Blockchain for the Internet of Things 2

WHITEPAPER

함유량 개요... 4 1. 소개... 5 Blockchain... 9 Blockchain이 IoT 응용프로그램에적용되는것과관련하여중요한주제... 11 왜오늘날 blockchain 은 IoT에적합하지않는가?... 13 2. ThingsChain의비전... 14 어떻게 ThingsChain은현재의문제들을해결할수있는가?... 14 유사영역에서수행되는몇몇의프로젝트... 15 3. ThingsChain : 디자인및아키텍처... 16 pbft (Practical Byzantine Fault Tolerance)... 17 DAG (Directed Acyclic Graphs)... 17 Radiating Block Graphs의소개... 18 Multi-layer blockchain... 19 WebChain 및 NestChain... 20 크로스체인커뮤니케이션 (Cross Chain Communication)... 21 4. ThingsChain 네트워크... 23 Proof of Work (PoW)... 24 Proof of Stake (PoS)... 24 Delegated Proof of Stake (DPoS)... 24 5. 보안... 28 타원곡선암호화 (Elliptic Curve Cryptography)... 28 다중서명계정 (Multi-signature accounts)... 29 블록체인에암호화된형태로데이터저장... 29 6. 전체요약... 30 3

개요 IoT 기기는디지털사회에서점점더중요해지고있습니다. 2023 년까지전세계적으로 200 억개의 IoT 기기가서로연결될것으로추산됩니다. IoT 기기의중요성이커지면서 IoT 기기는상호운용능력부족, 보안능력부족및중앙집권화문제로인해어려움을겪고있습니다. 블록체인은이러한 IoT 기기들의문제를해결할수있는솔루션입니다. 현재의블록체인디자인은 IoT 응용프로그램에적합하지않습니다. 우리는, IoT 응용프로그램을위한새로운다중계층 (Multilayer) 블록체인구조 (architecture) 를생성함으로써이러한상호운용능력부족및확장성결여문제를해결하는솔루션을설계했습니다. 한마디로, ThingsChain 은현재블록체인이직면하고있는확장성결여및트랜잭션처리량문제를해결하는다층블록체인입니다. ThingsChain 의프로토콜은블록체인에서 IoT 데이터의안전을완전히보장하기위해크로스체인네트워크와추가보안프로토콜과함께설계된다중계층구조 (Multi Layer Architecture) 를사용합니다.

소개 Internet of Things (IoT) 는물리적인장치, 차량, 가전제품및이러한기기들이서로연결되고데이터를교환할수있게해주는센서와네트워크를통합하는개념입니다. IoT 는기존장치들이더욱스마트해지도록하고, 인터넷과의연결을통해새로운기능을제공할수있게합니다 1. 예를들어, Nest thermostats 는원격으로실내온도를모니터링하고지능형알고리즘을기반으로실내온도를자동조절할수있습니다. IoT 를사용하면온도, 압력등과같은데이터포인트를캡처하고지속적으로분석하고처리할수있는서버로릴레이하는여러센서를통해장비및장비를보다정밀, 신속하게모니터링할수있습니다. 이를통해, 장비의가동시간및생산성을현저하게향상시켜고장에대한선조치를예측및실행할수있습니다. 장치가서로통신하거나인터넷과통신할수있게하면 IoT 없이는불가능한많은시스템의구현이가능해집니다. 이것은기술적인측면에서, 탐구되어야하는새로운기회가무수히열릴수있음을의미합니다. 5

