개요

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네트워크 계층(계층 0)은 오랫동안 블록체인 확장의 주요 병목 현상으로 간주되었습니다. Napster의 종말과 Gnutella 및 BitTorrent와 같은 보다 분산된 아키텍처의 부상 이후 P2P 네트워크는 검열 저항을 보장하는 데 필요한 것으로 간주되었으며 더 나은 보안을 위해 효율적인 중앙 집중식 아키텍처 성능을 절충하는 데 필요한 절충안으로 간주되는 경우가 많습니다. 사람들은 분권화에는 희생이 수반되어야 한다고 말합니다. 블록 크기에 대한 논쟁에서 낮은 포크 속도와 충분한 탈중앙화를 유지하면서 최대 블록 크기를 결정하기 위해 P2P 네트워크의 노드에 대한 최소 대역폭 요구 사항을 설정하는 것은 열린 문제로 남아 있습니다.

프로토콜 개발자는 고아(Structured DAG)로 이어지지 않는 합의 알고리즘 설계, 리소스 요구 사항 증가(Solana), 합의 노드 제한(EOS) 또는 트랜잭션을 P2P 네트워크 외부로 이동하는 등 다양한 방법으로 네트워크 병목 현상을 극복하려고 시도했습니다. (번개). 비트코인에서 가장 잘 알려진 블록 전파 가속 수단은 여전히 ​​압축된 블록, Graphene, FIBER(Matt Corallo가 자발적으로 유지 관리하는 동일한 이름의 릴레이 네트워크 프로토콜), Falcon 등입니다. 그러나 이러한 솔루션 중 어느 것도 네트워크 계층의 근본적인 문제를 안전하게 해결하여 Layer 0 스케일링의 핵심인 블록체인의 처리량을 크게 높일 수 없습니다.

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웹 2.0의 콘텐츠 전송 네트워크(CDN)에서 영감을 받은 CRN(중앙 집중식 릴레이 네트워크)은 종종 블록 전송 속도를 높이는 데 사용됩니다. P2P 통신을 클라우드 기반 오버레이로 대체하여 글로벌 커버리지를 갖춘 최적의 저지연 멀티캐스트 토폴로지를 구현합니다.

이러한 중앙 집중식 릴레이 네트워크의 운영자인 Bloxroute Labs는 시스템의 무신뢰성을 증명하기 위해 입증 가능한 중립성이라는 일련의 조치를 제안했습니다. 우리는 아래에서 이러한 조치를 테스트하고 이러한 메커니즘이 성공적으로 무신뢰를 입증하는지 여부를 검토하고 중앙 집중식 릴레이 네트워크(CRN)가 항상 편향되어 매우 안전하지 않은 격리 확장 솔루션이라는 결론을 내립니다. 우리는 미래 레이어 0 스케일링 솔루션의 디자이너를 위한 체크리스트 역할을 하고 Marlin의 디자인에 영감을 주어야 하는 몇 가지 기본적이고 상당히 잘 알려진 주요 공격 시나리오를 나열합니다.

입증 가능한 중립성 확인

Bloxroute는 블랙리스트 기반 검열(콘텐츠 및/또는 출처를 기반으로 블록을 검열하는 행위)을 방지하여 무신뢰를 유지합니다. 이 접근 방식은 채굴자가 중앙 집중식 릴레이 네트워크에 암호화된 블록을 먼저 게시한 다음 채굴자가 판단하는 방식으로 암호화된 블록을 게시해야 합니다. 블록이 네트워크의 주요 부분에 도달하면 복호화 키가 P2P 네트워크를 통해 배포됩니다. 또한 채굴자는 가비지 블록(테스트 블록)을 보내 중앙 집중식 릴레이 네트워크가 자신의 IP 주소를 사용하여 검열하는지 확인하고 검열하는 경우 익명 네트워크를 사용하여 유효한 블록을 보낼 수 있습니다. 안타깝게도 아래와 같이 이러한 조치는 시스템의 무신뢰 특성을 입증하지 못하고 블록체인을 새로운 공격에 노출시킵니다.

