WO2019093574A1 - 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법 - Google Patents

해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2019093574A1
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김호원
배봉진
박태환
이가람
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    • H04L9/3265—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials involving certificates, e.g. public key certificate [PKC] or attribute certificate [AC]; Public key infrastructure [PKI] arrangements using certificate chains, trees or paths; Hierarchical trust model
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    • H04L9/50—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols using hash chains, e.g. blockchains or hash trees

Definitions

  • the following embodiments are intended to provide a structure having more robust quantum immunity characteristics than the conventional block chain structure.
  • a block chain is a concatenated block. Each block consists of transactions (transaction details) for a specific time, an algorithm related field, and an information field for the block.
  • the right to create such a block generates a block by selecting a specific participant node (network participant) through a consensus algorithm (PoW, PoS, DpoS, etc.), and through this agreement algorithm, a malicious block generation due to monopolization of a specific participant is prevented .
  • a consensus algorithm PoW, PoS, DpoS, etc.
  • ECDSA Electronic Curve Digital Signature Algorithm
  • DLP Discrete Logarithm Problem
  • OTS One Time Signature
  • the present invention generates a transaction signature using a hash-based OTS algorithm, constructs a merge tree using the transaction's verification key, generates a merge signature for each transaction, and performs a two-step verification of the transaction signature and the merge root value It is intended to provide a method for verifying a transaction.
  • a node of a block-chain system applying a hash-based signature scheme generates a transaction signature, which is a signature of a transaction, using a hash-based signature scheme, To the transaction;
  • a block generator for generating a block signature corresponding to each transaction to be included in the block and generating a block including transactions in which the header signature is stored;
  • a transaction verification unit for verifying the transaction signature of the transaction to be verified and verifying the transaction through verification of the merge signature of the transaction to be verified.
  • the node includes a block chain function unit for performing processing according to a consensus algorithm, connecting the generated block to a block chain, and configuring a block header; And a communication unit for communicating with other nodes of the block chain system to transmit and receive a transaction, and to share a block.
  • the transaction signature generator generates a pair of keys composed of a signature key and a verification key, generates the transaction signature using the transaction and the signature key based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm,
  • OTS One Time Signature
  • the block generator generates a merge tree by arranging a verification key of each transaction included in the block in the leaf node of the tree, stores the merge root value of the merge tree in the header of the block, Generate the merge signature of each of the transactions, and store the merge signature in each transaction to be included in the block.
  • the muffle signature may include a transaction signature, a verification key, and an authentication path, and the authentication path may be a value required to calculate the muckroot value without using the muckle tree.
  • the transaction verifier verifies the transaction signature stored in the transaction to be verified based on the hash-based One Time Signature (OTS) algorithm using the verification key stored in the transaction to be verified, If it is determined that the verification is successful, the verification of the merge signature stored in the transaction to be verified is performed, the merge root value is calculated using the verification key and the authentication path included in the merge signature, Header, and if the calculated muckroute value is equal to the stored muckroute value, it can be determined that the verification of the muckle signature is successful.
  • OTS One Time Signature
  • the transaction verification unit can transmit to the network that verification of the transaction to be verified is successful.
  • the transaction verifier can transmit to the network that the verification on the transaction to be verified has failed.
  • a method for verifying a transaction in a block-chain system applying a hash-based signature scheme includes generating a transaction signature that is a signature for a transaction using a hash-based signature scheme, storing the transaction signature in the transaction ; And generating a block including transactions in which the muck signature is stored, and verifying a transaction signature of a transaction to be verified among the transactions included in the block, And verifying the transaction through verification of the merge signature of the transaction to be verified.
  • the step of generating the transaction signature and storing the transaction signature in the transaction may comprise: generating a pair of keys comprising a signature key and a verification key; Generating the transaction signature using the transaction and the signature key based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm; And storing the transaction signature and the verification key in the transaction.
  • OTS One Time Signature
  • the generating of the block may include: generating a merge tree by arranging a verification key of each transaction included in the block in a leaf node of the tree; Storing a merge root value of the merge tree in a header of the block; Generating the merge signature of each transaction to be included in the block; And storing the muckle signature in each of the transactions to be included in the block.
  • the muffle signature may include a transaction signature, a verification key, and an authentication path, and the authentication path may be a value required to calculate the muckroot value without using the muckle tree.
  • the verifying the transaction may include verifying a transaction signature stored in the transaction to be verified based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm using the verification key stored in the transaction to be verified; If the transaction signature is successfully verified, confirming a muffle signature stored in the transaction to be verified; Calculating a merge root value using the verification key and the authentication path included in the muffle signature; Checking a merge root value stored in a block header of a corresponding block including the transaction to be verified; And comparing the calculated muckroute value with the stored muckroute value to determine that the verification of the muckle signature is successful if they are the same.
  • OTS One Time Signature
  • the verification of the transaction may further include transmitting to the network that verification of the transaction to be verified is successful if the verification of the muffle signature is successful.
  • verifying the transaction may further include transmitting to the network that verification of the transaction to be verified has failed, if verification of the transaction signature fails or verification of the couch signature fails have.
