블록체인 합의

Blockchain Consensus

본 문서는 블록체인의 함의 알고리즘, 합의 프로세스에 대해 다룬다.

종류

불특정 다수가 참여하는 퍼블릭 블록체인과 신뢰된 소수가 참여하는 프라이빗 블록체인에서 사용하는 합의 방식의 차이 존재

퍼블릭 블록체인의 합의

작업 증명

PoW; Proof of Work

높은 컴퓨팅 파워를 가진 노드가 블록을 생성할 확률이 높음

• 51% Attack 가능
• Finality Problem
• 트랜잭션 속도 느림
• 에너지 낭비 많음
• 많은 검증이루어짐
  • 안전하다고 판명되었으나 단점도 많이 도출됨

지분 증명

PoS; Proof of State

높은 지분을 가진 노드가 블록을 생성할 확률이 높음

• 51% Attack 내성
• Finality Problem
• 트랜잭션 속도 빠름
• 에너지 낭비 적음
• 검증 필요
• 도출된 단점이 없고 이론적으로 우수하지만 검증 부족

위임 지분 증명

DPoS; Delegated Proof of Stake

• 일부 위임된 Validator끼리 PoS 수행
• 트랜잭션 속도가 더 빠름
• 신뢰도는 Validator의 신뢰도에 종속

경과시간 증명

Proof of Elapsed Time

• 경쟁적 해싱 연산으로 낭비되는 에너지를 줄이면서 작업 증명(PoW)과 유사한 Security를 보장
• 하이퍼레저 쏘투스 레이크(Sawtooth Lake)에서 제안
• 신뢰할 수 있는 보안 모듈(intel SGX)을 기반으로 블록을 생성하는 리더를 랜덤으로 선정

프라이빗 블록체인 합의

PBTF

Practical Byzantine Fault Tolerance

• Finality Problem 해결
• 네트워크의 모든 참여자를 미리 알고있어야 함
• 참가자 1명이 프라이머리(리더)가 되어 모든 참가자에게 요청 송신
• 그 요청에 대한 결과를 집계한 뒤 다수의 값을 사용해 블록을 확정
• 부정한 노드 수를 n개라고 하면 노드 수는 3n+1개여야 하며, 확정에는 n+1개 이상의 노드가 필요
• 각 노드는 브로드캐스트 된 명령을 받게 되면 Leader를 포함한 모든 노드에 회신
• 각 노드는 수신된 명령을 일정 수 이상(2n)수신하면 명령을 실행하고 블록을 등록
• 항상 참가자 전원과 의사소통을 해야 하기 때문에 참가자가 증가하면 통신량이 증가하고 처리량이 저하

권한 검증

PoA; Proof of Authority

• 트랜잭션 및 블록의 validator라고 승인된 계정에 의해 유효성이 검사
• validator가 될 수 있는 권리를 얻으므로 그들이 얻은 지위를 유지하고자 함
• 자신의 신원에 부정적인 평판이 생기길 원치 않도록 노력할 것이라 가정

PAXOS

• BTF를 보장하지 않는다.
• 리더나 참여자가 악의적인 의도를 가진다면 조작될 수 있다.
• 신뢰된 네트워크에서만 사용

RAFT

• 리더를 선정한 후 시스템의 모든 변화를 리더를 통해 결정

Sieve

• IBM에서 고안한 PBFT 확장 알고리즘
• 실행결과 전송과 집계 결과 전송으로 흐름이 나뉜다.

속성

합의 프로토콜은 아래 두 속성을 만족시켜야 한다.

• Safety: 시스템에 나쁜 일이 발생하지 않는다는 의미이며, 모든 정상적인 참여자는 같은 상태에 동의하여야 하고, 그 상태는 유효해야 함
• Liveness: 시스템은 항상 살아 있어야 한다는 의미이며, 결국에는 어떤 상태에 동의하여야 하고, 모든 참여자는 동의된 상태에 도달해야 함