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검열 저항(Censorship resistance), 트랜잭션이 목적으로 인해 또는 블록체인을 재정적 자유의 목표로 사용하는 당사자로 인해 원장에 기록되는 것이 차단되지 않도록 하는 속성입니다. 따라서 블록 생산자는 블랙리스트 거래에 대한 보복의 두려움 없이 운영할 수 있어야 합니다. 오늘날 블록체인은 네트워크의 주요 부분 확산을 통과하는 한 블록이 블록체인에 포함되는지 여부를 확인할 수 있도록 공격자가 네트워크의 많은 부분을 조정하도록 요구하는 합의 알고리즘을 설계하여 이 속성을 보장합니다. 후자의 요구 사항을 보장하려면 가십 및 전체 노드가 필수적입니다.

화이트리스트: 그러나 모든 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 IP 주소 기반 화이트리스트를 부과할 수 있습니다. 릴레이 네트워크는 화이트리스트에 있는 IP 주소의 블록에 우선 순위를 지정하거나(양호한 수익 창출의 경우) 화이트리스트에 없는 마이너의 블록 전송을 완전히 배제할 수 있습니다(정부 당국의 요구 사항에 따라 네트워크가 필요로 하는 중앙 집중식 릴레이 지침). 따르다).

채굴자는 받은 첫 번째 유효한 블록을 기반으로 구축합니다. 경쟁할 때 광부들은 거의 동시에 블록을 생성하고 전파하는 데 더 오래 걸리는 광부는 고아가 될 가능성이 더 큽니다. 현재 시스템 매개변수 하에서 블록의 동시 채굴은 거의 드물다. 그러나 처리량을 늘리기 위해 보다 공격적인 시스템 매개변수를 사용하는 네트워크에서는 이러한 일이 발생할 가능성이 크게 증가합니다.

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네트워크 계층에서의 경쟁은 감지하기 어렵습니다. 설상가상으로, 이 우선 순위 전파는 불우한 채굴자 블록에 때때로 더 높은 우선 순위를 부여함으로써 더 가려질 수 있습니다(편향이 분명해지지 않을 만큼 충분히 높지만 피해자가 위를 달리는 것이 실현 가능하지 않을 만큼 충분히 낮음).

강탈: 광부의 존재에 대한 위협

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중앙 집중식 릴레이 네트워크가 블록체인 네트워크의 게이트키퍼가 됨에 따라 퍼블릭 체인은 효과적으로 허가된 체인이 됩니다. 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 블록체인을 조용히 중앙 집중화하고 사업상의 이유로 채굴자들을 조용히 쫓아내겠다고 위협할 수 있지만, 정부 당국은 또한 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 강제하여 KYC 채굴자만 네트워크를 통해 데이터를 전송하도록 등록하도록 할 수 있습니다.

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이전에 설명한 검열 방지 메커니즘은 암호 해독 키에 대한 성급한 가십보다는 블록을 생성하는 채굴자에 크게 의존합니다. 채굴자들이 가능한 한 빨리 블록을 전파하도록 장려되기 때문에 이것은 의심스러운 가정입니다(이러한 릴레이 네트워크의 전제 조건). 릴레이 네트워크가 특정 채굴자에게 편향되지 않은 상태에서 블록 전파 경쟁은 암호 해독 키 전파 경쟁이 됩니다.

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일반적인 가십 네트워크에서는 블록의 유효성을 먼저 확인하고 유효하지 않은 블록의 전파를 방지하여 네트워크에 DoS를 방지합니다. 그러나 블록의 암호화는 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 사용하는 네트워크에서 이전에 볼 수 없었던 새로운 (D)DoS 공격 벡터를 엽니다. 암호화된 블록은 유효성을 확인할 수 없기 때문에 가입한 모든 채굴자에게 맹목적으로 전달됩니다. 이것은 실제로 이전에 기능으로 설명되었습니다(테스트 블록 참조). 결과적으로 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 DDoSing 채굴자의 블록과 이를 사용하는 네트워크의 전체 노드를 무효화하는 대량의 쓰레기를 퍼뜨리기 쉽습니다.