2023 년까지전세계에약 200 억개의연결가능한 IoT 기기가존재할것으로예상됩니다. 연결된 IoT 기기들에는자동차, 기계, 계량기, 센서, POS 터미널, 가전제품및웨어러블간의연결들이포함됩니다. 2017 년에서 2023 년사이에연결된 IoT 기기는새로운사용사례와경제성으로인해연평균 19 % 증가할것으로예상됩니다 2. 연결된 IoT 기기들의주요성장은아래그림.1 에서볼수있듯이주로광역및단거리 IoT 에서비롯됩니다. Connected devices ( billion ) 35 30 25 20 Wide-area iot short-range iot 2017 0.6 6.4 2023 CAGR 2.4 26% 17.4 18% 15 pc/laptop/tablet 1.6 1.7 0% 10 mobile phones 7.5 8.8 3% 5 fixed phones 1.4 1.3 0% 0 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 17.5 billion 31.6 bilion 그림 1. 연결된 IoT 장치의수 (Ericsson Mobility Report, 2017) 현재 IoT 기기의대부분은센서로생성된데이터를지속적으로기록하고모니터링및제어명령을받는중앙집중식서비스에연결됩니다. 이러한백엔드디바이스는 AWS S3, Google Cloud 등과같은온프레미스또는클라우드스토리지솔루션을호스트하는서버일수있습니다. 이는실제로분산된방식으로작동하도록설계된 IoT 기기에서일정수준의중앙집권화를도출합니다. 따라서, 종래의 IoT 기기들은연결된중앙서버의확장성문제로인해제한적이므로완전히분산된방식으로작동할수없는것이현실입니다. 6

IoT 기기에의해생성된데이터의보안및개인정보보호는우리의또다른관심영역입니다. IoT 기기에의해생성된데이터는중앙집중식서버에저장되며저장된데이터의보안및개인정보보호에거의고려되지않은경우가많습니다. 이에따라, 여러도메인에서문제가발생할수있으며, 그예는다음과같습니다. 1. 장치에서중앙서버로전송되는데이터의보안부족 2. 서버에저장된데이터의개인정보보호부족. 익명화데이터등 3. 중앙집중식서버에서데이터보안을보장하기위한적절한프로토콜의부재 이는종종 IoT 데이터를저장하는서버가해커의허니팟역할을하는시나리오로이어집니다. IoT 기기를벡터로사용하는해킹의몇가지예역시존재합니다. 1. Mirai Botnet 공격 - 2016 년 10 월, IoT 봇넷을사용하여서비스제공업체 Dyn 에서가장큰 DDoS 공격이시작되었습니다. 이것은 Twitter, Guardian, Netflix, Reddit 및 CNN 을포함하여인터넷의엄청난부분을차지합니다 3. 2. 나중에, Mirai Botnet 의변종이 2018 년금융부문을공격하는데사용되었습니다 4. IoT 봇넷은주로 MikroTik, Ubiquiti 및 GoAhead 를포함한주요공급업체제품의취약성을악용한손상된홈라우터, TV, DVR 및 IP 카메라로구성됩니다. Symantec found 의최근보고서에따르면 IoT 기기들에대한공격의횟수는 2016 년약 6,000 건에서 2017 년 50,000 건으로 1 년만에 600 % 증가했습니다 5. 7

IoT 기기의상호운용성 또다른중요한문제는 IoT 기기간의상호운용성부족입니다. 많은수의 IoT 기기가배치되었지만기업은그로부터많은이점을얻을수없었습니다. 이러한 IoT 기기의대부분은서로다른프로토콜을사용하여통신하고네트워크의일부로서로통신하도록합니다 6. 멀티벤더상호운용성부족및보안문제는 IoT 기기가오늘날비즈니스를위한가치를창출하지못하게하는중요한두가지장애물입니다. IoT 가창출하는가치의상당부분은오늘날누락된이질적개체의상호작용, 협력및궁극적인자치적조정에서도출됩니다. (1) : Internet of Things - Wikipedia (2) : Ericsson Mobility Report, 2017 (3) : 5 Worst IoT Hacking Vulnerabilities (4) : Mirai Botnet (5) : 600% increase in IoT attacks (6) : Interoperability is the key for IoT 8

