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[박찬익 교수] A Novel Cross-Shard Protocol for Hierarchical State Sharding Blockchain

2023-12-04
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[연구의 필요성]
블록체인 기반 서비스 확산을 위해서는 블록체인 성능 확장성을 높이는 것이 중요하다. 본 연구는 5/6세대 통신에서 구현되는 에지 컴퓨팅 특성을 활용하여 블록체인 성능 확장성을 높이는 것을 목표로 한다. 구체적으로, 에지 컴퓨팅은 계층성을 가지며 이는 상위 레벨의 대규모 클라우드 서버들과 하위 레벨의 소규모 에지 서버들로 구성되며, 각 레벨은 물리적 위치 기반의 샤딩 존으로 분할된다. 사용자들은 같은 존의 다른 사용자들과 대부분의 거래를 수행하며, 일부 사용자들은 다른 존으로 이동하여 새로운 존에서 거래를 수행할 수 있다. 따라서, 사용자 이동성을 적절히 다루지 않으면, 크로스 샤드 트랜잭션이 지속적으로 증가하므로 오버헤드가 커진다.

[포스텍이 가진 고유의 기술]
위와 같은 에지 컴퓨팅의 특성을 고려하여, 개별 샤드를 처리하는 로컬 체인과 크로스 샤드를 처리하는 메인체인으로 구성된 새로운 계층적 블록체인 플랫폼을 제안하였다. 상위 메인체인에서의 합의 과정을 통해 효과적으로 크로스 샤드 트랜잭션 처리를 지원하며, 또한 사용자 이동성을 고려하는 동적 지역성 프로토콜을 지원한다. 기존 블록체인 트랜잭션 처리 구조인 실행-정렬-검증 (Execute-Order-Validate, XOV) 모델을 계층적 샤딩 환경에 맞춘 정렬-실행-정렬-검증 (Order-Execution-Order-Validation) 모델을 제안하여 실효성을 평가하였다.

[연구의 의미]
최근 5/6세대 이동통신 (5G/6G) 네트워크 기술이 등장함에 따라, 그 근간이 되는 에지 컴퓨팅의 중요성이 날로 커지고 있다. 에지 컴퓨팅의 주요 서비스로는 사물 인터넷, 스마트 시티, 스마트 공장, 자율 주행 자동차, 자전거 및 차량 공유 서비스와 같은 긱 이코노미 (Gig economy), 하이퍼 로컬 서비스 등의 다양한 시나리오들을 포함한다. 하지만, 에지 컴퓨팅 환경상에서의 블록체인 연구는 에지 컴퓨팅 자원 할당/분배 등 자원 관리 측면에서 블록체인 기법을 적용하는 방향이 대부분이며, 블록체인 성능 확장성 해결을 위해 에지 컴퓨팅 환경을 직접적으로 활용하는 연구는 매우 초기 단계이다. 따라서, 본 연구는 이러한 방향으로의 초기 연구로써 높은 잠재성을 갖는다고 판단하며, 우리나라가 세계 최초로 상용화에 성공한 5세대 통신 뿐 아니라 향후 6세대 통신까지 글로벌 서비스 경쟁력을 확보하는 의미를 가진다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]
현재 연구의 초기 버전은 개발 및 평가가 완료되었으며 연구 신뢰성을 위해 국제 논문을 작성하여 피어 리뷰를 받고, 향후 실제 에지컴퓨팅 환경에 사용 가능한 플랫폼화 작업을 진행 중이다.

[성과와 관련된 실적]
1. A Novel Cross-Shard Protocol for Hierarchical State Sharding Blockchain, Yongrae Jo, Chanik Park, The 29th ACM Symposium on Operating System Principles, Poster Presentation, October 23 – October 26, 2023, Koblenz
2. A Blockchain Sharding Protocol supporting Dynamic Locality in Mobile Edge Computing, Yongrae Jo, Chanik Park, the 13th International Conference on ICT Convergence (ICTC 2022), October 19 – October 21, 2022, Jeju
3. 에지 컴퓨팅을 위한 계층적 블록체인에서의 통합 실행 모델, 조용래, 박찬익, 2023 한국컴퓨터종합학술대회
4. MEC-Chain : 동적  지역성을  지원하는  고성능  블록체인, 조용래, 박찬익, 2022 한국컴퓨터종합학술대회

[성과와 관련된 이미지]


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