KR102538988B1 - 큐브체인 형태의 데이터 관리 엔진 및 데이터 관리 방법 - Google Patents

Abstract

Cube Chain은 기존의 블록체인보다 더욱 빠르고, 정밀한 데이터 처리 및 강화된 보안시스템 을 가진 블록체인 플랫폼이다. Cube Chain은 생성된 27개의 블록을 하나의 큐브로 형성하고, 큐브와 큐브를 연결하여 데이터를 보관하는 신개념 블록체인 원천기술이다. Cube Engine은 Cube Chain의 코어 기술로서, 블록을 큐브화(Cubing)시키고, 큐브를 이루는 27의 블록 중 3개의 특수한 기능을 가진 블록을 형성하여 기존의 블록체인보다 우수한 성능을 가진다. 또한, 블록화와 큐브화 를 거치는 2중 암호화 방식으로 인터넷이라는 신뢰가 형성되지 않은 공간에서 신뢰를 만들어 데 이터를 이동시킬 수 있는 혁신적인 암호화 기술이다.

Description

큐브체인 형태의 데이터 관리 엔진 및 데이터 관리 방법{Cubechain type data management engine and data management method}

본 발명은 블록체인을 활용한 데이터 관리 엔진 및 방법에 관한 것이다.

블록체인은 데이터를 일정한 시간단위로 모아 데이터 블록을 생성하고, 블록을 암호화한 해쉬값 을 통해 데이터를 검증하고, 이렇게 기록되는 데이터를 분산 서버에 저장하는 시스템이다. 암호화 를 통한 데이터 검증과 동일한 데이터를 분산 저장하여 데이터의 신뢰와 안정성을 확보하기 위한 시스템이다.

기존에 사용되던 데이터베이스에 비해 블록체인의 장점은 데이터를 시간 순으로 암호화 검증하여 비가역적이고, 이를 P2P 방식으로 동일 데이터를 공유하여 저장함으로써 데이터를 매우 안전하게 보호하고 유지할 수 있다는 점에 있다. 다수의 사용자로부터 필히 신뢰를 얻어야 하는 디지털 화 폐 기술에 블록체인이 사용되면서 오늘날 암호화 화폐 시장의 기반 기술로 자리잡은 데에는 이와 같은 이유가 있다. 블록체인이 암호화 방식과 P2P 방식을 사용하여 독특한 데이터 기록 방식을 구현하여 새로운 기술의 지평을 열었지만 여전히 기술적인 한계는 가지고 있다.

블록체인이 기존의 데이터베이스를 제대로 대체하려면 속도의 개선과 사용의 편리성 등 기존 데 이터베이스가 가지고 있는 기술적 기능들이 동반되어야 한다. 블록체인 기술이 지속적으로 발전 하여 데이터베이스를 대체할 수 있는 수준이 된다면 데이터를 기록하고 관리하는데 매우 안전한 방식으로 자리매김할 것이다. 그러한 관점에서 큐브체인은 블록대신 큐브라는 개념을 통해 데이 터베이스의 기능적 요소를 확장해 갈 수 있도록 구조화 시켰다.

따라서 공개 데이터베이스의 안전한 사용을 위해 기존의 블록체인이 갖는 장점을 기반으로 데이 터베이스가 갖는 몇가지 장점을 활용할 수 있도록 하였다. 큐브체인의 개발은 발전된 블록체인 원천기술을 확보하여 암호화 화폐를 발행하고 공개용 데이터베이스를 필요로 하는 다양한 온라인 서비스를 선보일 예정이다.

한국 등록특허 10-166193호 한국 등록특허 10-1827373호

오랫동안 제기된 블록체인 기반 비트코인의 단점은 첫째, 채굴로 인한 막대한 자원 낭비.

둘째, 사용자의 급증에 따라 거래시 처리 속도가 느린 문제를 해결하기 위한 것이다.

27개의 블록을 생성, 그 블록들이 하나의 큐브가 되면서 체인으로 연결된 신개념 원천기술입니다.

Cube Chain은 보안성이 뛰어나다.

