블록체인 기술의 합의 알고리즘 성능 향상 및 Smart Contract 활용 연구 :Research on the Performance Improvement of Consensus Algorithm and Smart Contract Utilization in Blockchain Technology

김동학

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김동학 (홍익대학교, 弘益大學校大學院)

지도교수: 金柄瑞

발행연도: 2020

저작권: 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

블록체인 기술의 합의 알고리즘 성능 향상 및 Smart Contract 활용 연구

김동학 電子電算工學科 2020.01 학위논문

2019

블록체인을 위한 RSP 합의 알고리즘

김동학 , 김병서 전자공학회논문지 2019.08 학술저널

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4차 산업혁명 시대에 들어서 IT 기술은 급부상하여 다양한 분야에 걸쳐 변화무쌍하게 적용되는 기술이다. 그 중에서도 5G, 사물인터넷 등의 디지털 기술과 금융, 의학 분야와 같이 데이터를 안전하게 캐싱하는데 주 목적을 둔 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 Peer들 간에 생성된 체인 형태로 연결된 데이터를 분산된 환경에 저장하여 데이터를 처리하는 기술인 블록체인 기술에 관하여 연구를 수행하였다. 본 논문에서 논의하고 있는 구체적인 블록체인 기술에 대한 연구 결과들은 다음과 같다.
첫 번째로 기존 서버-클라이언트 방식의 중앙 집중형 네트워킹 구조가 갖고 있는 치명적인 단점을 분산 원장형 네트워킹 구조가 가진 장점과 비교하여 보완할 수 있는 방안을 모색하고 블록체인 기술의 최근 표준화 동향, 활용 분야 등에 대해 분석하였다. 마지막으로 현 시점에서 블록체인 기술이 보유한 한계점을 분석하고 해결하기 위한 다양한 기술들에 대해 연구하였다.
두 번째로, 블록체인 기술의 핵심 요소 중 하나인 합의 알고리즘에 관하여 연구를 수행하였다. 작업 증명, 지분 증명 알고리즘과 같이 기존에 사용되고 있는 알고리즘의 문제점에 대해 분석하고 최종적으로 모바일 네트워크에서 안전한 데이터 캐싱을 목표로 한 합의 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 악의적인 참여자의 공격을 확률적으로 희박하게 만들어 회피하기 위한 용도로 서로 균형을 이루는 세 가지 값 R, S, P를 사용하여 분산된 사용자 간에 합의를 이루는 알고리즘이다. 본 알고리즘이 실제로 네트워크에 적용되었을 때 예상되는 파급효과들에 대하여 제안한 합의 알고리즘을 기존에 존재하는 타 알고리즘들과 비교하여 분석하였으며 전력 소모, 네트워크 보안성 면에서 기존의 방식들에 비하여 우수한 성능을 나타낼 것으로 분석하였다.
마지막으로 4차 산업혁명이 도래함에 따라 경제적으로 풍족한 사회가 되어 내국인 해외여행 빈도수가 점차 증가하고 있지만 여행 관련한 대부분의 서비스가 단체 여행객들을 위한 서비스 기반으로 운용 중에 있어 1인 여행객의 여행 만족도 향상을 목표로 한 아이디어를 제시하고 Truffle framework, Ganache, React.js 등 다양한 오픈소스를 사용하여 Decentralized Application (DApp) 플랫폼을 구축하였다. 최근 DApp에 관하여 다양한 연구들이 이루어지면서 쉽게 구축할 수 있는 환경이 마련되었지만 여전히 블록체인 기술이 안고있는 확장성 문제를 확실히 해결할 수 있는 방안은 없다. 따라서 일각에서 가장 많이 사용되는 Ethereum 사의 Client를 사용하여 사설 네트워크를 구축하며 실험 환경을 구성하였다. 그리고 구축한 DApp의 시뮬레이션을 통해 네트워크에서 처리량을 측정하고 수치를 분석하여 모바일 네트워크에서 적합하게 동작할 수 있을지 여부를 확인하는 연구를 수행하였다.