  • the present invention relates to a block-chaining system and method using a hash-based signature scheme, and has a robust effect on a quantum algorithm by using a hash-based signature scheme resistant to a quantum algorithm,
  • it is possible to confirm the integrity of the entire transaction included in the block and whether the transaction includes a block and since the signature generation and verification of the hash-based signature scheme is faster than that of the existing ECDSA, (SHA-256), it is possible to have a security strength that does not fall behind the existing digital signature algorithm (ECDSA) when a hash-based signature scheme is applied.
  • ECDSA existing digital signature algorithm
  • FIG. 1 is a block diagram of a node of a block-chain system to which a hash-based signature scheme according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method of calculating a muckroute value included in a block header in a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing that, when a block is generated in a block-chain system according to an embodiment of the present invention, each transaction includes merge signature information.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of verifying a transaction in two stages in a block chain system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of generating a block and verifying a transaction in a node of a block chain system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of generating a transaction signature at a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of generating a block in a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of verifying a transaction in a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, or the like may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms.
  • the terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element being referred to as the second element, Similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 A block-chaining system and method using a hash-based signature scheme according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 1 A block-chaining system and method using a hash-based signature scheme according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 1 A block-chaining system and method using a hash-based signature scheme according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 1 is a block diagram of a node of a block-chain system to which a hash-based signature scheme according to an embodiment of the present invention is applied.
  • a node 100 of a block chain system includes a control unit 110, a transaction signature generation unit 112, a block generation unit 114, a transaction verification unit 116, a block chain function unit 118, It is possible to secure the security of the blocks included in the block chain even in the quantum computing environment by generating a transaction signature using the hash-based signature scheme using the communication unit 120 and the storage unit 130.
  • the communication unit 120 is a communication interface device including a receiver and a transmitter, and transmits and receives data by wire or wireless.
  • the communication unit 120 transmits and receives transactions with other nodes included in the network of the block-chain system, and communicates to share blocks.
  • the storage unit 130 stores an operating system, an application program, and the like for controlling the overall operation of the node 100.
  • the storage unit 130 may store blocks generated by the block generation unit 114 and block chains managed by the block chain system.
  • the transaction signature generator 112 generates a transaction signature, which is a signature for the transaction, using a hash-based signature technique, and stores the transaction signature in the transaction.
  • the transaction signature generator 112 generates a pair of keys composed of a signature key and a verification key, generates a transaction signature using a transaction and a signature key based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm, Store the transaction signature and verification key in the transaction.
  • OTS One Time Signature
  • the block generation unit 114 generates a muckle signature corresponding to each transaction to be included in the block, and generates a block including the transactions in which the muck signature is stored.
  • the block generation unit 114 generates a merge tree by arranging the verification keys of the respective transactions to be included in the block in the leaf nodes of the tree as shown in the example of FIG. 2 below, .
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a method of calculating a muckroute value included in a block header in a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • the block generator 114 generates a verification key (Y A , Y B , Y C , and Y D ) of each of the transactions 211, 212, 213, , 222, 223, and 224 and hash.
  • the new parent nodes 231 and 232 are generated by hashing the data obtained by concatenating the leaf nodes 221, 222, 223 and 224 two by two, and the new parent nodes 231 and 232 are repeatedly calculated to store the muckle root value 204 in the header of the block do.
  • the structure of the block generated by the block generation unit 114 is roughly divided into four blocks.
  • a 4-byte block size field 201 indicating the total block size, a total of 80 bytes of a block header field, a transaction number field 208 having a variable size of 1 to 9 bytes indicating the number of transactions stored in the block, And a transaction field for storing transactions 211, 212, 213, and 214.
  • the version field 202 consisting of 4 bytes indicates an upgrade version for the block chain software or the protocol to be used.
  • the previous block header size field 203 composed of 32 bytes stores a value obtained by hashing a portion of the block header (80 bytes) before the current block in the block chain. At this time, the previous block header is hashed using the SHA-256 hash function based on the block coin of the bit coin.
  • the merge root field 204 composed of 32 bytes constitutes a merge tree using all the transactions stored in the corresponding block, stores the root value of the tree, verifies the integrity of all the transactions held by the block, It can be confirmed whether it is included in the block or not.
  • a time stamp field 205 consisting of 4 bytes is a field indicating the block creation time, and stores a value calculated in seconds from the Unix base date.
  • the difficulty target field 206 and the nonce field 207 each consisting of 4 bytes are used in the process of mining.
  • mining produces electronic money, verifies the validity of the transaction on the block, and connects the block to the block chain.
  • Numerous miners participate in the mining process, and the coins are obtained through compensation mechanisms among numerous miners, and blocks are created and miners are connected to the block chain.
  • This consensus mechanism is achieved through the proof of work in the bit coin, and the hash cash problem is used as proof of work.
  • the hash cash problem is quickly solved. In this case, the time to solve the hash cash problem can be adjusted by modifying the difficulty target field value.
  • the block generator 114 generates a header signature of each transaction to be included in the block, and stores the header signature in each transaction to be included in the block.
  • FIG. 3 is a view showing that, when a block is generated in a block-chain system according to an embodiment of the present invention, each transaction includes merge signature information.
  • the block generator 114 generates and stores a muckle signature for each transaction. For example, for a transaction (T X A) transaction signature (T X A ⁇ OTS), verification key (Y A), and the certification path transaction to generate a meokeul signature containing (Hash (Y B), H CD) (T X A).
