KR20200106605A - 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하고 그 두 결과를 비교하여 최종적인 증명이 이루어지도록 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법에 관한 것으로,
거래정보 데이터에 대한 증명요청이 네트워크 참여자 그룹 및 사물인터넷 장치 그룹에 전달되는 제1 단계;
상기 네트워크 참여자 그룹에서 다수의 대표자가 무작위로 선택되고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 다수의 장치가 무작위로 선택되는 제2 단계;
상기 네트워크 참여자 그룹에서 선택된 대표자들 간의 합의에 의해 대표자 1차 증명이 이루어지고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 선택된 장치들 간의 합의에 의해 장치 1차 증명이 이루어지는 제3 단계;
상기 제3 단계에서 이루어진 대표자 1차 증명과 장치 1차 증명을 서로 비교하여 2차 합의에 의해 최종 증명이 이루어지는 제4 단계; 및
상기 최종 증명이 이루어지면, 블록이 생성되어 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제5 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법{DOUBLE CROSS CONSENSUS METHOD IN BLOCK CHAIN BASED CONSENSUS ALGORITHM}

본 발명은 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하고 그 두 결과를 비교하여 최종적인 증명이 이루어지도록 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법에 관한 것이다.

블록체인은 블록에 거래내역 데이터를 담아 체인형태로 연결하여 수많은 컴퓨터에 동시에 이를 복제해 저장하는 분산형 데이터 저장 기술로써, 도 1에 도시된 바와 같이 중앙 집중형 서버에 거래내역을 보관하지 않고, 거래에 참여하는 모든 참여자에게 거래내역을 보내 주며, 거래 때마다 모든 거래 참여자들이 정보를 공유하고 이를 대조함으로써 임의의 사용자가 데이터 위조나 변조를 할 수 없도록 하여 거래의 무결성을 유지한다.

무결성 유지를 위해 블록체인 네트워크에 참여한 모든 참여자의 단말기에 블록체인을 저장해 놓고 있는데, 일부 참여자의 단말기가 해킹을 당해 기존 내용이 틀어져도 다수의 참여자 단말기에게 데이터가 남아 있어 계속적으로 데이터를 보존할 수 있게 된다.

블록체인 네트워크에 참여한 모든 참여자 단말기들이 거래내역을 상호 검증하고, 절반 이상의 동의가 있는 경우에 새로운 블록이 생성된다.

이와 같이 검증을 수행하고 새로운 블록을 생성하는 과정을 합의 알고리즘이라 하는데, 합의 알고리즘 중 비트코인에 적용된 방식이 작업증명(PoW, Proof of Work) 방식이다.

블록(block)은 데이터를 저장하는 단위로, 바디(body)와 헤더(header)로 구분된다. 바디에는 거래내역이 담겨 있고, 헤더에는 머클해시(머클루트) 및 넌스(nonce, 암호화와 관련되는 임의의 수) 등의 암호코드가 담겨 있다. 블록은 약 10분을 주기로 생성되며, 거래 기록을 끌어 모아 블록을 만들어 신뢰성을 검증하면서 이전 블록에 연결하여 블록체인 형태가 된다.

상기 작업증명(PoW) 방식은 블록의 거래내역 검증을 진행함에 있어서, 컴퓨터 연산을 통해 특정 넌스(Nonce) 값을 먼저 찾는 사람이 새로운 블록을 생성(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 거래내역의 무결성을 검증하기 위해 많은 시간이 소요되며, 이는 참여자의 수가 많을수록 속도가 저하되는 문제점이 있다

즉, 블록체인에 참여한 모든 참여자 단말기는 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 알로리즘을 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 이중 합의방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하고 그 두 결과를 비교하여 최종적인 증명이 이루어지도록 함으로써 견고한 블록체인을 만들어낼 수 있도록 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법을 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,

다수의 네트워크 참여자로 이루어지는 네트워크 참여자 그룹을 포함하는 블록체인 네트워크 시스템과, 다수의 사물인터넷 장치로 이루어지는 사물인터넷 장치 그룹을 포함하는 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되고;

블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하여 1차 증명을 하고, 그 두 결과를 비교하여 일치하는 경우에 최종적인 증명이 이루어지도록 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법을 제공한다.

본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 거래정보 데이터가 네트워크상에서 발생되는 제1과정, 상기 발생된 거래정보 데이터가 모든 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치로 전송되는 제2과정, 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하여 블록을 생성하는 제3과정, 검증이 완료되어 생성된 블록이 체인에 등록되는 제4과정을 포함하되,

상기 제3과정에서는,

거래정보 데이터에 대한 증명요청이 네트워크 참여자 그룹 및 사물인터넷 장치 그룹에 전달되는 제1 단계;

상기 네트워크 참여자 그룹에서 다수의 대표자가 무작위로 선택되고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 다수의 장치가 무작위로 선택되는 제2 단계;

상기 네트워크 참여자 그룹에서 선택된 대표자들 간의 합의에 의해 대표자 1차 증명이 이루어지고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 선택된 장치들 간의 합의에 의해 장치 1차 증명이 이루어지는 제3 단계;

상기 제3 단계에서 이루어진 대표자 1차 증명과 장치 1차 증명을 서로 비교하여 2차 합의에 의해 최종 증명이 이루어지는 제4 단계;

상기 최종 증명이 이루어지면, 블록이 생성되어 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제5 단계;로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법을 적용하면, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템을 결합함으로써 위임된 지분증명(DPoS) 방식으로 합의 알로리즘을 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, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하고 그 두 결과를 비교하여 최종적인 증명이 이루어지도록 함으로써 견고한 블록체인을 만들어낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 블록체인 방식으로 거래가 이루어지는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명을 구현하기 위하여 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 합의 알고리즘이 진행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

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

첨부도면 도 2는 본 발명을 구현하기 위하여 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되는 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 합의 알고리즘이 진행되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 네트워크 참여자로 이루어지는 네트워크 참여자 그룹을 포함하는 블록체인 네트워크 시스템과, 다수의 사물인터넷 장치로 이루어지는 사물인터넷 장치 그룹을 포함하는 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합된다.

