중앙화 된 절차 없이 확장성을 확보하기 위한 개선된 PoS 구조 설계

Abstract

제4차 산업혁명 시대를 맞이하여 블록체인에 대한 세계 각국의 관심이 모이고 있다. 최근 독일, 중국 등에서 블록체인의 중요성에 대한 발표는 이러한 사실을 뒷받침한다. 블록체인을 이용한 서비스는 분산화된 P2P 환경에서 정보를 주고받기 때문에 네트워크의 모든 참여자가 평등하게 정보를 주고받을 수 있다는 장점을 가진다. 블록체인 기술은 이러한 탈중앙화 특성 외에도 데이터를 쉽게 변조 할 수 없는 불변성, 사용자가 직접 드러나지 않는 익명성, 기록을 토대로 감사가 용이한 특성을 지닌다. 이로인해 블록체인은 단순한 암호화폐로서의 기술을 넘어 산업 전반에 적용될 수 있는 잠재력을 지니고 있다 그러나 블록체인 시스템을 이용하는 것은 기존의 중앙집중식 시스템에서 마주하지 않았던 여러 문제점들을 야기하기도 한다. 이더리움(Ethereum)의 창립자인 Vitalik Buterin은 이러한 문제점들에 대하여 "스케일러빌리티 트라일레마(scalability trilemma)"라고 정의하였다. 이는 하나의 블록체인 시스템이 확장성(scalability), 탈중앙화(decentralization), 보안(security)이라는 3가지 특성 모두를 만족시킬 수는 없는 모순적인 상황을 일컫는다 트라일레마의 3가지 특성 중 확장성에 관련한 문제는 블록체인 시스템의 성능에 가장 직접적으로 영향을 미친다. 이 때문에 확장성 문제에 대한 해결방안을 찾으려는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존의 방식들은 위원회(committee)를 구성하여 블록생성자를 선정한다. 이는 탈중앙화 특성을 헤치는 요소로 작용할 우려가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하고자 위원회 등의 중앙화 된 절차 없이 확장성을 개선하는 PoS 기반 블록 생성 알고리즘, Proof-of-Lottery(PoL)를 제안한다. PoL은 노드의 지분에 기반하여 복권추첨과 유사한 방식으로 추첨을 통해 블록생성자를 선정한다. 이를 통해 기존 블록체인 기술이 가진 연산능력 낭비 문제를 해결하고 확장성을 확보한다. 블록생성자를 선정하는 과정은 위원회 등을 구성할 필요없이 네트워크의 모든 노드에서 수행되기 때문에 중앙화 문제를 방지한다. 제안한 블록생성자 선정 방법의 성능을 평가하기 위하여 알고리즘의 시간복잡도를 표현하고 기존의 블록생성 알고리즘들과 비교를 수행하였다. 평가 결과, DPoS를 제외한 나머지의 알고리즘보다 빠르거나 비슷한 수준의 속도로 블록생성자를 선정할 수 있음을 확인하였다. 블록체인 기술이 성숙해감에 따라 블록생성 알고리즘에 대하여 사용자들의 요구가 다양해지고, 기능이 복잡해지고 있다. 최근 시중에 공개된 상용 알고리즘은 블록의 생성 뿐만 아니라 블록체인의 확정 과정, 보안 대책 등을 같이 고려하는 경향을 보인다. 본 연구의 후속 연구로서, 이러한 부분을 추가하여 최근 추세에 맞는 블록체인 생성 알고리즘으로 개선하고자 한다.