KR20200106604A

KR20200106604A - 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법

Info

Publication number: KR20200106604A
Application number: KR1020190025013A
Authority: KR
Inventors: 정상국
Original assignee: 정상국
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-15

Abstract

본 발명은 위임된 지분증명(DPoS, Delegated Proof of Stake) 방식의 합의 알고리즘을 진행하기 위하여 대표자를 선정하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법에 관한 것으로,
거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성되는 제1과정, 상기 생성된 블록데이터가 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제2과정, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하는 제3과정, 거래정보의 검증이 완료된 블록데이터가 체인에 등록되는 제4과정을 포함하되,
상기 제3과정에서는, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 한다.

Description

블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법{REPRESENTATIVE SELECTION METHOD IN BLOCK CHAIN BASED CONSENSUS ALGORITHM}

본 발명은 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위임된 지분증명(DPoS, Delegated Proof of Stake) 방식의 합의 알고리즘을 진행하기 위하여 대표자를 선정하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법에 관한 것이다.

블록체인 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙 관리기관이 없이 다수의 참여자 단말기가 직접 연결된 블록체인 네트워크상에서 거래내역을 분산 저장하는 방식으로 임의의 사용자가 블록데이터를 위변조하는 것을 불가능하게 하여 거래의 무결성을 유지한다.

블록체인은 무결성 유지를 위해 블록체인 네트워크에 참여한 모든 참여 노드는 거래내역을 저장하고, 새롭게 발생되는 거래 트랜잭션이 저장된 거래내역을 상호 검증한다.

이와 같은 검증을 수행하는 합의 알고리즘 중 비트코인에 적용된 방식이 작업증명(PoW, Proof of Work) 방식이다.

블록데이터에는 도 2에 도시된 바와 같이, 블록크기, 이전블록 해시, 현재블록의 트랜잭션 요약 및 기타정보, nonce, 현재블록의 트랜잭션 정보 등이 포함된다.

상기 작업증명(PoW) 방식은 블록데이터의 거래내역 검증을 진행함에 있어서, 컴퓨터 연산을 통해 특정 Nonce 값을 먼저 찾는 사람이 블록을 검증(채굴)할 권리를 부여받는다.

연결되는 블록이 많아질수록 해당 난이도는 점점 올라가게 된다. 이러한 값을 찾기 위해서는 무작위 숫자를 넣어보며 대입하여 푸는 방법 밖에는 없기 때문에 컴퓨팅 파워가 클수록 연산능력이 높아 채굴을 할 확률이 커진다는 의미이다.

결국, 상기 작업증명(PoW) 방식은 컴퓨팅 자원 낭비가 심한 비효율적인 운영 구조를 갖고 있어서 엄청난 전력 소비를 감당해내야 하는 문제를 안고 있다. 구체적으로, 비트코인의 경우에 거래 트랜잭션의 무결성을 검증하기 위해 많은 시간이 소요되며, 각 참여 노드는 약 150GByte 용량의 거래내역(장부)을 저장해야 한다. 또한 거래를 승인하기 위해서는 모든 완전노드(Full Node)가 장부를 통해 트랜잭션을 검증하고, 검증 결과를 기반으로 거래를 승인해야 한다.

즉, 블록체인에 참여한 모든 노드는 독립적으로 동일한 장부를 모두 저장하고 있어야 하고, 동일한 합의 알고리즘에 의한 검증 작업을 모두 수행해야 한다. 이러한 사유로 인해 블록체인은 전체 네트워크 관점에서 자원 효율성이 매우 떨어진다.

상기 작업증명(PoW) 방식의 문제점을 해결하기 위한 대안으로 지분증명(PoS, Proof of Stake) 방식이 제시되었다.

상기 지분증명(PoS) 방식은, 해당 코인을 많이 가지고 있는 즉, 지분을 많이 보유한 만큼 블록에 대한 유효성을 검증 할 확률이 높아지는 구조이다. 그러나, 단순히 지분이 많은 사람만이 선택되는 것은 아니며, 무작위로 선택되는 'Randomized block selection' 방법과 코인의 보유기간이 코인 지분과 함께 영향을 끼치는 'Coin Age based selection' 방법이 사용된다.