간단한 DoS 공격은 속도 제한 노드로 쉽게 방지할 수 있지만 중앙 집중식 릴레이 네트워크에서 DDoS를 방지하기 위한 지역 또는 IP 기반 휴리스틱은 공정하지 않을 수 있습니다. 무허가 네트워크는 모든 채굴자가 가입 없이 네트워크에 가입하고 블록을 생성할 수 있도록 허용하고 주어진 채굴자는 검열을 방지하기 위해 Tor를 사용해야 하기 때문에 DDoS를 방지하기 위한 신원 기반 휴리스틱은 시스템을 취약하게 만듭니다. 릴레이 네트워크에 등록된 이전 "평판"을 가진 광부는 공정하지 않습니다. 중앙 집중식 중계망이 멀티캐스팅을 효과적으로 실현하기 때문에 중앙 중계망에 대한 DDoS 공격은 중앙 집중식 중계망의 서비스 품질을 저하시킬 뿐만 아니라 각 채굴자의 자원을 소모하여 공격의 효율성을 높입니다.

2. 더 작은 파티션의 채굴자는 체인이 고아가 되어 수익을 잃습니다.

3. 이기적인 채굴 공격에 더 취약

Maria가 자신의 작업에서 지적한 것처럼 AS 수준의 적대적 대상도 이러한 공격을 수행할 수 있습니다. 마이닝 풀은 높은 수준의 멀티호밍(여러 인터넷 서비스 공급자를 통해 연결)을 통해 잠재적인 사고로부터 자신을 보호합니다. 그러나 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 오버레이 네트워크를 제어하는 ​​단일 엔티티로서 정부의 강제 또는 상업적 이유로 자체적으로 이러한 공격을 수행할 가능성이 있습니다. 우선 순위 전파와 함께 블록체인 재구성이 더 쉬워집니다.

의미

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중앙집중식 중계망 자체가 적대적 대상으로 작용하는 경우에는 먼저 해당 분야에서 독점권을 확립하고자 한다. 이러한 목표를 달성하는 전통적인 방법은 특허를 통해 기술을 보호하고 약탈적 가격 책정을 통해 경쟁을 제거하는 것입니다. 예를 들어, Bloxroute Labs는 7개의 특허를 신청했습니다. 또한 비용은 거의 들지 않습니다. 그러나 이 전략은 블록체인 개발자가 명백한 단점 없이 더 높은 처리량을 무료로 제공한다고 보기 때문에 증가된 처리량에 의존하도록 유도하는 데 도움이 될 수 있습니다.

일단 구축되면 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 앞으로도 계속해서 수수료를 인상하고 임대인을 방해하려는 프로토콜에서 수수료를 짜낼 수 있습니다.

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오작동하는 중앙 집중식 중계 네트워크는 다루기 쉬워야 합니다. 피해자 블록체인 커뮤니티의 옵션을 고려해 봅시다.

(1) 중앙 집중식 릴레이 네트워크에 대한 의존도를 완전히 제거: 중앙 집중식 릴레이 네트워크에 대한 커뮤니티 정서로 인해 프로토콜 개발자는 아키텍처에서 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 완전히 제거할 수 있습니다. 처리량이 (10^n)x 증가하는 블록체인은 갑자기 처리량이 (10^n)x 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 블록체인에 구축된 애플리케이션은 모든 상태와 논리를 새로운 고처리량 체인으로 마이그레이션할 수 있을 때까지 충돌합니다. 중앙 집중식 릴레이 네트워크에 의존합니다. 인터넷 대역폭이 100mbps 이상에서 최대 10kbps로 줄어든 Youtube, Facebook, Instagram의 상태를 상상해 보십시오! 또한 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 통합 해제하려면 하드 포크가 필요합니다! 이 극단적이지만 그럴듯한 가능성을 감안할 때, 장기 구축을 목표로 하는 애플리케이션 개발자는 중앙 집중식 릴레이 네트워크에 의존하는 체인을 구축하는 것을 결코 선택할 수 없습니다.