모든 블록은 바로 전 블록의 Hash값을 기준으로 생성된다. 앞뒤 블록이 Hash값으로 연결되어 있 고, 이를 블록체인이라 부른다. Hashing이란 데이터를 정해진 길이에 무작위로 이루어진 문자열로 변환시키는 작업을 의미하며, 블록의 내용이나 크기에 상관없이 32바이트 결과값으로 치환한다. Hashing된 Hash값은 암호화되어 그 다음 블록과 연결된다. Cube Chain에서는 이렇게 1차암호화 된 블록체인 27개를 연결하여 하나의 큐브로 만들어진다. Cubing 작업이 완료되면, 하나의 큐브에 해당되는 새로운 Hashing작업이 이루어지며, 그 다음 큐브와 연결 되는 2차 암호화작업이 이루어 진다. 2중 암호화작업으로 더욱 우수한 보안성을 가진다.

Cube Chain은 동일 시간 대비 거래장부 처리량이 많다.

기존 블록체인은 정해진 시간에 1개의 노드만 거래장부를 처리하지만, Cube Chain은 24개의 노드 가 거래장부를 처리할 수 있기 때문에 블록체인에 비해 시간 대비 거래장부 처리량이 훨씬 많다.

Cube Chain은 에스크로 기능을 탑재했다.

에스크로 기능을 탑재한 Cube Chain은 코인으로 트랜잭션을 할 때 제3자를 개입시켜 승인을 해 줘야만 사용이 가능한 비트코인 등 기존의 많은 코인들이 불가능했던 안전한 신용결제가 가능하 다.

Cube Chain의 채굴방식은 보다 효율적이다.

Cube Chain은 POW+POS Hybrid 방식을 응용하여 기존의 블록체인을 기반으로 한 채굴방식에 비 해 소요되는 자원을 획기적으로 줄이고 있다.

종래의 블록체인과의 성능대비표를 아래에 보인다.

1. 본 발명의 특징

1) Cubing

큐빙은 27 개의 블록을 모아 하나의 큐브로 만드는 큐브화 기술을 뜻한다.

거래장부를 기록한 24 개의 블록과 3 개의 특수블록이 합해져 하나의 큐브를 생성한다.

24 개의 블록이 생성됨과 동시에 큐브화는 진행되며 생성된 큐브는 또 하나의 Hash 값을 만든다.

2) Indexing Block

Indexing Block 은 전체 블록에 대한 데이터를 색인 한 블록으로 방대한 데이터를 일목요연하게 정리하여 검색기능을 강화한다. Indexing Block 은 전체 거래에 포함된 전자지갑을 주소별로 거래 가 이루어졌던 큐브높이(기존 블록체인의 블록높이)를 정리한 데이터 블록이다. 따라서 인덱싱 블 록만으로 해당되는 전자지갑의 자료를 더욱 빠른 시간내에 찾을 수 있다. 전자지갑의 목록 출력 이나 이력제공, API 제공 시 빠른 속도로 구현된다.

비교예)

<기존 블록체인 방식>

특정 지갑주소 거래 내역 검색 시 모든 데이터를 검색

(모든 큐브 1,000 개 큐브 생성시 1,000x24=24,000 개의 블록 검색)

<본 발명의 큐브체인 방식>

특정 지갑주소 거래 내역 검색 시 인덱싱 블록만 검색 (1 개 블록)

3) Statistics Block

Statistics Block 은 전체 블록에 대한 통계값을 정리한 데이터로 매우 빠른 시간의 처리를 보장한 다. POS 대상자를 찾으려면 전체 지갑에 대하여 전체 블록을 서치하여 잔고 리스트를 만들고 이 중에서 잔고 5,000 개 이상의 코인을 갖는 지갑을 골라내야 한다. 이때 Statistic Block 내에 POS 대 상자에 대한 데이터를 모아 놓는다면 매번 반복되어야 하는 검색과정을 효과적으로 줄일 수 있다.

잔고가 많은 전자지갑 상위 리스트 1,000 개, 이체 횟수가 100 회이상인 전자지갑 리스트 등 자주 사용되는 출력 데이터들을 모아 놓는다면 효과적인 검색을 이루어 낼 수 있다. 결과적으로 해당 되는 응용서비스의 API를 매우 빠르게 구현할 수 있다.

예) 큐브높이에 따른 POS대상자 찾기 위한 검색 블록

<기존 블록체인 방식>

큐브높이1,000 일때:1+2+3+...+998+999+1,000=500,500x24=12,012,000개 블록

큐브높이10,000일때:1+2+3+...+9,998+9,999+10,000=50,005,000x24=1,200,120,000 개 블록

<큐브체인 방식>

큐브높이 1,000 일때 : 1+1+1+ ... +1+1+1=1,000 개 블록

큐브높이 10,000 일때 : 1+1+1+ ... +1+1+1=10,000 개 블록

큐브가 1,000 개만 쌓여도 검색해야 하는 블록의 개수는 10,000 배이상 차이가 난다.

