의 증거자 그룹을 활용: 각 증거자는 예금을 잠금하고, 그들의 집합 서명이 출금을 위한 CCert를 형성한다.
• 사기 보고 및 예금 몰수를 통해 증거자 예금을 제재할 수 있는 분쟁 기간(dispute_len)을 설정한다.
• 정적 사기 탐지 메커니즘을 구현: 증거자가 사기적 증명서에 서명할 경우, 이후 에포크에서 이를 보고하고 제재할 수 있다.
• 앞서 이전(메인체인 → 사이체인)은 SPV 증명을 활용하고, 후방 이전은 증거자 서명과 사기 보고 메커니즘으로 보호한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메인체인 노드가 사이체인 상태를 검증하거나 추적할 필요 없이도 후방 크로스체인 이전을 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ2 증거자가 사기적으로 자금을 출금하더라도 경제적 손실을 입지 않도록 보장하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 합리적 행동 가정 하에 증명 가능성이 있는 보안을 갖춘, 채굴자 기반 외의 탈중앙화된 크로스체인 이전 시스템을 설계할 수 있는가?
• RQ4 메인체인 오버헤드를 최소화하면서도 여러 체인 간에 표준화되고 조합 가능한 사이체인 배포를 어떻게 실현할 수 있는가?
• RQ5 보안, 속도, 효율성 간의 상충 관계는 무엇이며, 이는 어떤 가변 매개변수를 통해 조정 가능한가?

주요 결과

• 다수의 증거자가 정직하다는 가정 하에, 증거자들이 공모해도 예금 몰수로 인해 순손실이 발생하므로, 후방 이전 프로토콜은 사기 방지가 가능하다.
• 사기 탐지는 메인체인에서 결정적이고 검증 가능하며, 분쟁 메커니즘을 통해 악성 증거자를 신속히 제재할 수 있다.
• 메인체인 노드는 전체 사이체인 상태를 추적할 필요 없이 현재 증거자 집합과 각 사이체인의 잔액만 추적하면 되므로, 상당한 오버헤드 감소 효과가 있다.
• 시스템은 동시에 다수의 사이체인을 지원하며, 에포크 길이, 최소 이전 금액, 분쟁 윈도우 등의 커스터마이징 가능한 매개변수를 제공한다.
• 중앙화된 검증자나 채굴자가 크로스체인 이전을 감시할 필요 없이도, 완전히 신뢰 없이 탈중앙화된 사이체인 배포가 가능하다.
• 경제적 유인 모델은 사기 행위의 비용이 잠재적 이득을 초과하므로, 증거자가 사기를 치는 것을 방지한다.