Blockchain Blockchain 기술은 2008 년 Satoshi Nakamoto 에의해처음소개되었습니다. 2009 년에는전자지불시스템 (peer to peer) 인전자현금시스템으로상정된 Bitcoin 을구현했습니다. Bitcoin 은오늘날우리가이해하고있는블록체인기술을사용한첫번째프로토콜이었습니다. 블록체인의핵심아이디어는네트워크의트랜잭션이블록에포함되어있고각블록이이전블록을참조하여체인과같은구조를만드는것입니다. 따라서블록체인은개별적으로연결된블록목록이며각블록에는많은트랜잭션이포함되어있습니다. 분산된불변의데이터저장소를제공하여네트워크사용자간에사용할수있습니다. 또한자산을생성하고모든트랜잭션을기록하는공유장부역할을합니다. 각거래를쉽게질의할수있으므로관련된모든당사자에게더큰투명성과신뢰를제공합니다 7. Ethereum 은위에서설명한블록체인다음진화버전단계입니다. 2013 년에만들어진 Blockchain 2.0 으로간주되며트랜잭션기록이아닌임의의코드실행으로계산프로세스를완료할수있습니다. Turing-complete 가상시스템이며공개블록체인으로실행됩니다. (7) : Introduction to blockchain technology, Hackernoon 9

Blockchain 운영모델 Blockchain 은노드간에요구되는신뢰도에따라다른운영모델을가질수있습니다. Blockchain 의작동에는두가지기본모드가있습니다. 바로무허가및권한부여입니다. 무허가 blockchain 에서누구나노드를시작하고 blockchain 의블록을검증하여합의에기여할수있습니다. Blockchain 네트워크에가입하는데필요한권한이없습니다. 따라서누구나무허가네트워크와상호작용을시작할수있습니다. Bitcoin 과 Ethereum 은무허가모드가적용된 blockchain 의예입니다. 그러한블록체인은무작위적으로무허가행위자가네트워크에가입하는것을막고그합의를깨기위해 Sybil 공격에저항하는합의메커니즘을필요로합니다. 예를들어, Bitcoin 은 PoW 합의를사용하여노드를추가하기전에노드가암호퍼즐을해결하도록요구함으로써시빌 (Sybil) 공격과같은네트워크해킹공격을방지합니다. 권한을부여받은 blockchain 은무허가블록체인과대조적으로, 폐쇄접속및네트워크의각노드의기능이그들에게할당된역할에기초생태계모니터링됩니다. 제한된액터 (actor) 집단만세트블록거래를확인하고이러한네트워크에서스마트계약과상호작용할수있는권리가있습니다. 예로서, Hyperledger Fabric 은모든노드가신뢰할수있는것으로, PKI (Public Key Infrastructure) 와같은회원서비스에서발급받은것과같은암호식별정보를사용하는권한이부여된블록체인이며, 낮은연산및비교적간단한합의메커니즘으로확장성을높입니다. 10

Blockchain 이 IoT 응용프로그램에적용되는것과관련하여중요한주제 블록체인은분산, 투명성, 불변의꼭필요한특성을제공하기때문에, Blockchain 기술은 IoT 기기와응용프로그램에적용되면매우유용합니다. 여기서, 서로다른장치가동일한블록체인프로토콜의일부인경우상호운용성문제도해결해야하므로, 아래에서이러한주제를자세히살펴봅니다. 1. 분권화 분권화는중앙기관의제어에서의 IoT 기기에의해생성된데이터를해제합니다. 앞서설명한바와같이 IoT 기기가중앙기관에의해제어되는경우, 자신의이익을위해이데이터를사용하려고시도하는이들독립체들의위험이있습니다. 예를들면, 센서데이터를사용하여개인에게특별히타겟광고를표시하는경우, 중앙집권화된서버들을공격대상으로하기에모든데이터가중앙집권화서버들에저장됩니다. blockchain 의사용은외부공격으로부터더안전한 IoT 기기와데이터를만드는분권화를제공합니다. 2. 투명성 블로체인이제안하는디자인으로 blockchain 공공원장이배포됩니다. IoT 기기데이터 blockchain 에저장되면, 사람들은그것을감사하고, 저장된데이터를검증할수있습니다. 이것은거의중앙기관에보이지않는투명성을제공합니다. 중앙기관은종종자신의트랜잭션과데이터를숨기려고, 세부사항은권한이나힘을가진기관에만공개됩니다. 3. 불변성 Blockchain 에저장된트랜잭션은불변이므로, blockchain 에저장된데이터는감사나검증등을위해사용될수있습니다. 만약, IoT 기기데이터가연속적 blockchain 에저장되어있는경우, 그것은쉽게특정 blockchain API 를사용하여언제든지검증될수있습니다. 11