리스트를 정리하는 과정과 해당 내역을 추리는 프로세스를 추가한다면, 이 보다 더 큰 차이가 발 생할 것이다.

4) Escrow Block

에스크로 블록에는 Double authorization data system(이중승인방식)을 도입하여 데이터를 저장한 다. 일반 데이터는 24 개의 데이터 중 하나로 기록되지만, 에스크로 데이터는 별도로 보관 관리된 다. 에스크로 데이터는 이중승인이 이루어지는 시점에서 일반 데이터로 재기록 된다.

Double authorization data system(이중승인방식)이란 일반적인 블록체인을 사용한 거래시 이루어 지는 승인방식 도중, 거래자들 사이에서 승인 암호화키를 추가 발급하여 이중 승인이 이루어져야 만 거래가 가능한 방식을 말한다.

에스크로 블록을 사용한 이러한 방식은 암호화 화폐에서 거래체결이 되더라도 받은 지갑에서 즉 시 사용할 수 없는 상태가 되며, 제 3 자가 중계하는 에스크로의 형태가 아닌 거래 당사자간의 거 래를 보호하는 기능을 부여할 수 있다. 블록체인을 기반으로 하는 에스크로 기능인 것이다. 따라서 온라인 쇼핑몰, 오픈마켓 뿐만 아니라 개인간의 직거래에서도 안전한 거래 시스템을 구축 할 수 있다. 이중승인 방식은 송신인 승인 방식, 수신인 승인 방식, 양측 승인 방식, 특정기간 이 후 자동 승인 방식 등 다양하게 구현될 수 있다.

5) POW+POS Hybrid

큐브체인은 POW+POS Hybrid 방식을 채택하였다. POW 와 POS 비율은 7:3 으로 시작되어 시간의 흐름에 따라 POS 비율이 높아지고 결국에는 POS 로만 유지되도록 하였다. 초기에 POW 를 높여서 네트워크가 안정적으로 구축되도록 하였고 POS 를 높여가며 네트워크 자원 및 전력낭비를 줄이 는 방식을 사용하였다.POW와 POS 혼용 시 POS를 계산하여 지급하는데 시간이 오래 걸리는 단점이 있으나, 큐브체인의 Statistics Block 을 이용한다면 매번 반복적으로 계산하는 비효율성을 획기적으로 줄일 수 있다.

2. 본 발명의 암호화 방식

1) 지갑의 생성

지갑의 생성에서 가장 많이 사용하는 방식은 비대칭형 암호화 방식이다. 비대칭 암호화 방식은 두 개의 키를 쌍으로 가지며 하나의 키로 암호화하면 다른 키로 복호화 할 수 있다.

두 개의 키 중에 하나는 공개키(Public key), 또 하나는 개인키(Private key)라 하며 지갑 생성시 공 개키는 지갑주소로 사용되며 개인키는 이체 시 비밀번호로 사용된다. 큐브체인은 지갑의 주소와 암호의 생성에서 비대칭형 암호화 방식(Asymmetric Cryptographic Technique)인 RSA(Rivest Shamir Adleman)알고리즘을 사용한다.

2) 디지털 서명

지갑을 통해 이체를 하게 되면 디지털 서명의 과정을 거치게 되는데, 이 때 암호화 방식은 대칭 형 암호화 방식(Symmetric cryptographic technique)인 AES25 을 사용한다.

지갑의 주소와 암호를 생성하는 RSA Algorithm 의 비대칭형 암호화 방식은 키를 노출하여도 해킹 할 수 없는 암호전달의 문제를 해결하였지만, 속도가 느린 단점을 가지고 있다. 그래서 키의 교환 상에 어려움이 있지만, 암호화와 복호화 속도가 빠른 장점이 있는 AES25 방식과 혼합하여 RSA 의 단점을 보안 할 수 있도록 한다.

데이터의 크기가 작다면, RSA 로 생성된 공개키와 개인키를 이용하여 디지털 서명 암호화 키를 생성하는 데이터 암호화 처리 방식이 효율적이지 않을 것이다. 그러나 데이터의 크기가 커질수록 그 효율성은 훨씬 증대될 것이다.