이러한 지분증명(PoS) 방식은 컴퓨팅 파워를 소비하지 않기에 하드웨어 인프라를 필요로 하지 않고 유지비용 또한 굉장히 저렴하며, 지분 및 보유기간에 따른 권한 부여를 통해 채굴 독점 문제에서 일정 부분 벗어날 수 있게 되었다. 또한 지분증명(PoS) 방식은 코인보유기간 조건에 따른 코인 장기 보유가 유도되며, 이러한 점은 해당 코인의 시장 가치 유지에 긍정적으로 작용할 수 있다.

그러나, 상기 지분증명(PoS) 방식은 'Nothing at Stake' 문제가 있다. 이는 적은 리소스 비용으로 인해 유효한 블록체인이 두 개 이상 존재하는 포크 상황에서, 참여자들이 보상 확률을 높이기 위해 두 개 이상의 블록체인 모두에 블록을 생성하는 행위를 할 수 있다는 것이다. 이러한 문제는 블록체인이 하나로 수렴되는 것을 어렵게 하며, 이 경우 악의적 공격에 대해 취약해지고 유효한 체인에 대한 합의를 빨리 이루지 못한다는 문제가 발생한다.

또한, 지분증명(PoS) 방식의 경우 보유한 지분(코인)에 해당하는 보상을 받게 되는 방식이므로 지분이 많을수록 더 많은 보상을 받게 되어 부익부 빈익빈 현상이 심화될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 상기 작업증명(PoW) 방식과 지분증명(PoS) 방식의 문제점을 해결하기 위한 대안으로 위임된 지분증명(DPoS, Delegated Proof of Stake) 방식이 제시되었다.

상기 위임된 지분증명(DPoS) 방식은, 지분증명(PoS) 방식과의 차이점은 권한을 소수의 대표자에게 이양한다는 것이다. 지분 보유자들은 지분에 비례한 투표권을 행사하여 자신들을 대신하여 블록 생성과 검증, 네트워크 유지, 합의에 대한 권한을 소수에게 위임한다. 현재 가장 성공적인 사례인 'Steemit' 은 이러한 위임된 지분증명(DPoS) 방식을 채택해 21명의 대표자를 통해 DPoS 방식과 퍼블릭 블록체인의 가능성을 증명해주고 있다.

상기 위임된 지분증명(DPoS) 방식의 가장 큰 장점은 투표에 의해 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 블록을 생성한다는 점이다. 때문에 상대적으로 빠른 합의 속도와 비용이 적게 소요된다는 장점이 있다. 이와 동시에 전체 네트워크 관리와 프로젝트의 발전에 대해 아무런 관심이 없는 일반 이용자들은 오히려 편의성이 증가한다.

그러나, 상기 위임된 지분증명(DPoS) 방식은 노드의 소수 집중적 구조로 보안성이 취약해지는 문제점이 발생한다. 모든 네트워크가 소수에 집중되면 그만큼 공격에 취약해 지는 것은 당연한 일인 뿐더러 자신의 정체를 투명하게 공개해야 하는 증인에 대한 공격은 더욱 심각해지는 문제점이 있다.

또한, 채굴을 하거나 인증방식이 일부의 대표자에게 고정되어 있어서 불공정성을 내재하고 있다. 이는 구조적으로 기회의 불평등을 고착화시키고 네트워크 시스템의 참여동기 활력을 저하시킨다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 출원인은 보안을 강화함과 동시에 특정한 대표자들에게 집중되던 불공정성을 개선할 수 있고, 효율적으로 자원을 활용하고 시간 및 비용을 절약할 수 있는 새로운 합의 알고리즘이 필요하다는 인식하에 사물 인터넷 시스템과 결합하여 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

사물 인터넷(IoT, Internet of Things)은 USN(Ubiquitous Sensor Network), M2M(Machine to Machine)에서 진화된 형태로, M2M이 통신장비(End-Device)와 사람과의 통신이 주목적이었다면, 사물 인터넷(IoT)은 사물의 범위를 넓혀 전화기, 책, 온도계 등의 사물을 사람과 통신이 가능하도록 하는 통신을 말한다. 이러한 사물 인터넷(IoT) 기술 안에는 센싱 기술, 통신 기술, 서비스 기술 등이 존재하며, 이를 통해 모든 사물의 정보를 인터넷망과 같이 네트워크로 구축되며, 취득된 정보를 통해 다양한 서비스의 제공이 가능하다.