4. 상호운용성 IoT 기기가다루고있는중요한문제는상호운용성입니다. 여러공급업체의 IoT 센서는종종같은통신프로토콜을따르지않으므로, 그들이서로통신하기가어렵습니다. Blockchain 이바탕으로사용되는경우, 그때마다의 IoT 기기는 blockchain 에서트랜잭션을절약할수있으므로하나의장치는동일한기본 blockchain 데이터트랜잭션모두저장장치와서로통신할수있게됩니다. 5. 스마트계약을통한자동적인상호작용 Ethereum 과같은일부블록체인은 스마트계약 을실행하기위한플랫폼을제공합니다. 스마트계약은공개블록체인에서코딩및배포할수있는프로그래밍가능한논리또는계약입니다. 사용자또는단체는가스요금을지불함으로써이러한현명한계약을체결할수있습니다. 이러한스마트계약을통해블록체인에서자동계약을실행할수있습니다. 스마트계약을 IoT 장치와결합한사용사례는새로운가능성을열어줍니다. 예를들어, 이동중인신선한과일을담고있는상자에 IoT 온도센서를부착할수있습니다. IoT 센서는온도판독값을주기적으로스마트계약서에전송합니다. 온도가특정임계값이하이면아무런조치가없습니다. 그러나스마트컨트랙트는한계점을넘자마자제품을운송하는동안합의된온도를유지할수없다는이유로운송인이부과한보증금에불이익을줍니다. 이프로세스는완전히자동화되어있으며사람이개입하지않습니다. 블록체인에배포되는스마트계약은신뢰의문제가없음을보증하며, 일부당사자가이프로세스를변경하려고하면동일한내용이블록체인에고정되어캡처됩니다. 12

왜오늘날 blockchain 은 IoT 에적합하지않는가? Blockchain 은 IoT 생태계에도움이되는특성을제공하지만, 그것은모든 blockchain 이 IoT 에적합함을의미하지는않습니다. 현재 blockchain 솔루션이 IoT 에적용될때발생가능한몇가지잠재적인문제는다음과같습니다. 1. 확장성문제 종래의 blockchain 에서지원되는트랜잭션의수는매우작습니다. 따라서, 비트코인이나이더리움같은현재인기 blockchain 플랫폼은 IoT 거래에적합하지않습니다. 수천개의기업의센서, 예를들어공장의다른데이터지점포착에사용될수의 IoT 기기는수천개또는수만개이므로매우높은트랜잭션처리량이필요합니다. 블록체인들은분산원장기술을사용하지만 IoT 기기를위해특별히설계된몇가지전문의 IoT 솔루션이있습니다. IOTA 는, 예를들어, 분산원장및높은트랜잭션처리속도를가능하게 DAG 를사용합니다. 그러나 IOTA 의현재디자인때문에 IOTA 재단에의해운영코디네이터노드의사용의중앙집권화가문제됩니다. 2. IoT 노드는가볍고, 광업, 블록체인저장등을할수없습니다. A. IoT 기기는일반적으로작은센서장치이며, 작업증명이나마이닝처럼무거운계산을수행할수없습니다. B. IoT 기기는완전한 blockchain 를저장하고독립적으로검증하기위한공간이없습니다. 예를들어, 비트코인과이더리움체인의크기는현재 100GB 이상인반면, IoT 기기는많은저장용량을구비하지못합니다. C. IoT 기기는동료들과모든시간을연결할수없습니다. 동료에대한그들의연결은연결및가동시간에따라달라집니다. 비록, 최신 blockchain 이라할지라도, 새로운블록을얻을수및업데이트일정연결이필요합니다. 상술한제한들때문에, 대부분의오늘날 blockchain 들은 IoT 에적합하지않습니다. 13

