[논문 리뷰] Toward Open Data Blockchain Analytics: A Bitcoin Perspective

Dan McGinn, Doug McIlwraith외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 02. 21.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 비트코인 블록체인을 위한 그래프 기반의 개방형 데이터 분석 프레임워크를 제안하며, 저수준의 이진 데이터를 고해상도 그래프 모델로 변환하여 숨겨진 거래 패턴, 자산 축적, 네트워크 수준의 경제적 행동을 밝혀내고자 한다. 공개적이고 투명한 블록체인 데이터를 활용함으로써, 연구는 개방형 데이터 아키텍처가 사회적 및 경제수학적 통찰—예를 들어 사용자 간 연결 가능성, 통화량 이론을 통한 deflationary 추세, 그리고 조율된 방어 메커니즘—을 드러내는 방식을 보여주며, 확장성과 기밀성 확보를 위해 투명성을 기꺼이 기부하는 비공개, 전용 허가 블록체인보다 우월한 이점을 제공한다.

ABSTRACT

Bitcoin is the first implementation of what has become known as a 'public permissionless' blockchain. Guaranteeing security and protocol conformity through its elegant combination of cryptographic assurances and game theoretic economic incentives, it permits censorship resistant public read-write access to its append-only blockchain database without the need for any mediating central authority. Not until its advent has such a trusted, transparent, comprehensive and granular data set of digital economic behaviours been available for public network analysis. In this article, by translating the cumbersome binary data structure of the Bitcoin blockchain into a high fidelity graph model, we demonstrate through various analyses the often overlooked social and econometric benefits of employing such a novel open data architecture. Specifically we show (a) how repeated patterns of transaction behaviours can be revealed to link user activity across the blockchain; (b) how newly mined bitcoin can be associated to demonstrate individual accumulations of wealth; (c) through application of the naive quantity theory of money that Bitcoin's disinflationary properties can be revealed and measured; and (d) how the user community can develop coordinated defences against repeated denial of service attacks on the network. All of the aforementioned being exemplary benefits that would be lost with the closed data models of the 'private permissioned' distributed ledger architectures that are dominating enterprise level development due to existing blockchain issues of governance, scalability and confidentiality.

연구 동기 및 목표

• 비공개 허가 블록체인의 한계를 해결하기 위해, 대규모 네트워크 분석을 위한 개방형 공개 블록체인 데이터의 가치를 입증하는 것.
• 원시 비트코인 블록체인 데이터로부터 고해상도 그래프 모델을 개발하여 거래 및 사용자 행동 분석을 가능하게 하는 것.
• 공개적으로 이용 가능한 검증 가능한 블록체인 데이터를 활용해 사회적 및 경제수학적 통찰—예를 들어 자산 축적과 네트워크 내성 등—을 밝혀내는 것.
• 기업용 블록체인에서 비공개 데이터 모델이 초래하는 위험을 부각하며, 확장성과 기밀성 확보를 위해 투명성과 신뢰를 기꺼이 기부하는 것의 문제점을 지적하는 것.
• 신뢰, 투명성, 지식 발견 측면에서 측정 가능한 이점이 있음을 보여줌으로써, 블록체인 분석에서 개방형 데이터 아키텍처의 필요성을 주장하는 것.

제안 방법

• 색상 코드를 사용한 데이터 요소를 활용해 원시 이진 비트코인 블록체인 데이터(예: 블록#170)를 구조화되고 질의 최적화된 그래프 모델로 변환: 녹색은 블록 헤더, GRAY는 거래, 오ран지색은 입력, 파랑은 출력, 빨간색은 공개 키 및 주소.
• 이중 그래프 구조 구축: 거래 네트워크와 주소 네트워크를 구성한 후, 이를 고차원 엔티티 그래프로 추상화하여 사용자처럼 행동하는 것과 연결 가능성 모델링.
• 공통 입력과 환불 주소를 통한 반복적인 거래 패턴 탐지 및 다중 입력/출력을 개인 또는 실체에 연결하기 위한 링크 분석 기법 적용.
• 원시 통화량 이론을 적용하여 신규 코인 발행 속도와 공급 증가율을 분석함으로써 비트코인의 deflationary 성질을 정량적으로 모델링하고 검증.
• 서비스 거부 공격에 대한 조율된 반응을 탐지하기 위해 거래 행동 패턴 분석을 수행함으로써, 공개 허가 없는 블록체인 네트워크에서의 네트워크 수준 방어 메커니즘이 존재하는지 확인.
• 암호학적 검증 원칙(예: ECDSA 서명 검증)을 적용하여 재구성된 그래프 모델 내에서 데이터 무결성과 추적 가능성을 보장.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원시 저수준 비트코인 블록체인 데이터는 어떻게 고해상도 질의 최적화 그래프 모델로 변환되어 분석 용도로 활용될 수 있는가?
• RQ2 거래 그래프 분석을 통해 블록체인 전반에서 사용자 신원과 거래 행동을 얼마나 잘 연결할 수 있는가?
• RQ3 공개 블록체인 데이터를 활용해 비트코인의 deflationary 성질을 정량적으로 측정하고 검증할 수 있는가?
• RQ4 공개 허가 없는 블록체인 네트워크에서 서비스 거부 공격에 대응하는 조율된 방어 행동이 나타날 수 있는가?
• RQ5 비공개 전용 레지스터 모델 대비 개방형 데이터 블록체인 분석의 사회적 및 경제수학적 이점은 무엇인가?

주요 결과

• 원시 비트코인 블록체인 데이터를 그래프 모델로 변환함으로써 네트워크 전반에서 복잡한 거래 패턴을 효율적으로 질의하고 탐색할 수 있다.
• 공통 입력과 환불 주소 사용 등의 반복적인 거래 행동을 통해 블록체인 전반에서 사용자 수준의 활동과 연결 가능성을 유추할 수 있다.
• 신규로 채굴된 비트코인은 그래프 모델을 통해 시간이 지남에 따라 개인 또는 실체 수준의 자산 축적을 추적할 수 있다.
• 원시 통화량 이론의 적용을 통해 비트코인의 deflationary 성질이 드러나며, 예측 가능하고 점점 감소하는 신규 코인 발행 속도를 확인할 수 있다.
• 분석 결과, 서비스 거부 공격에 대한 조율된 네트워크 수준의 반응이 존재하는 것으로 밝혀져 공개 허가 없는 시스템에서의 잠재적 내성 메커니즘이 존재함을 시사한다.
• 비공개 허가 블록체인은 확장성과 기밀성 문제를 해결하지만, 개방형 데이터의 투명성과 신뢰성의 이점을 기꺼이 기부함으로써 지식 발견과 공개 감사 가능성에 제약을 끼친다.