Hyperledger Sawtooth를 이용한 경량 IoT 블록체인 네트워크 설계

Abstract

블록체인과 IoT의 융합은 IoT가 당면한 많은 문제점을 해결할 수 있을 것이라 기대받고 있다. 현재 IoT 블록체인 플랫폼은 불완전하다. IOTA, IoTex로 대표되는 IoT 블록체인 플랫폼은 높은 성능이 요구되거나 분산화를 포기했다. 그 외 대표적인 블록체인 플랫폼(Ethereum, Hyperledger Fabric)은 IoT 환경에 적합하지 않다. Hyperldger Sawtooth는 유연한 모듈화와 시간을 활용하는 경쟁적 합의 알고리즘인 PoET(Proof of Elapsed Time)가 특징이다. 본 논문에서는 기존의 블록체인 플랫폼이 IoT 환경에 적합하지 않음을 밝히고 Hyperledger Sawtooth를 개선한 경량 IoT 블록체인을 제안한다. IoT 환경에서 활용할 수 있도록 ARM 호환성 확보, Docker를 이용한 이식성을 확보하였다. 제안 된 IoT Sawtooth는 라즈베리파이4와 Pine64를 통해 실증하였다. 경량화를 위해 Sawtooth의 Block 흐름을 분석하고 성능개선점 도출하였다. 블록 검증 과정 중 일부를 검증할지 결정하는 컨트롤러를 강화학습을 이용하여 두 가지 모델로 구현하였다. 첫 번째 모델은 최적의 우회주기를 결정하는 모델로 우회주기를 변경하며 최적의 값을 찾는다. 비교적 단순한 환경에 적합하며 쉽게 적용할 수 있다. 두 번째 모델은 네트워크 안전도에 따라 우회를 결정하도록 구현하였다. 네트워크 안전도와 관계된 state를 정의하고 위험메시지에 민감하게 반응할 수 있도록 설계하였다. 블록체인 공격 환경을 시뮬레이션 하여 실험한 결과 적절한 검증 비율을 유지하면서 위험 메시지 통과 비율을 크게 개선하였다.