어떻게 ThingsChain 은현재의문제들을해결할수있는가? ThingsChain: Blockchain 4.0 ThingsChain 는 blockchain 기술을기반으로한, IoT 기기를위한차세대플랫폼입니다. 그것은확장성결여및낮은트랜잭션처리속도와양의부족과같은현재 blockchain 이직면한문제에대한해결책을제공하는다층구조를사용합니다. 어떻게 ThingsChain 은현재의문제들을해결할수있는가? ThingsChain 은 IoT 기기데이터를저장하기위해다중계층방식을사용합니다. 주요계층은 Webchain 라고하며보조층 NestChains 라고합니다. NestChains 은상호작용및높은처리량을갖는층입니다. 변경상태는매 10 분 NestChain 에업데이트됩니다. WebChains 은일시적인정보를저장하는동안 NestChain 은진실의최종소스로서작용합니다. WebChain 은잠재적으로개인 blockchain 수및보조층사이의거래를중계하기위한 NestChain 에의존됩니다. 보조계층은서로다른 IoT 응용프로그램의다양한요구사항에적응하는유연성과확장성을제공합니다. 따라서, 이구조는 IoT 기기에서트랜잭션처리를위해필요한높은확장성을제공가능하게합니다 14

유사영역에서수행되는몇몇의프로젝트 1. IOTA - IOTA 가 탱글 이라는분산원장기술을통해 IoT 기기통신을가능하게초점을맞추고있습니다. 그것은기존의것과는달리독특한컨셉입니다. IOTA 에서각트랜잭션은이전의두거래를승인해야합니다. 이메커니즘은따라서부족한확장성및낮은트랜잭션처리속도와같은 blockchain 기술과고유의문제를방지할수있습니다. 2. Iotex 는 - IoTeX 은 IoT 의개인정보보호중심과확장성네트워크가될것을목표로합니다. 이비트코인과이더리움같은전통적인 blockchain 들이직면한확장성문제에대응하기위해 blockchain 내독특한아키텍처를사용합니다. 또한 blockchain 에저장된데이터의개인정보보호에중점을많이제공이가능하도록링서명기술을사용합니다. 3. Iotchain - Iotchain 또한서로상호작용의 IoT 기기를가능하게중국에서 blockchain 프로젝트입니다. 그들은 IOTA 가적용한탱글기술과유사한 DAG 기술을사용합니다. 4. HDAC - HDAC 편리세계의수많은 IoT 기기의서비스를이용할수있는신뢰성이높은 blockchain 네트워크를만드는노력하고있습니다. 그들은특정 M2M 등의 IoT 필드 ( 기계시스템 ) 거래및장치인증에초점을맞춥니다. 그들은한국에서현대와제휴하였습니다. 15

ThingsChain : 디자인및아키텍처 ThingsChain 의목표는거래를실제거래와유사하게신용이필요없도록하는분산시스템을만드는것입니다. ThingsChain 은트랜잭션의체인부가정보와링크될수있도록이중컨센서스알고리즘, 즉, 다중계층을갖는블록체인네트워크를설계함으로써이를달성하려고합니다. 전술한바와같이사용자, 개발자, 노드사업자, 단체, 기업, 암호화 - 교류, 협력업체및기타 blockchain & cryptos 는 ThingsChain 의개발에참여할수있습니다. 본항목에서는네트워크의구성요소와 ThingsChain 의전체생태계에서각참가자의역할을논의할것입니다. 상술한바와같이, ThingsChain blockchain 은멀티레이어구조를가질것입니다. 메인계층은 Webchain 으로명명됩니다. 보조계층은 Nestchain 으로명명됩니다. 매 10 분, 실제거래나중요한정보는 Nestchain 에저장됩니다 16

pbft (Practical Byzantine Fault Tolerance) pbft 는비잔틴결함을허용하도록설계된복제알고리즘입니다. 비잔틴의내결함성의목적은시스템의다른구성요소가시스템의올바른작동을위해필요한경우시스템자체의계약에도달하지못하게하는증상이있거나없는시스템구성요소의장애를방어할수있게하는것입니다. pbft 알고리즘은고성능비잔틴상태머신복제를제공하여지연시간이 1 밀리초미만인초당수천건의요청을처리합니다 8. DAG (Directed Acyclic Graphs) 앞에서설명한것처럼블록체인구조는연결된블록들이있습니다. 블록체인의블록은목록처럼차례로추가해야합니다. 이러한구조로인해확장성문제와초당트랜잭션수가적어블록체인의주류채택을방해합니다. Bitcoin 과 Ethereum 은모두이문제로고통받고있습니다. 우리는, 이러한고유블록체인장애로인해분산된데이터베이스를유지관리하는대체방법을모색하게되었습니다. Directed Acyclic Graph (DAG) 는이러한대안중하나입니다. Directed Acyclic Graph 는방향성비순환그래프를구현한것으로이를사용하는네트워크가블록체인의가장어려운제한사항을극복할수있도록합니다. 그림 2. Tangle : 각노드는새로운트랜잭션을나타냅니다. 17