이러한 사물 인터넷(IoT)은 인간과 사물, 서비스 세 가지 분산된 환경요소에 대해 인간의 명시적 개입없이 상호 협력적으로 센싱, 네트워킹, 정보처리 등 지능적 관계를 형성하는 사물 공간 연결망의 개념이다. 이러한 사물 인터넷(IoT)의 주요 구성요소인 사물은 유무선 네트워크에서의 통신 장비뿐만 아니라, 사람, 차량, 교량, 각종 전기기기(예를 들어, TV, 휴대폰, 냉장고, 청소기, 세탁기, 가스레인지, 전열기) 등을 포함한다.

한국 특허 등록번호 제10-1678795호 한국 특허 공개번호 제10-2019-0004309호

본 발명의 목적은, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시킴으로써 보안성을 향상시킬 수 있는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성된 후 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 하여 공정성을 확보할 수 있는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법을 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면,

거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성되는 제1과정, 상기 생성된 블록데이터가 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제2과정, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하는 제3과정, 거래정보의 검증이 완료된 블록데이터가 체인에 등록되는 제4과정을 포함하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법에 있어서,

상기 제3과정에서는, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법을 제공한다.

본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 제3 과정에서는, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법을 적용하면, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시킴으로써 보안성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성된 후 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 하여 공정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 블록체인 방식으로 거래가 이루어지는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 블록데이터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의하여 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 블록체인 기반의 블록데이터 분산 저장방법을 설명하고자 한다.

첨부도면 도 3은 본 발명에 의하여 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 적용하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합된다.

상기 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템은 그 구성 및 동작이 공지되어 있으므로 추가적인 설명은 생략한다.

다만, 사물 인터넷이 적용된 하드웨어 기기들을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 안드로이드 기반의 사물 인터넷(IoT) 제품들이 적용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 사물 인터넷(IoT) 제품들을 플렛폼에 연결시키고, 블록체인 네트워크와 결합함으로써 본 발명을 구현하였다.

결국, 본 발명에서는 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시킬 수 있게 된다.

즉, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수가 증가되어 보안성이 향상된다.

이때, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 한다. 이로 인해, 전체 블록체인 네트워크 참여자가 공정하게 확률적인 방법으로 대표자로 선정되어 합의 과정에 참여하도록 함으로써 공정성을 확보하여 구조적으로 기회를 평등하게 부여하게 되고, 네트워크 시스템의 적극적인 참여를 유도할 수 있게 된다.

또한, 대표자가 검증 과정마다 계속적으로 변경되기 때문에 위임된 지분증명(DPoS) 방식에서 보안성이 취약해지는 문제점을 해결할 수 있게 된다. 그리고, 거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성된 후 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 하여 공정성을 확보할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명을 설명하였으나, 이는 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

Claims

거래정보가 블록데이터로 온라인에서 생성되는 제1과정, 상기 생성된 블록데이터가 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제2과정, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하는 제3과정, 거래정보의 검증이 완료된 블록데이터가 체인에 등록되는 제4과정을 포함하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법에 있어서,
상기 제3과정에서는, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알고리즘을 진행할 때 블록체인 네트워크 참여자와 사물 인터넷 기기를 가상의 참여자로 하여 대표자로 선정될 수 있는 참여자의 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 과정에서는, 참여자들이 거래정보의 유효성을 상호 검증할 때마다 대표자를 무작위로 새로 선정하여 변경하고, 새로 선출된 소수의 대표자들이 전체를 대신하여 검증을 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 대표자 선정방법.