3) 블록 해쉬함수

해쉬함수는 데이터를 고정된 일정길이의 해쉬값으로 변환하여 출력하는 함수이다. 이 변형된 데 이터는 원본 데이터를 복구하는 복호화는 되지 않고, 데이터의 무결성을 검증하거나 암호를 인증 하는데 사용한다. 블록체인에서 n 번째 블록의 해쉬값은 n-1 번째 블록의 해쉬값과 연결된다. 큐브 체인에서는 해당 블록내의 27 개 각 블록의 해쉬값을 만드는데, 이 때 데이터블록에 사용되는 해 쉬 함수는 SHA-256 을 사용한다.

특수블록은 일반 데이터 블록보다 데이터가 점차적으로 더욱 증가하기 때문에 기존의 해쉬함수와 는 다른 해쉬함수가 쓰여져야 하며, 그 것은 자체 개발된 CH-S1 함수를 사용한다. 기존의 해쉬함 수를 사용할 시 심각한 속도저하가 일어날 수 있다. 이러한 속도저하를 방지하기 위해 기존과 다 른 데이터 추출/압축과정으로 해쉬 처리과정 속도를 획기적으로 높인 CH-S1 해쉬함수를 개발/사용한다.

4) 큐빙 해쉬 함수

큐빙을 진행할 때 암호화 방식은 독자적으로 개발한 CHF-Algorism(Cubing Hash Function Algorithm)을 사용한다. 큐브내 27 개의 블록은 각 블록의 위치에 따라 서로 인접한 블록이 각각 다르다. 육면체의 각 면의 위치에 따라 모퉁이에 위치한 블록 8개, 중심에 위치한 블록 6개, 중 심을 둘러싼 블록 12개, 큐브의 정중앙 블록 1개로 구성된다.4가지 구분에 따라서 사용하는 해 쉬함수도 달라지게 되는데, 각각 CH-B3, CH-B4, CH-B5, CH-B6 으로 명명한다.

앞의 CH(Cubing Hash)는 큐빙 해쉬함수를 뜻하며 뒤의 B(Block)는 위치한 블록에서 큐브내 바로 인접한 블록의 개수를 뜻한다.

큐빙 해쉬함수는 인접한 블록의 해쉬값을 이용하여 또 다른 해쉬값을 만들어낸다. 이렇게 해서 27 개 블록의 각각 해쉬값을 얻는다. 큐빙 해쉬값이 블록 해쉬값과 다른 특징은 블록데이터를 기 반으로 한 것이 아니라 관계된 블록 해쉬값을 기반으로 했다는 점이다. 큐빙 해쉬값을 통해 현재 블록과 전체 블록을 검증하며 27 블록이 개별적으로 사슬관계를 만들어 검증을 한다.

5) 큐브 해쉬 함수

큐빙에서 얻어진 27 개 블록의 해쉬값을 이용하여 전체 큐브의 해쉬값을 만든다. 이렇게 만들어진 전체 큐브 해쉬값과 전체 블록의 해쉬값을 포함하여 현재 블록의 큐브 해쉬값을 생성한다. 큐브 의 해쉬값을 만드는데 SHA-384 함수를 사용한다.

3. 특수블록의 생성과정

1) 특수블록의 설정

큐브체인에서는 데이터만을 가지고 움직이는 것이 아니라 데이터 영역과 특수기능의 데이터를 구 분하고 확장할 수 있도록 하였다. 암호화 화폐를 위해서는 3 개의 특수블록을 설정하였지만 다른 어플리케이션 개발을 위해서는 특수블록을 별도로 설정해서 사용할 수 있으며, 이는 Genesis 파 일 설정을 통해 가능하다. 특수블록은 코어를 설치할 때 설정만으로 사용할 수 있도록 하였고, 이 를 통해서 다양한 분야에 쉽게 적용하도록 설계되었다. 큐브체인에서는 다양하게 정의된 특수블 록을 준비하였으며, 향후 지속적으로 추가될 예정이다.

2) 특수블록의 종류

특수블록에는 Indexing Block, Statistics Block, Escrow Block, Format Block, Edit Block 등이 있다. 이 중 3 개의 블록에 대해서는 앞에서 이미 설명했으므로 생략한다.

(1) Format Block

Format Block 은 데이터 블록에 기록될 데이터 포맷이 유연성 있게 변화되어야 할 때 사용한다. 포맷을 결정하는 정보를 변경하면 Format Block 은 데이터의 유효성 검사를 자동으로 진행하며 이를 통해 잘못된 데이터가 담기는 것을 방지하며 사용자나 프로그램의 오류를 방지한다.