IOTA 은 DAG 를사용하여대부분의스토리를제공하는암호화폐입니다. DAG 를사용하면완전히분산된합의를유지하기위해마이닝및거래수수료의필요성을제거했습니다. 비트코인에서마이닝은 blockchain 의역사에기록할수있는기회를수학퍼즐해결을통해경쟁하도록합니다. 그러나 IOTA 에서는모든사람이마이닝그자체입니다. 모두가블록을발행하고거래를확인하는바모두에게책임이있습니다 9. Radiating Block Graphs 의소개 방사형블록그래프 (Radiating Block Graphs) 는 DAG 와유사합니다. DAG 는지시사이클이없는유한방향그래프입니다. 그것은정교하게많은정점들과모서리들로구성되며 10. 각모서리는하나의정점에서다른정점으로향하게됩니다. DAG 를작동시키는핵심구조는복잡합니다. Tangle 은특정종류의방향성그래프로트랜잭션을포함합니다. 각트랜잭션은그래프의정점으로표시됩니다. 새로운트랜잭션이복잡하게얽힌경우, 두개의이전트랜잭션을선택하여그래프에두개의새에지를추가합니다 11. 방사형블록그래프는여러노드와이들사이의직접연결을사용하여비슷한개념으로작동합니다. DAG Radiating Blocks Graph 그림 3. Illustration of DAG and Radiating Blocks Graph 18

다중계층블록체인 (Multi-layer blockchain) ThingsChain 은다층블록체인구조를제안합니다. 메인계층은 WebChain 으로, 보조계층은 NestChain 으로명명됩니다. 이구조는스토리지용량을증가시키고초당트랜잭션확인을더처리하며더많은보안을제공합니다. 이중계층구조는노드를저장할필요가있는블록체인의크기를줄입니다. 최종트랜잭션만 NestChain 인보조체인에저장됩니다. 임시트랜잭션은 WebChain 에저장되고트랜잭션집합이완료되면블록체인상태에대한트랜잭션의최종효과가 NestChain 에서업데이트됩니다. Radiating Block 과같은 DAG 를사용하면해싱성능이집중되는마이닝의공격문제가없으므로시스템의보안이강화됩니다. Tangle 에합류하는각각의새로운트랜잭션은이전의두개의트랜잭션을승인하기때문에시스템에서트랜잭션을확인하는데마이닝이필요없습니다. (8) : Byzantine Fault Tolerance, Wikipedia (9) : IoTA Whitepaper (10) : Introduction to DAG and cryptocurrencies (11) : Directed Acyclic Graphs - Wikipedia (12) : The Tangle - An Illustrated Introduction 19

