[논문 리뷰] Witnet: A Decentralized Oracle Network Protocol

Adán Sánchez de Pedro Crespo, Daniele Levi외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Cryptography and Data Security참고 문헌 24인용 수 37

한 줄 요약

Witnet는 신뢰할 수 없는 제3자에 의존하지 않고 스마트 계약이 외부 데이터를 검색할 수 있도록 보장하는 탈중앙화된 오라클 네트워크(DON)를 제안한다. 이는 새로운 Retrieve-Attest-Deliver(RAD) 프로토콜을 통해 신뢰할 수 있고 검증 가능한 외부 데이터 접근을 가능하게 한다. 네트워크는 명성 기반의 워치독 선택, 분할된 작업 배포, 블록체인 기반의 인cent라이브를 결합하여 데이터 무결성, 확장성, Sybil 공격 및 이클립스 공격에 대한 저항성을 확보하며, 검열에 강한 디지털 지식 아카이브의 기반을 마련한다.

ABSTRACT

Witnet is a decentralized oracle network (DON) that connects smart contracts to the outer world. Generally speaking, it allows any piece of software to retrieve the contents published at any web address at a certain point in time, with complete and verifiable proof of its integrity and without blindly trusting any third party. Witnet runs on a blockchain with a native protocol token (called Wit), which miners-called witnesses-earn by retrieving, attesting and delivering web contents for clients. On the other hand, clients spend Wit to pay witnesses for their Retrieve-Attest-Deliver (RAD) work. Witnesses also compete to mine blocks with considerable rewards, but Witnet mining power is proportional to their previous performance in terms of honesty and trustworthiness-this is, their reputation as witnesses. This creates a powerful incentive for witnesses to do their work honestly, protect their reputation and not to deceive the network. The Witnet protocol is designed to assign the RAD tasks to witnesses in a way that mitigates most attack vectors to the greatest extent. At the same time, it includes a novel 'sharding' feature that (1) guarantees the efficiency and scalability of the network, (2) keeps the price of RAD tasks within reasonable bounds and (3) gives clients the freedom to adjust certainty and price by letting them choose how many witnesses will work on their RAD tasks. When coupled with a Decentralized Storage Network (DSN), Witnet also gives us the possibility to build the Digital Knowledge Ark: a decentralized, immutable, censorship-resistant and eternal archive of humanity's most relevant digital data. A truth vault aimed to ensure that knowledge will remain democratic and verifiable forever and to prevent history from being written by the victors.

연구 동기 및 목표

• 스마트 계약이 외부 데이터에 접근할 때 발생하는 신뢰 문제를 해결하기 위해 검증 가능하고 탈중앙화된 오라클 서비스를 제공하는 것.
• 조작과 Sybil 공격을 방지하는 확장성 있고 안정적인 탈중앙화된 데이터 검색 아키텍처를 설계하는 것.
• 워치독의 인cent라이브를 정직한 행동과 장기적인 네트워크 무결성에 맞추기 위한 명성 시스템을 설계하는 것.
• 탈중앙화된 스토리지 네트워크(DSN)와의 통합을 통해 영구적이고 변경 불가능한 인간 지식의 디지털 아카이브를 구축할 수 있도록 하는 것.
• 클라이언트가 작업당 워치독 수를 선택하여 확신도와 비용을 조정할 수 있도록 하는 프로토콜을 정형화하는 것.

제안 방법

• 시스템은 세 단계의 RAD(Retrieve-Attest-Deliver) 프로토콜을 사용한다: 클라이언트가 데이터 검색 요청을 제출하고, 워치독이 데이터를 검색하고 증명하며, 결과가 클라이언트에게 전달된다.
• 워치독은 과거의 정직성에 비례하는 명성 기반으로 선정되며, 이 명성은 시간이 지남에 따라 감소하고 부정행위에 대해 제재하는 디머레이션 함수를 사용해 계산된다.
• 프로토콜은 RAD 작업을 여러 워치독에 분할 배포하는 메커니즘을 통해 확장성을 향상시키며, 클라이언트가 신뢰성과 비용을 조절할 수 있도록 한다.
• 명성 기반 마이닝 프로토콜은 블록 마이닝 능력이 과거 성과에 비례하도록 하여 정직한 행동을 유도하고 공모를 억제한다.
• 시스템은 '브릿지'를 통해 외부 플랫폼과 통합되며, 이는 이더리움, DSN, 웹 API 등을 포함하여 크로스체인 데이터 흐름을 가능하게 한다.
• 스마트 계약과 MAST 기반 스크립팅을 통해 복잡한 논리와 조건부 실행이 가능하며, 코벤턴트와 번들된 매크로를 통해 보안적인 트랜잭션 패턴을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 계약이 외부 데이터를 검색할 때 신뢰할 수 없는 제3자에 의존하지 않고도 데이터의 무결성과 검증 가능성을 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ2 보안을 유지하면서 Sybil 공격 및 이클립스 공격 등의 공격 벡터를 최소화하면서 탈중앙화된 오라클 네트워크의 확장을 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ3 워치독의 신뢰성과 장기적인 조작 방지를 반영할 수 있는 동적 명성 시스템은 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ4 탈중앙화된 데이터 검색에서 비용, 확신도, 성능 간의 최적의 트레이드오프는 무엇이며, 클라이언트는 이를 어떻게 제어할 수 있는가?
• RQ5 탈중앙화된 스토리지 네트워크는 오라클과 어떻게 통합되어 영구적이고 검열에 강한 디지털 지식 아카이브를 가능하게 할 수 있는가?

주요 결과

• Witnet 프로토콜은 완전한 암호학적 증명을 통해 어떤 웹 주소에서든 검증 가능하고 신뢰할 수 있는 외부 데이터 접근을 가능하게 한다.
• 명성 기반의 워치독 선택 메커니즘은 마이닝 파wr와 작업 배정이 과거의 정직성에 비례하도록 하여 공모 위험을 크게 감소시킨다.
• RAD 작업의 분할은 클라이언트가 요청당 워치독 수를 조절할 수 있도록 하여 비용과 신뢰성 간의 유연한 트레이드오프를 가능하게 한다.
• 시스템의 설계는 탈중앙화된 스토리지 네트워크(DSN)와의 통합을 지원하여 영구적이고 변경 불가능한 디지털 지식 아카이브의 구축을 가능하게 한다.
• 명성에 대한 디머레이션 함수는 자연스럽게 시간이 지남에 따라 감소하여 장기적인 명성 축적을 방지하고 활발한 참여를 장려한다.
• 트랜잭션 스크립팅에서 MAST와 코벤턴트를 사용함으로써 고급이고 보안적인 스마트 계약 패턴, 예를 들어 조건부 실행과 출력 잠금 기능을 지원한다.