(2) 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 다른 네트워크로 교체: 하드 포크를 피하고 블록체인에 구축된 Dapp 생태계를 효과적으로 제거하기 위해 프로토콜 개발자는 이를 보다 "신뢰할 수 있는" 다른 릴레이 네트워크로 교체하는 것을 고려할 수 있습니다. . 그러나 Bloxroute가 어떤 지표라면 Bloxroute를 구축하는 데 1,000만 달러 이상의 자금과 2년 이상의 개발이 필요합니다. 따라서 블록체인이 처음부터 여러 개의 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 통합하지 않으면 어려운 시기에 리소스가 많지 않을 수 있습니다.

"궁극적으로 중앙 집중식 릴레이넷 생태계를 운영하는 것이 수익성이 있다면 채굴 풀의 성장을 복제하여 인프라 공급자와 소수의 주요 플레이어가 시장을 지배할 수 있습니다. 그러나 중앙 집중식 릴레이 네트워크의 실패 사례는 매우 다르며 블록체인 프로토콜에 상대적으로 더 해롭습니다. 블록체인은 집과 원격 위치에서 노드를 실행하는 채굴 풀 및 인프라 제공업체의 장애에도 불구하고 작동할 수 있지만, 앞서 설명한 중앙 집중식 릴레이넷 아키텍처는 릴레이 네트워크 장애 시 서비스 품질에 영향을 미치지 않는 대안을 제공하지 못합니다. .

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함정 수법: Goldfinger 공격

공격자의 동기는 비트코인 ​​경제 외부에 기반을 두고 있습니다. 예를 들어, 그러한 적대적인 목표는 비트코인 ​​보유량을 약화시키려는 법 집행 기관이나 정보 기관일 수 있습니다. 마찬가지로 적대적인 대상은 비트코인 ​​거래소 시장에서 큰 숏포지션을 가질 수 있습니다.

Kroll은 특히 비트코인 ​​블록체인에 대한 공격을 도입했지만 이 공격은 모든 분산 네트워크에 대해 유효합니다. 중앙 집중식 릴레이 네트워크가 블록체인 네트워크에 끼칠 수 있는 피해를 감안할 때 이러한 네트워크를 해치려는 적대적인 대상에게는 매력적인 대상이 됩니다.

Chain Analysis, Elliptic 및 CipherTrace와 같은 회사는 중앙 집중식 릴레이 네트워크와 협력하여 트랜잭션을 전파하는 데 중앙 집중식 릴레이 네트워크를 사용하는 경우 추가 데이터를 수신하여 트랜잭션을 최적화할 수 있습니다.

거버넌스 제거

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정반대! 중앙 집중식 릴레이 네트워크는 훌륭합니다. 그들은 더 많은 비율의 해시 파워가 메인 체인을 보호하는 데 사용되도록 합니다. 사실 사설 중계망의 존재를 피할 수 있는 것은 거의 없습니다. 대부분의 프로토콜은 간접적으로 생성을 장려합니다. 대규모 비트코인 ​​채굴 풀은 크기에 관계없이 블록을 단일 패킷으로 서로 전송하도록 개인적으로 조정할 수 있습니다. 이 불공평한 이점이 너무 심해서 Matt는 자신의 비용으로 릴레이 네트워크를 운영하고(더 다양한 토폴로지를 허용하기 위해) 다른 운영자가 별도의 파이버 네트워크를 운영하도록 적극적으로 권장하며 비트코인은 블록 크기를 제한하여 이를 통해 효율성 향상을 최소화합니다. 중앙 집중화 계획(초기 동기화 시간, 전체 노드 스토리지 및 검증 요구 사항 등과 같이 이 제한을 부과하는 다른 많은 이유가 있으며 이 백서의 범위를 벗어납니다).

단점은 이 프라이빗 릴레이 네트워크가 근본적으로 확장 가능한 솔루션으로 승격될 때 무신뢰를 보장하는 데 사용되는 메커니즘입니다. 이러한 맥락에서 가십 프로토콜을 통한 허가 없는 P2P 블록 전파는 더 이상 실행 가능한 옵션이 아니므로 릴레이 네트워크가 중앙 집중식과 분산식의 차이가 됩니다.

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앞으로의 길