WebChain 및 NestChain WebChain WebChain 은 Radiating Blocks Graph 를사용하는 ThingsChain 의주요계층입니다. Radiating Blocks Graph 의새로운개념은현재블록체인기술과비교하여트랜잭션속도를높입니다. 그것은 IoT 산업을위한큰개선으로간주됩니다. WebChain 은컨센서스메커니즘으로서스테이크모델의위임지분증명방식을사용합니다. 노드는블록유효성검사자가될사람을투표할수있습니다. 각노드의투표수는네트워크에걸린토큰수에따라다릅니다. NestChain 이것은블록이 Supernode 에의해제어되는아주새로운기술아이디어입니다. Webchain 에서블록수는높으며특정순서를따르지않으므로필요한저장공간과중복된데이터가엄청날수있습니다. 따라서, Nestchain 의주요목적은중요하고필요한데이터를필터링한다음 10 분마다 WebChain 에저장하는것입니다. 이기술을사용하면사용자데이터가보다안전해지고트랜잭션속도가빨라지며 51 % 의공격을피할수있습니다. NestChain 은 Proof of Truth 일치메커니즘을사용합니다. 실제트랜잭션이나확인된정보만슈퍼노드에서확인되고 NestChain 에저장된다는것은합의입니다. 다른용도로 NestChain 이다를수있습니다. 이것들은 Service Nestchains 라고불릴것입니다. 서로다른섹터에대해별도의 NestChains 가있을수있습니다. 한가지예가정부에대한것입니다. 민간인의 ID 는 NestChains 에저장될수있지만, 정부는어떤민간 ID 가메인계층인 WebChain 에추가되는지제어할수있습니다. 정부기관에서확인한 ID 만 WebChain 인기본계층에저장할수있습니다. 비슷한서비스 NestChains 는의료, 부동산또는은행사용사례로배포할수있지만확인된데이터만기본계층에서업데이트할수있습니다. 20

크로스체인커뮤니케이션 (Cross Chain Communication) 크로스체인커뮤니케이션은 IoT 장치용으로특별히설계된다층네트워크의경우매우중요합니다. IoT 장치는항상데이터를캡처하는센서이므로매우빠른속도로데이터를생성합니다. 이것은매초또는매밀리세컨드일수있습니다. 하나의 2 차계층에있는 IoT 장치가다른 2 차계층의 IoT 장치와통신할필요가항상있습니다. 이를가능하게하기위해 Nestchains 는 WebChain 을통해다른 NestChains 와데이터및트랜잭션을교환할수있도록설계되었습니다 12. IoT 디바이스는계산및저장기능이적기때문에리소스를제한하지않도록가벼운무게로만들어야합니다. 크로스체인커뮤니케이션은 Adam Back 에서제안한사이드체인고정알고리즘을사용하여수행할수있습니다. 이것은부모체인코인을사이드체인코인으로옮기기위해부모체인코인을상위체인의특수출력으로보내져 SPV 소유권증명에의해서만사이드체인에잠금해제될수있습니다. (13) : Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains 21

두체인을동기화하려면다음두대기기간을정의해야합니다 : 1. 사이드체인간의전송확인기간은코인이사이드체인으로전송되기전에부모체인에고정되어야하는기간입니다. 이확인기간의목적은다음대기기간에서비스거부공격이더욱어려워질수있도록충분한작업을생성할수있게하는것입니다. 2. 사용자는컨테스트기간을기다려야합니다. 이것은새로이이전된동전이사이드체인에쓰이지않을수있는기간입니다. 경연기간의목적은재조정중에이전에잠긴동전을이전함으로써이중지출을방지하는것입니다. 상위체인에고정되어있는동안, 상위체인과의추가상호작용없이사이드체인내에서동전을자유롭게전송할수있습니다. 그러나, 그것은부모체인코인으로서의신원을유지하며, 원래체인과동일한체인으로만이전될수있습니다. 따라서, sidechain pegging 은위에서설명한방법과유사한크로스체인커뮤니케이션을효과적으로수행하는데사용할수있습니다. 그림 4. 2 개의 NestChains 간의통신 22

ThingsChain 네트워크 합의메커니즘은블록체인기반시스템설계의중요한한측면입니다. 네트워크의노드가서로상호작용하는방식과네트워크의신뢰에기여하는방식을정의합니다. 오늘날블록체인에서사용되는대중적인합의메커니즘의방식으로는작업증명, 지분증명, 위임지분증명등이있습니다. ThingsChain 네트워크에서 WebChain 은위임지분증명 (DPoS) 합의메커니즘을사용하고 NestChain 은 Proof of Truth 를합의메커니즘으로사용합니다. 아래에서는이러한합의메커니즘에대해간단히설명합니다. 23