  • the transaction verification unit 116 verifies the transaction signature of the transaction to be verified (verification step 1) and verifies the transaction through verification of the merge signature of the transaction to be verified (verification step 2) as shown in the example of FIG. 4 below .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a process of verifying a transaction in two stages in a block chain system according to an embodiment of the present invention.
  • the transaction verifying unit 116 can finally verify the transaction through two checks: a verification step 1 for verifying a transaction signature and a verification step 2 for a merge signature verification of a transaction.
  • the transaction verifying unit 116 uses the verification key 410 stored in the transaction to be verified to generate a transaction stored in the transaction 411 to be verified based on the hash-based OTS (One Time Signature)
  • OTS One Time Signature
  • a value obtained by hashing 412 the transaction 411 and a verification key of the transaction 411 based on the hash-based One Time Signature (OTS) algorithm 414 and the transaction signature 413 are generated, If the verification key is compared with the verification key 410 stored in the transaction 411, it can be determined that the transaction signature 413 has succeeded in verification.
  • OTS One Time Signature
  • the transaction verification unit 116 confirms the merge signature stored in the transaction to be verified and verifies the verification key 421 and the authentication paths 423 and 423 included in the Muffle signature, And checks the merge root value 420 stored in the block header of the corresponding block including the transaction to be verified. If the calculated merge root value 426 and the stored merge root value 426 are identical, (420) are the same, it can be judged that the verification of the muffle signature is successful. More specifically, the transaction verifier 116 hash 424 the authentication path 423 with the hash 422 of the verification key 421 to compute the merge root value 426, and the hash value 424 And the authentication path 425 to calculate the muckle value 426. [
  • the transaction verification unit 116 succeeds in verification of the muffle signature, it can transmit to the network that the verification of the transaction to be verified is successful.
  • the transaction verifier 116 may transmit to the network that the verification of the transaction to be verified has failed.
  • the block chain function unit 118 performs a process according to a consensus algorithm, and connects the generated block to a block chain and constitutes a block header.
  • the controller 110 can control the overall operation of the node 100.
  • the controller 110 may perform functions of the transaction signature generation unit 112, the block generation unit 114, the transaction verification unit 116, and the block chain function unit 118.
  • the control unit 110, the transaction signature generation unit 112, the block generation unit 114, the transaction verification unit 116, and the block chain function unit 118 are separately shown to distinguish the functions.
  • the control unit 110 includes at least one processor configured to perform the functions of the transaction signature generation unit 112, the block generation unit 114, the transaction verification unit 116, and the block chain function unit 118 .
  • the control unit 110 may also be configured to perform at least one of the functions of the transaction signature generation unit 112, the block generation unit 114, the transaction verification unit 116 and the block chain function unit 118, Of processors.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a process of generating a block and verifying a transaction in a node of a block chain system according to an embodiment of the present invention.
  • the node 100 of the present invention generates a transaction signature that is a signature for a transaction using a hash-based signature scheme, and stores the transaction signature in a transaction (510).
  • a transaction signature that is a signature for a transaction using a hash-based signature scheme
  • the node 100 may then generate a muckle signature corresponding to each of the transactions to be included in the block, and generate a block containing transactions in which the muckle signature is stored (520).
  • a more concrete process of generating a block to which the hash-based signature scheme is applied will be described later with reference to FIG.
  • the node 100 can verify the transaction signature of the transaction to be verified among the transactions included in the block, and verify the transaction through verification of the merge signature of the transaction to be verified 530.
  • a more specific process of verifying a transaction to which a hash-based signature scheme is applied will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of generating a transaction signature at a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • the node 100 generates 610 a pair of keys comprising a signature key and a verification key to generate a transaction signature.
  • the node 100 generates a transaction signature using a transaction and a signature key based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm (612).
  • OTS One Time Signature
  • the node 100 then stores the transaction signature and the verification key in the transaction (614).
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of generating a block in a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • a node 100 generates a merge tree by placing a verification key of each transaction included in a block in a leaf node of a tree to generate a block (710).
  • the node 100 then computes the muckroot value located at the root of the muckree tree (712).
  • the node 100 stores the merge root value of the merge tree in the header of the block (714).
  • the node 100 generates a muckle signature of each transaction to be included in the block, and the node 100 stores the muckle value of the muckree in the header of the block (716).
  • the muffle signature includes the transaction signature, the verification key, and the authentication path, where the authentication path represents the value required to calculate the muckroot value without the muckle tree.
  • the node 100 stores a merge signature in each transaction to be included in the block (718).
  • the node 100 checks or generates other information (version, previous block header hash, time stamp, difficulty goal, nonce, etc.) stored in the block header (step 720).
  • the node 100 generates a block header using the information confirmed and generated in step 720 and the merge root value, and stores the transactions including the merge signature in the payload of the block to generate a block (722).
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of verifying a transaction in a node of a block-chain system according to an embodiment of the present invention.
  • the node 100 when an event for verifying a transaction included in a block occurs, the node 100 performs a verification based on a hash-based One Time Signature (OTS) algorithm using a verification key stored in a transaction to be verified (810).
  • OTS One Time Signature
  • step 810 the node 100 verifies whether the transaction signature has been successfully verified as a result of the verification of the transaction node (step 812).
  • step 812 If it is determined in step 812 that the transaction signature is successfully verified, the node 100 confirms the coupon signature stored in the transaction to be verified (814).
