[논문 리뷰] ZeroBlock: Preventing Selfish Mining in Bitcoin

Siamak Solat, Maria Potop-Butucaru|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 01.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 50

한 줄 요약

ZeroBlock는 가로지르기 가능한 타임스탬프에 의존하지 않는 새로운 기법을 통해 비트코인에서 자기 이익 채굴 및 블록 보류 공격을 방지하기 위한 분산 합의 기법을 활용한다. 이 기법은 위조 가능한 타임스탬프에 의존하지 않으면서도 공정성을 보장한다. 이 솔루션은 노드의 변화에 강건하며, 동적인 환경에서도 보안성과 효율성을 유지한다.

ABSTRACT

Bitcoin was recently introduced as a peer-to-peer electronic currency in order to facilitate transactions outside the traditional financial system. The core of Bitcoin, the Blockchain, is the history of the transactions in the system maintained by all nodes as a distributed shared register. New blocks in the Blockchain contain the last transactions in the system and are added by nodes (miners) after a block mining process that consists in solving a resource consuming proof-of-work (cryptographic puzzle). The reward is a motivation for mining process but also could be an incentive for attacks such as selfish mining. In this paper we propose a solution for one of the major problems in Bitcoin : selfish mining or block withholding attack. This attack is conducted by adversarial or selfish nodes in order to either earn undue rewards or waste the computational power of honest nodes. Contrary to recent solutions, our solution, ZeroBlock, prevents block withholding using a technique free of forgeable timestamps. Moreover, we show that our solution is also compliant with nodes churn.

연구 동기 및 목표

• 비트코인 블록체인에서 자기 이익 채굴 및 블록 보류 공격이라는 심각한 보안 위협을 해결하기 위해.
• 기존 자기 이익 채굴 방지 솔루션에서 위조 가능성이 있는 타임스탬프에 의존하지 않도록 하기 위해.
• 노드의 높은 변화율이 발생하는 환경에서도 보안성과 기능성을 유지할 수 있는 방어 메커니즘을 설계하기 위해.
• 적대적 노드가 부당한 보상을 얻는 것을 방지하면서도 비트코인 채굴의 인cent라이브 구조를 유지하기 위해.

제안 방법

• 블록 제출을 분산된 타임스탬프 없는 검증 과정을 통해 블록 보류를 방지하는 새로운 합의 기법을 도입한다.
• 암호학적 기법을 활용해 채굴자가 정직하게 제출한 유효한 블록만 블록체인에 수락하도록 보장한다.
• 외부 타임스탬프에 의존하지 않고도 채굴자가 일정 시간 내에 정직하게 작업을 제출했음을 증명할 수 있는 프로토콜을 설계한다.
• 네트워크 전반의 블록 제출 패턴을 분석하여 자기 이익 채굴 행동을 탐지하고 격리하는 분산 검증 모델을 사용한다.
• 노드가 자주 네트워크에 진입하거나 이탈하는 상황에서도 시스템이 보안성과 일관성을 유지할 수 있도록 동적 노드 관리를 통합한다.
• 적대적 노드에 의한 조작에 저항하는 암호학적 증거와 합의 규칙에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 위조 가능한 타임스탬프에 의존하지 않고 자기 이익 채굴을 어떻게 방지할 수 있는가?
• RQ2 높은 노드 변화율 하에서도 강건한 보안성과 효율성을 확보할 수 있는 자기 이익 채굴 방지 메커니즘을 설계할 수 있는가?
• RQ3 어떤 암호학적 기법과 합의 메커니즘이 정직한 블록 제출을 보장하면서도 블록 보류 공격을 방지할 수 있는가?
• RQ4 제안된 솔루션은 비트코인 채굴 생태계에서 공정성과 인센티브 호환성을 어떻게 유지하는가?

주요 결과

• ZeroBlock는 위조 가능한 타임스탬프를 사용하지 않고도 자기 이익 채굴 및 블록 보류 공격을 성공적으로 방지한다.
• 노드가 자주 네트워크에 진입하거나 이탈하는 상황에서도 보안성과 일관성이 유지되어 변화에 대한 강건성을 입증한다.
• 프로토콜은 오직 정직한 채굴자에게만 보상을 지급하여 비트코인 채굴의 인센티브 구조를 유지한다.
• 다수의 채굴자가 정직하다는 가정 하에 메커니즘이 공식적으로 보안성이 있음을 증명했다.
• 검증 오버헤드로 인한 성능 저하를 피하여 실세계 구현에 실용적이다.
• 지연된 블록 제출이나 전략적 보류와 같은 적대적 행동에 대해 시스템은 여전히 보안성을 유지한다.