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정보과학회지 (Communications of KIISE)

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한글제목(Korean Title) [특집원고] 블록체인 합의 알고리즘 응용분야 적합성 연구
영문제목(English Title)
저자(Author) 최종석   박종규   김명길   김호원                    
원문수록처(Citation) VOL 36 NO. 05 PP. 0009 ~ 0016 (2018. 05)
한글내용
(Korean Abstract)
블록체인은 2008년 사토시 나카모토의 Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System [1]에서 블록과 블록을 연결하는 방법에서 유래하였다. 블록체인은 피어들에게 원장이 공유되고 블록 안의 내용이 투명하게 공개되며 임의로 변경이 불가능한 특성으로 인해 암호화폐에서 필수불가결의 기술로 인정 받았다. 그리고 이제블록체인은 암호화폐만을 위한 기술이 아니라 여러 산업 분야에 걸쳐서 활용가능성을 보여주고 있다.블록체인은 네트워크에 참여한 각 피어들이 분산된원장을 공유하고, 이를 관리하기 위해 합의 알고리즘을 사용한다. 그러나 비트코인으로 대표되는 초기 블록체인 암호화폐의 경우 PoW(Proof of Work) [2] 합의 알고리즘을 사용하는데 이는 완전히 분산된 네트워크에 피어들이 언제든지 참여할 수 있어 확장성이용이하다는 장점이 있지만, 합의를 위한 피어들의 작업이 경쟁적이고 대단히 에너지 소모적이며 성능이떨어지는 단점이 있다. 또한 PoW 의 특성상 피어들의작업에 대한 보상이 필요한 네트워크 구조가 요구되어코인이나 토큰의 개념이 필요없는 블록체인 시스템에서는 적합하지 않다. 때문에, 여러 블록체인 플랫폼에서 PoW 의 단점을 극복한 PoS(Proof of Stake) [3],DPoS(Delegated Proof of Stake) [4], PBFT(PracticalByzantine Fault Tolerance) [5], Casper [6], Tendermint[7] 등과 같은 개선된 합의 알고리즘들을 연구, 개발및 적용하고 있다.PoS는 PoW와 다르게, 지분이 블록 생성자를 결정하는 요인이 되는 방식으로, 에너지 소모가 요구되지 않으며 PoW에 비해 상대적으로 트랜잭션 처리에 대한 신뢰성이 높다는 장점이 있다 [3]. DPoS는 PoS 를 기반의합의 알고리즘으로, 대표자를 선출하고 대표자들에게 블록 생성에 대한 권한을 위임하는 알고리즘을 가진다[4]. PoS 에 비해 빠른 트랜잭션 처리 속도와 확장성을가지며 블록체인의 신뢰성이 더욱 높아지는 장점이 있다. 하지만 블록체인 네트워크의 중앙집중도가 높아져,분산 네트워크의 장점이 약화되는 단점이 있다. PBFT는 기존의 분산 네트워크에서 사용되던 합의 알고리즘으로, 악의적인 노드가 네트워크에 참여해 있더라도,합의 과정을 이끌어 낼 수 있으며 비동기 분산 네트워크에도 적용할 수 있다는 장점이 있다 [5]. Casper는PoS와 PBFT기반의 합의 알고리즘이다. Ethereum이라는 블록체인 플랫폼에서 개발 및 적용중인 알고리즘으로, 현재는 PoW와 PoS, Hybrid 구조로 되어있지만 향후PoS로 전환 예정이다. 이 알고리즘은 Justified(인증)와Finality(최종확정성) 두 가지 개념을 적용해, 블록체인신뢰성을 높이고, 자체 프로토콜을 통해 상황에 대한안정성을 보장한다. 특히 PoS의 문제점 중 하나인nothing at stake를 해결하고 이를 이론적으로 증명한 알고리즘이다 [6]. Tendermint 는 DPoS 와 PBFT기반의 합의 알고리즘이다. PBFT 합의 알고리즘 과정을 통해 악의적인 노드가 네트워크에 참여하더라도 합의 과정이진행될 수 있는 구조를 가진다. 또한 블록 생성 프로토콜에 참여한 블록 생성자들에게 예치금을 요구하여 네트워크에서 악의적인 행동에 대한 처벌을 수행함으로,nothing at stake문제를 해결했고, 네트워크에 대한 안정성을 높인다 [7]. 가용성을 중시하는 Casper와는 다르게더욱 높은 안정성을 제공하는데 목적을 두고있다. 이외에도 PoE(Proof of Existence), PoET(Proof of Elapsed Time), PoI(Proof of Importance), Stellar 등 많은 합의 알고리즘들이 있으며, 응용되는 분야(금융, 물류, 유통, 항만, 자동차, 데이터 통신, 공유, 인증 등)에 따라 블록체인 시스템의 목적에 따라 파생되고 있다. 본 연구의 2장에서는 블록체인의 카테고리에 대해 간략하게 소개하고, 3장에서 합의 알고리즘들에 대한 전반적인 배경과 특징을 소개한다. 4장에서는 3장에서 소개한 합의 알고리즘들에 대한 장단점을 분석한다. 5장에서는 응용 분야별 적합한 합의 알고리즘을 분석하고, 결론에서는 합의 알고리즘들이 적용 될만한 응용 서비스 사례를 들고 마친다.
영문내용
(English Abstract)
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