  • the node 100 calculates the muckle value using the verification key and the authentication path included in the muckle signature (816).
  • the node 100 confirms the value of the muckle stored in the block header of the corresponding block including the transaction to be verified (818).
  • the node 100 then verifies the muckle signature by comparing the calculated muckroot value with the stored muckroot value (820).
  • the node 100 confirms whether the verification of the muffle signature is successful (822) whether the calculated muffle value and the stored muffle value are the same.
  • step 822 If it is determined in step 822 that the calculated muckle value is the same as the stored muckle value, the node 100 determines that the verification of the transaction to be verified is successful. (824).
  • step 822 the node 100 determines that the verification of the transaction to be verified has failed, (826).
  • the apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components.
  • the apparatus and components described in the embodiments may be implemented, for example, as a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) unit, a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • the processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • the processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software.
  • the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG.
  • the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller.
  • Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
  • the software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded.
  • the software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave.
  • the software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner.
  • the software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
  • the method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination.
  • the program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

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  • Financial Or Insurance-Related Operations Such As Payment And Settlement (AREA)

Abstract

본 발명은 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법에 관한 것으로, 블록체인 시스템의 각 노드는 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 트랜잭션 서명을 트랜잭션에 저장하는 트랜잭션 서명 생성부와, 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성하는 블록 생성부와 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증하는 트랜잭션 검증부를 포함하여 블록체인 서비스를 제공할 수 있다.

Description

해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법
이하의 일 실시 예들은 기존의 블록체인 구조에 비해 보다 강인한 양자 내성 특성을 갖는 구조를 제공하기 위한 것이다.
블록체인은 최근 비트코인, 이더리움과 같은 암호화 화폐가 주목을 받으면서 암호화 화폐의 보안 기술인 블록체인에 대한 관심도가 높아지고 있다. 기존의 금융 거래 방식의 경우, 신뢰할 수 있는 제3자 기관(TTP, Trusted Third Party)를 중개자로 두고 거래의 유효성을 검증하는 반면, 블록체인의 경우, 거래 장부를 네트워크 참여자 모두에게 공유를 함으로써, 분산된 공공 거래 장부 형태로 서로의 거래에 대해 유효성을 검증해줌으로써 거래의 신뢰성을 유지하게 된다. 블록체인은 블록의 연결된 형태로 각 블록은 특정 시간 동안의 트랜잭션들(거래 내역들)과 합의 알고리즘 관련 필드, 블록에 대한 정보 필드 등으로 구성되어있다. 이러한 블록을 만드는 권한은 합의 알고리즘(PoW, PoS, DpoS 등)을 통해 특정 참여 노드(네트워크 참여자)를 선정하여 블록을 생성하게 되며 이러한 합의 알고리즘을 통해 특정 참여자의 독점에 인한 악의적인 블록 생성을 예방할 수 있다.
현재 비트코인 기준 블록체인에서는 트랜잭션별 서명 알고리즘으로 ECDSA를 사용하고 있다. 하지만 ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) 전자 서명 알고리즘은 타원곡선 기반의 암호 알고리즘으로 이산대수 문제인 DLP(Discrete Logarithm Problem)에 기반을 두고 있으며, 이산대수 문제는 양자 컴퓨터 알고리즘 중 쇼어 알고리즘(Shor’s algorithm)에 의해 효율적인 시간 내에 공격이 가능하다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제로 인해 기존 블록체인 시스템은 양자 컴퓨팅 환경에서 취약점을 가지게 된다.
따라서, 양자 컴퓨팅 환경에서도 강인한 내성을 가진 트랜잭션 서명 알고리즘이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 도출된 것으로서, 양자 컴퓨팅 환경에서도 강인한 내성을 가진 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반한 트랜잭션 서명을 생성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 해시 기반 OTS 알고리즘으로 트랜잭션 서명을 생성하고, 트랜잭션의 검증키를 이용해서 머클 트리를 구성하고 트랜잭션 각각의 머클 서명을 생성함으로써, 트랜잭션 서명과 머클 루트 값의 2단계 검증을 통해서 트랜잭션을 검증할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드는, 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 트랜잭션 서명 생성부; 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 상기 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성하는 블록 생성부; 및 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증하는 트랜잭션 검증부를 포함한다.
이때, 노드는 합의 알고리즘에 따른 처리와, 생성된 블록을 블록체인에 연결하고, 블록 헤더를 구성하는 기능을 수행하는 블록체인 기능부; 및 블록체인 시스템의 다른 노드들과 트랜잭션을 송수신하고, 블록을 공유하기 위해 통신을 하는 통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션 서명 생성부는, 서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성하고, 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 트랜잭션과 상기 서명키를 이용해서 상기 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명과 상기 검증키를 상기 트랜잭션에 저장할 수 있다.
이때, 상기 블록 생성부는, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성하고, 상기 머클 트리의 머클 루트 값을 상기 블록의 헤더에 저장하고, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 상기 머클 서명을 생성하고, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 상기 머클 서명을 저장할 수 있다.
