합의안정성을 고려한 프라이빗 블록체인 합의알고리즘 성능평가항목 연구

블록체인의 핵심기술인 합의알고리즘을 통하여 연결 노드 간 동일한 데이터를 정확하게 공유한다. 사용자 및 활용 환경을 고려한 적절한 합의 알고리즘 사용은 데이터 무결성 및 정확성 등을효율적으로 유지하도록 한다. 본 논문에서는 프라이빗 블록체인 플랫폼의 특징을 고려하여 허가된 노드 간 합의 알고리즘 효율적 선정을 위한 성능평가방법을 제시하였으며 권위를 가진 연결노드의 수를 고려하여 해당 항목을 기존 공개된 수식에 변형하여 적용하였다. 이러한 과정을 통하여 노드 간 안정성을 고려한 합의과정의 단순화가 가능하였다. 제안한 연구내용을 통한 적절한합의 알고리즘 선정을 통하여 합의 과정의 안정성을 높일 수 있다. 기존 중앙집중시스템 형태와 달리 탈중앙화된 분산 네트워크를 통하여 노드와 데이터를 관리하는 블록체인 기술이 빠르게 성장하고 있다. 특히 정부 및 기업 등 허가된 기관 간 블록체인 추진사례가 증가하며 프라이빗 블록체인의 합의과정에 대한 중요성이 증가하고 있다. 프라이빗블록체인과 같이 허가된 노드들로만 연결된 블록체인 네트워크는 악의적 노드를 배제한 상태이므로 합의를 위한 과도한 작업이나 지분이 필요 없다. 해당 환경에서 효과적 블록생성 및 관리를 위하여 필요한 것은 안전한 블록의 지속성과 빠른 처리 속도이다. 기존의 블록체인 성능평가항목으로는 TPS, 블록생성속도, 블록합의속도 등이 제시되었으나 프라이빗 블록쳉니환경의 특징과 다양한 사용자 환경을 고려한 합의안정 최적화가 가능한 합의알고리즘 선택이 중요한 요소가 되었으며 최적의 합의알고리즘 적용을 통하여 블록체인 성능이 평가될 수 있다. 본 논문에서는 신뢰기반 허가된 기관 간 거래의 효율적 합의를 위하여 프라이빗 블록체인 기반의 대표적 합의 알고리즘인 PBFT, Raft, Paxos의 특징을 분석하고 성능평가를 위한 수식을 제안하여 사용 환경을 고려한 적합한 알고리즘의 선택을 위한 다양한 평가요소를 제안하였다. 제안한 합의 알고리즘 평가요소는 권위를 가진 연결노드의수와 이를 반영한 합의안정성이다. 제안한 평가요소의 적합성을 증명하기 위하여 기존의 공개된 수식을 변형하여 다양한 사례를 통하여 평가요소적용과정을 보여주었다. 결과적으로 다양한 합의알고리즘 중 사용자 환경을 고려한 최적의 합의알고리즘 선정이 가능하였으며 해당 합의알고리즘의 선정과정을 살펴볼 수 있었다.본 논문에서는 네트워크 상황에서 발생 가능한 돌발 상황 등에 대해서는 고려하지 않았으나 향후 대표적 돌발 상황을 고려한 추가 연구를 진행할 예정이다.