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

결국, 본 발명에서는 다양한 안드로이드 기반의 사물 인터넷 기기들을 포함시킴으로써 가상화 영상기술, 안드로이드 하드웨어 최적화 기술, 빅데이타, 블록체인 기술을 융합한 새로운 개념의 다중 블록체인 플렛폼을 제공할 수 있게 된다. 이를 통해 본 발명이 적용되는 플랫폼에서는 안드로이드 하드웨어 장치에 채굴프로그램을 설치하여 비트코인(Bitcoin), 이더리움(Etherium) 등과 같은 가상화폐의 하드웨어 채굴이 가능하게 되고, 가상화 영상기술을 이용하여 온라인 및 모바일을 통해 광고 등과 같은 콘텐츠 채굴이 가능할 것으로 기대된다.

합의 알고리즘의 진행은, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하여 1차 증명을 하고, 그 두 결과를 비교하여 일치하는 경우에 최종적인 증명이 이루어지도록 한다.

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

합의 알고리즘의 과정을 구체적으로 살펴보면, 거래정보 데이터가 네트워크상에서 발생되는 제1과정, 상기 발생된 거래정보 데이터가 모든 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치로 전송되는 제2과정, 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하여 블록을 생성하는 제3과정, 검증이 완료되어 생성된 블록이 체인에 등록되는 제4과정을 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 제3과정에서는, 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이, 거래정보 데이터에 대한 증명요청이 네트워크 참여자 그룹 및 사물인터넷 장치 그룹에 전달되는 제1 단계;

상기 네트워크 참여자 그룹에서 다수의 대표자가 무작위로 선택되고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 다수의 장치가 무작위로 선택되는 제2 단계;

상기 네트워크 참여자 그룹에서 선택된 대표자들 간의 합의에 의해 대표자 1차 증명이 이루어지고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 선택된 장치들 간의 합의에 의해 장치 1차 증명이 이루어지는 제3 단계;

상기 제3 단계에서 이루어진 대표자 1차 증명과 장치 1차 증명을 서로 비교하여 2차 합의에 의해 최종 증명이 이루어지는 제4 단계;

상기 최종 증명이 이루어지면, 블록이 생성되어 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제5 단계;로 이루어진다.

다시 말해서, 상기 블록이 생성되어 기존의 블록체인에 결합되어 저장될 때, 코인의 발행도 이루어지는 것이다.

그리고, 상기 제2 단계에서 대표자의 선택이 무작위로 이루어짐으로써 투표방식에 의한 방식에 비해 처리속도가 빠르게 되고, 상기 네트워크 참여자 그룹 및 사물인터넷 장치 그룹에서 어느 참여자가 선택될지 알 수 없으므로 보안성을 더 높일 수 있게 된다.

또한, 블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하고 그 두 결과를 비교하여 최종적인 증명이 이루어지도록 함에 따라 보다 견고한 블록체인을 만들어낼 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 (2)

1. 다수의 네트워크 참여자로 이루어지는 네트워크 참여자 그룹을 포함하는 블록체인 네트워크 시스템과, 다수의 사물인터넷 장치로 이루어지는 사물인터넷 장치 그룹을 포함하는 사물 인터넷(IoT) 시스템이 결합되고;
   블록체인 네트워크 시스템과 사물 인터넷(IoT, Internet of Things) 시스템에서 각각 합의 알고리즘을 진행하여 1차 증명을 하고, 그 두 결과를 비교하여 일치하는 경우에 최종적인 증명이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   거래정보 데이터가 네트워크상에서 발생되는 제1과정, 상기 발생된 거래정보 데이터가 모든 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치로 전송되는 제2과정, 네트워크 참여자 및 사물인터넷 장치들이 거래정보의 유효성을 상호 검증하여 블록을 생성하는 제3과정, 검증이 완료되어 생성된 블록이 체인에 등록되는 제4과정을 포함하되,
   상기 제3과정에서는,
   거래정보 데이터에 대한 증명요청이 네트워크 참여자 그룹 및 사물인터넷 장치 그룹에 전달되는 제1 단계;
   상기 네트워크 참여자 그룹에서 다수의 대표자가 무작위로 선택되고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 다수의 장치가 무작위로 선택되는 제2 단계;
   상기 네트워크 참여자 그룹에서 선택된 대표자들 간의 합의에 의해 대표자 1차 증명이 이루어지고, 상기 사물인터넷 장치 그룹에서 선택된 장치들 간의 합의에 의해 장치 1차 증명이 이루어지는 제3 단계;
   상기 제3 단계에서 이루어진 대표자 1차 증명과 장치 1차 증명을 서로 비교하여 2차 합의에 의해 최종 증명이 이루어지는 제4 단계; 및
   상기 최종 증명이 이루어지면, 블록이 생성되어 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되는 제5 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블록체인 기반의 합의 알고리즘에서 이중 합의방법.

Images