이때, 상기 머클 서명은, 트랜잭션 서명, 검증키 및 인증 경로를 포함하고, 상기 인증 경로는 상기 머클 트리 없이도 상기 머클 루트 값을 계산하는데 필요한 값일 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션 검증부는, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 트랜잭션 서명의 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인하고, 상기 머클 서명에 포함된 상기 검증키와 인증 경로를 이용하여 머클 루트 값을 계산하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값을 확인하고, 상기 계산된 머클 루트 값과 상기 저장된 머클 루트 값을 비교해서 동일하면 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공했다고 판단할 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션 검증부는, 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 네트워크로 송신할 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션 검증부는, 상기 트랜잭션 서명에 관한 검증에 실패하거나 상기 머클 서명에 관한 검증에 실패하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 네트워크로 송신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법은, 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 단계; 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 상기 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성하는 단계: 및 상기 블록에 포함된 트랜잭션들 중에서 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 단계는, 서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성하는 단계; 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 트랜잭션과 상기 서명키를 이용해서 상기 트랜잭션 서명을 생성하는 단계; 및 상기 트랜잭션 서명과 상기 검증키를 상기 트랜잭션에 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 블록을 생성하는 단계는, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성하는 단계; 상기 머클 트리의 머클 루트 값을 상기 블록의 헤더에 저장하는 단계; 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 상기 머클 서명을 생성하는 단계; 및 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 상기 머클 서명을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 머클 서명은, 트랜잭션 서명, 검증키 및 인증 경로를 포함하고, 상기 인증 경로는 상기 머클 트리 없이도 상기 머클 루트 값을 계산하는데 필요한 값일 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션을 검증하는 단계는, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 트랜잭션 서명을 검증하는 단계; 상기 트랜잭션 서명의 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인하는 단계; 상기 머클 서명에 포함된 상기 검증키와 인증 경로를 이용하여 머클 루트 값을 계산하는 단계; 상기 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값을 확인하는 단계; 및 상기 계산된 머클 루트 값과 상기 저장된 머클 루트 값을 비교해서 동일하면 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공했다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션을 검증하는 단계는, 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 트랜잭션을 검증하는 단계는, 상기 트랜잭션 서명에 관한 검증에 실패하거나 상기 머클 서명에 관한 검증에 실패하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 네트워크로 송신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법에 관한 것으로, 양자 알고리즘에 내성을 가지는 해시 기반 서명 기법을 사용함으로써 양자 알고리즘에 강인한 효과를 가지고, 머클 서명을 이용한 트랜잭션 서명 검증을 통해 트랜잭션 검증뿐만 아니라 블록에 포함된 트랜잭션 전체에 대한 무결성 검증 및 트랜잭션에 대한 블록 포함 여부도 함께 확인이 가능하고, 기존에 사용되는 ECDSA에 비해 해시 기반 서명 기법의 서명 생성 및 검증 속도가 빠르기 때문에 전반적인 블록체인 성능 향상을 기대할 수 있고, 해시 함수(SHA-256)을 이용해 해시 기반 서명 기법을 적용했을 때 기존 전자 서명 알고리즘(ECDSA)와 뒤쳐지지 않는 보안강도를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 블록 헤더에 포함되는 머클 루트 값을 계산하는 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 블록을 생성할 때, 각 트랜잭션에 머클 서명 정보를 포함함을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 2단계로 검증하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 블록을 생성하고 트랜잭션을 검증하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 트랜잭션 서명을 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 블록을 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 트랜잭션을 검증하는 과정을 도시한 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템 및 방법을 첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 블록체인 시스템의 노드(100)는 제어부(110), 트랜잭션 서명 생성부(112), 블록 생성부(114), 트랜잭션 검증부(116), 블록체인 기능부(118), 통신부(120) 및 저장부(130)를 이용해서 해시 기반 서명 기법을 적용한 트랜잭션 서명을 생성하여 양자 컴퓨팅 환경에서도 블록체인에 포함되는 블록의 보안을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
통신부(120)는 수신기(Receiver)와 송신기(transmitter)를 포함하는 통신 인터페이스 장치로서 유선 또는 무선으로 데이터를 송수신한다. 통신부(120)는 블록체인 시스템의 네트워크에 포함된 다른 노드들과 트랜잭션을 송수신하고, 블록을 공유하기 위해 통신을 한다.
저장부(130)는 노드(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 운영체제, 응용 프로그램 등을 저장한다. 또한, 저장부(130)는 블록 생성부(114)에서 생성한 블록과 블록체인 시스템에서 관리하는 블록체인을 저장할 수 있다.
트랜잭션 서명 생성부(112)는 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 트랜잭션 서명을 트랜잭션에 저장한다.
보다 구체적으로, 트랜잭션 서명 생성부(112)는 서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성하고, 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 트랜잭션과 서명키를 이용해서 트랜잭션 서명을 생성하고, 트랜잭션 서명과 검증키를 트랜잭션에 저장한다.
블록 생성부(114)는 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성한다.
보다 구체적으로 블록 생성부(114)는 아래의 도 2의 예와 같이 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성하고, 머클 트리의 머클 루트 값을 블록의 헤더에 저장한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 블록 헤더에 포함되는 머클 루트 값을 계산하는 방법을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 블록 생성부(114)는 블록에 포함될 트랜잭션(211, 212, 213, 214) 각각의 검증키(YA, YB, YC, YD)를 트리의 리프노드(221, 222, 223, 224)에 배치하여 해시한다. 리프노드(221, 222, 223, 224)들을 2개씩 연접한 데이터에 대해 해쉬하여 새로운 부모 노드(231, 232)를 생성하고, 이를 반복하여 머클 루트 값(204)를 계산하여 블록의 헤더에 저장한다.