(2) Edit Block

Edit Block 은 기존 데이터를 수정할 목적으로 사용된다. 블록체인의 비가역성은 장점이자 동시에 단점이다. 암호화 화폐에서는 필수적인 요소지만 다른 응용서비스에서는 데이터의 수정이 필요할 수도 있다. 이를 위해서 Edit Block 을 설정하여 수정사항을 쉽게 반영시키고 관리할 수 있다.

3) 특수블록이 생성되는 과정

특수블록은 데이터 블록에 기반하여 재가공 된 데이터나 반영될 데이터이다. 필수 특수블록으로 채택되는 3 개의 특수블록은 데이터 블록의 재가공 데이터라 할 수 있다. 특수블록이 생성되기 위 해서는 먼저 데이터 블록이 있어야 한다. 따라서 최초의 첫 번째 큐브에서는 특수블록이 생성되 지 않는다.

두 번째 큐브부터 특수블록이 생성되는데, 특수블록의 생성시점은 이전 큐브가 만들어지고 현재 큐브가 형성되는 시점에서 진행된다. 그래야만 특수블록을 생성하느라 큐브가 완성되는데 지연되 는 시간을 없앨 수 있다. 첫 번째 큐브가 완성되면 바로 두 번째 큐브에 포함될 특수블록을 생성 하기 시작한다. 이때 특수블록은 이전 특수블록과 이전 데이터에서 추출된 내용을 합쳐서 생성함 으로 누적 반영을 쉽게 처리할 수 있다.

즉, n 번째 큐브의 특수블록은 n-1 번째 큐브까지의 데이터를 담고 있다. n-1 번째 큐브가 완성되는 시점에서 n-2 번째 큐브의 데이터를 담은 특수블록과 n-1 번째 데이터를 합쳐서 만들어지기 시작 하며, n 번째 큐빙이 이루어질 때, 데이터 블록과 유기적인 관계를 형성하게 된다. 특수블록은 큐 브와 큐브가 체인화가 이루어지는 시간동안 생성됨으로 기능적 요소는 확장되지만, 이로 인한 지 연되는 시간은 없다. 또한 특수블록의 암호화는 자체개발한 CH-S1 함수를 이용하여 데이터량에 비해 매우 빠른 속도로 해쉬값을 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 거래장부를 기록한 24개의 데이터블록을 연결하여 큐브를 형성하고, 둘 이상의 큐브를 연결하여 다수의 큐브로 구성되는 데이터 체인 연결 방법으로서,
   첫 번째 큐브는, 거래장부를 기록한 24개의 데이터블록으로 큐브를 생성하고,
   두 번째 큐브부터는 24개의 데이터 블록에 더하여 인덱싱 블록, 통계 블록, 에스크로 블록을 포함하는 3개의 특수블록을 추가로 포함하는 27개의 데이터블록으로 큐브를 생성하며,
   큐브를 구성하는 데이터 블록 및 특수블록 각각은 블록 해쉬함수를 사용하여 1차 암호화 되고,
   상기 1차 암호화된 데이터블록들은 다시 큐빙 해쉬함수를 이용하여 2차 암호화되어 큐브를 생성하며,
   상기 인덱싱 블록은,
   상기 큐브를 구성하는 전체 데이터 블록의 데이터에 대한 색인(index) 데이터를 담고 있으며,
   상기 통계 블록은,
   상기 큐브를 구성하는 전체 데이터 블록의 데이터에 대한 통계값을 정리한 데이터를 담고 있고,
   상기 에스크로 블록은,
   에스크로 기능에 사용되는 이중승인 에스크로 데이터를 담고 있는 데이터 블럭인 것; 을 특징으로 하는 데이터 체인 연결방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 큐빙 해쉬함수는,
   큐브내의 각 블록이 인접하는 인접 블록의 개수에 따라 서로 다른 해쉬함수를 가지는 것;
   을 특징으로 하는 데이터 체인 연결방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 체인을 구성하는 다수의 큐브 중에서,
   n(n=2, 3, 4, ...)번째 큐브의 특수블록은 n-1 번째 큐브까지의 데이터를 기반으로 하는 데이터를 담고 있는 것;
   을 특징으로 하는 데이터 체인 연결방법.