In the era of the 4th Industrial Revolution, IT Technology has rapidly grown and is applied in a variety of fields. Above all, Research is being actively conducted with the main purpose of securely caching data by integrating digital technology (5G, IOT) into a variety of fields such as medical and finance. In this thesis, I studied blockchain technology, a technology that is stored in chain-type distributed data storage environment created based on Peer-to-Peer method and processes data. The results of the study on specific blockchain technology being discussed in this thesis are as follows.
At the first I explored ways to compensate for the fatal drawbacks of traditional server-client centralized networking architectures by comparing them with those of distributed ledger networking architectures, and analyzed the latest standardization trends of blockchain technologies, areas of utilization, and so on. Finally, I analyzed the limitations held by blockchain technology at this time and studied various technologies to resolve.
Secondly, I studied on consensus algorithms, one of the key elements of blockchain technology. After I analyzing problems with existing algorithms, such as Proof-of-Work, Proof-of-Stake. I proposed a consensus algorithm, named Rock-Scissors-Paper Algorithm which aimed at secure data caching in mobile networks. The RSP algorithm is an algorithm that achieves consensus among distributed users using three values, Rock (R), Scissors (S), and Paper (P) to avoid attacks by malicious participants. The proposed consensus algorithm for expected ripple effects when this algorithm is actually applied to the network has been compared to other existing algorithms. It also analyzed that the performance will be better than traditional methods in terms of power consumption and network security.
Finally, despite the increasing frequency of domestic overseas travel as a result of the advent of the 4th industrial revolution, most services related to travel have been operated on the basis of services for group travelers, and a variety of open sources such as the Truffle framework, Ganache and React.js have been used to build the Decentralized Application platform. Recently, various studies on DApp have provided an easy-to-deploy environment, but there is still no sure way to resolve the scalability challenges of blockchain technology. Therefore, some of the most popular clients from Ethereum were used to build a private network and set up an experimental environment. Through the simulation of the deployed DApp, I measured throughput in the network and analyzed the figures to determine where it could work properly in the mobile network.

국문초록 1
차례 3
그림 목차 6
표 목차 7
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 구성 2
제 2 장 블록체인 기술 3
2.1 개요 3
2.2 중앙집중형과 분산원장형의 비교 4
2.3 최근 기술 동향 및 활용 분야 6
2.4 P2P 문제점을 보완한 기술의 특징 분석 9
2.4.1 이중지불 공격 9
2.4.2 시빌 공격 10
2.4.3 이클립스 공격 10
2.5 확장성 문제를 해결하기 위한 기술 11
2.5.1 개요 11
2.5.1.1 블록생성 속도와 블록의 크기 제한 12
2.5.1.2 병렬성의 부재 12
2.5.2 On-chain과 Off-chain 13
2.5.2.1 Raiden Network 14
2.5.2.2 사이드 체인 16
2.5.2.3 Plasma 18
제 3 장 블록체인을 위한 RSP 합의 알고리즘 19
3.1 서론 19
3.2 관련 연구 20
3.2.1 합의 알고리즘 20
3.2.1.1 Proof-of-Work 21
3.2.1.2 Proof-of-Stake 23
3.2.1.3 Proof-of-Authority 25
3.3 Rock-Scissors-Paper Algorithm 26
3.3.1 개요 26
3.3.2 합의 알고리즘 동작 과정 27
3.3.3 타 합의 알고리즘과 성능 예측 비교 30
3.4 결론 32
제 4 장 Smart Contract 기반의 여행 공유 DApp 개발 34
4.1 서론 34
4.2 관련 연구 35
4.2.1 Decentralized Application (DApp) 35
4.2.2 Smart Contract 37
4.2.3 Truffle Framework, Ganache 40
4.2.4 React.js 41
4.3 여행 공유 DApp 개발 42
4.3.1 개발 동기 42
4.3.2 개발 환경 43
4.3.3 동작 절차 44
4.4 성능 분석 47
4.5 결론 49
제 5 장 결론 및 향후 연구 과제 51
참고문헌 53
Abstract 61

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