블록 생성부(114)에서 생성하는 블록의 구조를 살펴보면 블록은 크게 4가지로 구성되어있다. 전체 블록 크기를 나타내는 4 bytes의 블록 크기 필드(201), 총 80 bytes의 블록 헤더 필드, 블록에 저장된 트랜잭션의 개수를 나타내고 1∼9bytes의 가변 크기를 가진 트랜잭션 개수 필드(208), 그리고 블록에 저장된 트랜잭션(211, 212, 213, 214)들을 저장하는 트랜잭션 필드로 구성되어있다.
블록 헤더의 구성에 대해 자세히 알아보면, 먼저 4 bytes로 구성된 버전 필드(202)는 블록체인 소프트웨어나 사용하는 프로토콜에 대한 업그레이드 버전을 나타낸다.
32 bytes로 구성된 이전 블록 헤더 크기 필드(203)는 블록체인에서 현재 블록 이전의 블록 헤더(80bytes) 부분을 해시한 값이 저장된다. 이때, 비트코인의 블록체인 기준으로 SHA-256 해시 함수를 사용하여 이전 블록 헤더를 해싱하게 된다.
32 bytes로 구성된 머클 루트 필드(204)는 해당 블록에 저장된 모든 트랜잭션을 이용하여 머클 트리를 구성하고 그 트리의 루트 값을 저장한 것으로 블록이 가지고 있는 모든 트랜잭션에 대한 무결성을 검증하거나, 특정 거래가 해당 블록에 포함이 되는지 아닌지를 확인할 수 있다.
4 bytes로 구성된 타임스탬프 필드(205)는 블록의 생성 시간을 나타내는 필드로 유닉스 기준일로부터 초 단위로 계산한 값이 저장된다.
각각 4 bytes로 구성된 난이도 목표 필드(206)와 논스 필드(207)는 채굴(Mining)이라는 과정에서 사용된다.
채굴에 관해 설명하면, 채굴은 전자 화폐를 생산하며, 블록에 대한 트랜잭션의 유효성을 검증하고, 블록을 블록체인에 연결하는 것이다. 채굴을 수행하기 위해 수많은 채굴자가 참가하게 되고, 수많은 채굴자 중 합의 메커니즘을 통해 보상으로 코인을 얻고, 블록을 생성하여 블록체인에 연결하는 채굴자를 선정하게 된다. 이러한 합의 메커니즘은 비트코인에서 작업의 증명(Proof Of Work)을 통해 이루어지며, 작 업의 증명 문제로 hash cash 문제를 사용하게 된다. 컴퓨팅 성능이 향상됨에 따라 hash cash 문제를 빨리 풀게 되는데, 이러한 경우 난이도 목표 필드값을 수정하여 hash cash 문제 푸는 시간을 조정할 수 있다.
그리고, 블록 생성부(114)는 아래 도 3의 예와 같이 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 머클 서명을 생성하고, 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 머클 서명을 저장한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 블록을 생성할 때, 각 트랜잭션에 머클 서명 정보를 포함함을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 블록 생성부(114)는 트랜잭션들 별로 머클 서명을 생성하여 저장한다. 예를 들어, 트랜잭션(TXA)의 경우 트랜잭션 서명(TXA σOTS), 검증키(YA) 및 인증 경로(Hash(YB), HCD)를 포함하는 머클 서명을 생성하여 트랜잭션(TXA)에 저장한다.
이때, 인증 경로(AP; Authentication Path)(As = {a0, ..., aH -1})는 머클 트리 없이도 머클 루트 값(204)을 계산하는데 필요한 값으로, 인증 경로 상의 노드 h는 인증 경로상에서 높이가 h인 노드의 형제 노드를 나타내며, 인증 경로 인덱스 계산 공식은 아래와 <수학식 1>과 같다.
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트랜잭션 검증부(116)는 아래 도 4의 예와 같이 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증(검증 1단계)하고, 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증(검증 2단계)을 통해서 트랜잭션을 검증한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 2단계로 검증하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 트랜잭션 검증부(116)는 트랜잭션 서명을 검증하는 검증 1단계와 트랜잭션의 머클 서명의 검증 2단계의 2번의 검증을 통해서 최종적으로 트랜잭션을 검증할 수 있다.
검증 1단계에서 트랜잭션 검증부(116)는 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키(410)를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘(414)을 기반으로 검증하고자 하는 트랜잭션(411)에 저장된 트랜잭션 서명(413)을 검증할 수 있다.
보다 구체적으로, 트랜잭션(411)을 해시(412)한 값과 트랜잭션 서명(413)을 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘(414)을 기반을 트랜잭션(411)의 검증키를 생성하고, 생성한 검증키와 트랜잭션(411)에 저장된 검증키(410)을 비교하여 동일하면 트랜잭션 서명(413)이 검증에 성공했다고 판단할 수 있다.
검증 2단계에서 트랜잭션 검증부(116)는 검증 1단계의 검증에 성공하면, 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인하고, 머클 서명에 포함된 검증키(421)와 인증 경로(423, 423)를 이용하여 머클 루트 값(426)을 계산하고, 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값(420)을 확인하고, 계산된 머클 루트 값(426)과 저장된 머클 루트 값(420)을 비교해서 동일하면 머클 서명에 대한 검증에 성공했다고 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 트랜잭션 검증부(116)는 머클 루트 값(426)을 계산하기 위해서 검증키(421)를 해시(422)한 값과 인증 경로(423)를 해시(424)하고, 해시값(424)와 인증 경로(425)를 해시해서 머클 루트 값(426)을 계산할 수 있다.
이때, 트랜잭션 검증부(116)는 머클 서명에 대한 검증에 성공하면, 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 네트워크로 송신할 수 있다.
트랜잭션 검증부(116)는 트랜잭션 서명에 관한 검증에 실패하거나 머클 서명에 관한 검증에 실패하면, 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 네트워크로 송신할 수 있다.
블록체인 기능부(118)는 합의 알고리즘에 따른 처리와, 생성된 블록을 블록체인에 연결하고, 블록 헤더를 구성하는 기능을 수행한다.
제어부(110)는 노드(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(110)는 트랜잭션 서명 생성부(112), 블록 생성부(114), 트랜잭션 검증부(116) 및 블록체인 기능부(118)의 기능을 수행할 수 있다. 제어부(110), 트랜잭션 서명 생성부(112), 블록 생성부(114), 트랜잭션 검증부(116) 및 블록체인 기능부(118)를 구분하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 제어부(110)는 트랜잭션 서명 생성부(112), 블록 생성부(114), 트랜잭션 검증부(116) 및 블록체인 기능부(118) 각각의 기능을 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 트랜잭션 서명 생성부(112), 블록 생성부(114), 트랜잭션 검증부(116) 및 블록체인 기능부(118) 각각의 기능 중 일부를 수행하도록 구성된(configured) 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 블록을 생성하고 트랜잭션을 검증하는 방법을 아래에서 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 블록을 생성하고 트랜잭션을 검증하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 노드(100)는 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 트랜잭션 서명을 트랜잭션에 저장한다(510). 해시 기반 서명 기법이 적용된 트랜잭션 서명을 생성하는 보다 구체적인 과정은 이후 도 6을 참조하여 후술한다.
그리고, 노드(100)는 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성할 수 있다(520). 해시 기반 서명 기법이 적용된 블록을 생성하는 보다 구체적인 과정은 이후 도 7을 참조하여 후술한다.
그리고, 노드(100)는 블록에 포함된 트랜잭션들 중에서 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증할 수 있다(530). 해시 기반 서명 기법이 적용된 트랜잭션을 검증하는 보다 구체적인 과정은 이후 도 8을 참조하여 후술한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 트랜잭션 서명을 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 노드(100)는 트랜잭션 서명을 생성하기 위해서 서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성한다(610).
그리고, 노드(100)는 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 트랜잭션과 서명키를 이용해서 트랜잭션 서명을 생성한다(612).
그리고, 노드(100)는 트랜잭션 서명과 검증키를 트랜잭션에 저장한다(614).
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 블록을 생성하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 노드(100)는 블록을 생성하기 위해서 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성한다(710).
그리고, 노드(100)는 머클 트리의 루트(root)에 위치하는 머클 루트 값을 계산한다(712).
그리고, 노드(100)는 머클 트리의 머클 루트 값을 블록의 헤더에 저장한다(714).
그리고, 노드(100)는 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 머클 서명을 생성한다 그리고, 노드(100)는 머클 트리의 머클 루트 값을 블록의 헤더에 저장한다(716). 이때, 머클 서명은 트랜잭션 서명, 검증키 및 인증 경로를 포함하고, 여기서, 인증 경로는 머클 트리 없이도 머클 루트 값을 계산하는데 필요한 값을 나타낸다.
그리고, 노드(100)는 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 머클 서명을 저장한다(718).
그리고, 노드(100)는 블록 헤더에 저장되는 그 외 다른 정보들(버전, 이전 블록 헤더 해시, 타임 스탬프, 난이도 목표, 난스 등)을 확인 또는 생성한다(720).
그리고, 노드(100)는 720단계에서 확인 또는 생성된 정보와 머클 루트 값을 이용해서 블록 헤더를 생성하고, 블록의 페이로드에 머클 서명을 포함하는 트랜잭션들을 저장하여 블록을 생성한다(722).
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록체인 시스템의 노드에서 트랜잭션을 검증하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 노드(100)는 블록에 포함된 트랜잭션을 검증하는 이벤트가 발생하는 경우, 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 트랜잭션 서명을 검증한다(810).
그리고, 노드(100)는 810단계에서 트랜잭션 노드의 검증을 수행한 결과 트랜잭션 서명의 검증에 성공하였는지 확인한다(812).
812단계의 확인결과 트랜잭션 서명의 검증에 성공하면, 노드(100)는 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인한다(814).
그리고, 노드(100)는 머클 서명에 포함된 검증키와 인증 경로를 이용하여 머클 루트 값을 계산한다(816).
그리고, 노드(100)는 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값을 확인한다(818).
그리고, 노드(100)는 계산된 머클 루트 값과 저장된 머클 루트 값을 비교해서 머클 서명을 검증한다(820).
그리고, 노드(100)는 계산된 머클 루트 값과 저장된 머클 루트 값이 동일하지 여부로 머클 서명에 대한 검증의 성공 유무를 확인한다(822).
822단계의 확인결과 계산된 머클 루트 값과 저장된 머클 루트 값이 동일하여 검증에 성공으로 확인되면, 노드(100)는 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 블록체인 시스템의 노드들이 포함된 네트워크로 송신한다(824).
812단계의 확인결과 트랜잭션 서명의 검증에 실패하거나, 822단계의 확인결과 머클 서명의 검증에 실패하면, 노드(100)는 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 블록체인 시스템의 노드들이 포함된 네트워크로 송신한다(826).
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 트랜잭션 서명 생성부;
    블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 상기 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성하는 블록 생성부; 및
    검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증하는 트랜잭션 검증부
    를 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  2. 제1항에 있어서,
    합의 알고리즘에 따른 처리와, 생성된 블록을 블록체인에 연결하고, 블록 헤더를 구성하는 기능을 수행하는 블록체인 기능부; 및
    블록체인 시스템의 다른 노드들과 트랜잭션을 송수신하고, 블록을 공유하기 위해 통신을 하는 통신부
    를 더 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜잭션 서명 생성부는,
    서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성하고, 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 트랜잭션과 상기 서명키를 이용해서 상기 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명과 상기 검증키를 상기 트랜잭션에 저장하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블록 생성부는,
    상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성하고, 상기 머클 트리의 머클 루트 값을 상기 블록의 헤더에 저장하고, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 상기 머클 서명을 생성하고, 상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 상기 머클 서명을 저장하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 머클 서명은,
    트랜잭션 서명, 검증키 및 인증 경로를 포함하고, 상기 인증 경로는 상기 머클 트리 없이도 상기 머클 루트 값을 계산하는데 필요한 것을 특징으로 하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 트랜잭션 검증부는,
    상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 트랜잭션 서명의 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인하고, 상기 머클 서명에 포함된 상기 검증키와 인증 경로를 이용하여 머클 루트 값을 계산하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값을 확인하고, 상기 계산된 머클 루트 값과 상기 저장된 머클 루트 값을 비교해서 동일하면 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공했다고 판단하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트랜잭션 검증부는,
    상기 머클 서명에 대한 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 네트워크로 송신하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 트랜잭션 검증부는,
    상기 트랜잭션 서명에 관한 검증에 실패하거나 상기 머클 서명에 관한 검증에 실패하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 네트워크로 송신하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템의 노드.
  9. 해시 기반 서명 기법을 이용해 트랜잭션에 대한 서명인 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 단계;
    블록에 포함될 트랜잭션 각각에 대응하는 머클 서명을 생성하고, 상기 머클 서명이 저장된 트랜잭션들을 포함하는 블록을 생성하는 단계: 및
    상기 블록에 포함된 트랜잭션들 중에서 검증하고자 하는 트랜잭션의 트랜잭션 서명을 검증하고, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션의 머클 서명의 검증을 통해서 트랜잭션을 검증하는 단계
    를 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 트랜잭션 서명을 생성하고, 상기 트랜잭션 서명을 상기 트랜잭션에 저장하는 단계는,
    서명키와 검증키로 이루어진 한쌍의 키를 생성하는 단계;
    해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 트랜잭션과 상기 서명키를 이용해서 상기 트랜잭션 서명을 생성하는 단계; 및
    상기 트랜잭션 서명과 상기 검증키를 상기 트랜잭션에 저장하는 단계
    를 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 블록을 생성하는 단계는,
    상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 검증키를 트리의 리프노드에 배치하여 머클 트리를 생성하는 단계;
    상기 머클 트리의 머클 루트 값을 상기 블록의 헤더에 저장하는 단계;
    상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각의 상기 머클 서명을 생성하는 단계; 및
    상기 블록에 포함될 트랜잭션 각각에 상기 머클 서명을 저장하는 단계
    를 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 머클 서명은,
    트랜잭션 서명, 검증키 및 인증 경로를 포함하고,
    상기 인증 경로는 상기 머클 트리 없이도 상기 머클 루트 값을 계산하는데 필요한 것을 특징으로 하는
    해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 트랜잭션을 검증하는 단계는,
    상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 검증키를 이용해서 해시 기반 OTS(One Time Signature) 알고리즘을 기반으로 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 트랜잭션 서명을 검증하는 단계;
    상기 트랜잭션 서명의 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 저장된 머클 서명을 확인하는 단계;
    상기 머클 서명에 포함된 상기 검증키와 인증 경로를 이용하여 머클 루트 값을 계산하는 단계;
    상기 검증하고자 하는 트랜잭션을 포함하는 해당 블록의 블록 헤더에 저장된 머클 루트 값을 확인하는 단계; 및
    상기 계산된 머클 루트 값과 상기 저장된 머클 루트 값을 비교해서 동일하면 상기 머클 서명에 대한 검증에 성공했다고 판단하는 단계
    를 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 트랜잭션을 검증하는 단계는,
    상기 머클 서명에 대한 검증에 성공하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 성공했음을 네트워크로 송신하는 단계
    를 더 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 트랜잭션을 검증하는 단계는,
    상기 트랜잭션 서명에 관한 검증에 실패하거나 상기 머클 서명에 관한 검증에 실패하면, 상기 검증하고자 하는 트랜잭션에 관한 검증에 실패했음을 네트워크로 송신하는 단계
    를 더 포함하는 해시 기반 서명 기법을 적용한 블록체인 시스템에서 트랜잭션을 검증하는 방법.
  16. 제9항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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