Proof of Work (PoW) Proof of Work 컨센서스메커니즘은새로운트랜잭션을확인하고블록체인에서새로운블록을생성하는데사용됩니다. 마이닝은블록에포함된트랜잭션과관련된암호화퍼즐을해결합니다. 그들이올바른해결책을찾을수있다면그들은블록을 채굴 (mined) 했다고말하며이블록은유효성검사와블록체인에포함시키기위해네트워크의다른노드로전송됩니다. 따라서블록증명을차단블록에추가하기전에암호해독을해결해야하는사람이있기때문에증명작업은 Sybil 공격 방지메커니즘으로작동합니다. 이일치메커니즘을기반으로하는블록체인은 Bitcoin, Litecoin 등입니다. Proof of Stake (PoS) 지분증명시스템은트랜잭션의유효성을확인하고합의를도출하는것과같은목적을가지고있지만, 프로세스는작업증명시스템과매우다릅니다. 스테이킹과함께, 수학적퍼즐은없으며대신새로운블록의작성자가스테이크를기반으로결정론적방법으로선택됩니다. 스테이크란소유하고있는동전 / 토큰의수입니다. 예를들어한사람이 10 코인을걸고다른사람이 50 코인을걸었다면 50 코인을저지르는사람이다음블록유효성검사기로선정될확률이 5 배높습니다 13. Casper (Ethereum 의 PoS 프로토콜 ), TON (Telegram Open Network) 등은 Proof of Stake 컨센서스메커니즘을기반으로합니다. Delegated Proof of Stake (DPoS) 이름에서알수있듯이위임지분증명은 PoS 합의메커니즘의변형입니다. 유일한차이점은 DPoS 시스템에서는 증인 ( 거래를확인하기위해신뢰하는다른사용자 ) 과증인 ( 가장많은투표를수집한사람 ) 을선택하는사용자의투표가거래의유효성을확인할권리를획득한다는것입니다. 사용자는투표권을자신을대신하여증인으로투표할수있는다른사용자에게위임할수도있습니다. 투표는각유권자의지분의크기에따라가중치가적용됩니다. 사용자는증인의최상위계층에들어가기위해큰지분을가질필요가없습니다. 오히려큰지분을가진사용자의투표는상대적으로작은지분을가진사용자가증인의최상위계층으로승격될수있습니다 14. (14) : Consensus Mechanism - PoW vs PoS (15) : What is Delegated Proof of Stake 24

Proof of Truth ThingsChain 은올바른데이터만 NestChain 에저장되도록보장하는 Proof of Truth 메커니즘을사용합니다. ThingsChain 네트워크는 3 가지유형의노드로구성됩니다. 1. 전체노드 - 이노드는 WebChain 의일부입니다. 전체노드는 WebChain 네트워크에참여하고다른전체노드와연결되어있는컴퓨터입니다. 전체노드는 NestChain 레이어의정확성과무결성을보장합니다. 또한네트워크에추가서비스를제공하고네트워크가올바르게실행되는지확인할수있습니다. 이렇게하면대부분의처리량이많은트랜잭션이 WebChain 자체에서처리되고 10 분마다한번만상태의변경사항이 NestChain 에서업데이트됩니다. 거래는전체노드로전송되어대리인에게전달됩니다. 대리인은다른전체노드 ( 투표자 ) 가다음블록의유효성검사자가되도록투표한전체노드입니다. 유권자는득표를하기위해 TIC (ThingsChain 토큰 ) 를가진전체노드입니다. 대의원을투표하려면전체노드가투표거래라는트랜잭션을만들어야하며총투표수는가중치로계산되어야하며가중치는유권자의현재스테이킹균형입니다. 전체노드는모든컴퓨터에서실행될수있으며 ThingsSain 네트워크의지속가능성에중요한역할을합니다. 스테이크 TIC 에전체노드를홍보하고투표프로세스에참여하기위해, 사물체인은대표와유권자를위한블록보상시스템을가지고있습니다. Thingschain 은블록생성기에블록당고정된양의 TIC 를보냅니다. 2. 슈퍼노드 - 이노드는 NestChain 의일부입니다. 슈퍼노드의주요목적은정보체인이풍부한정보통신망에서거래를하는것입니다. ThingsChain 의 NestChain 레이어는 SuperNodes 에의해실행됩니다. 슈퍼노드는트랜잭션을포함하는 NestChain 블록을승인하고 NestChain 트랜잭션을 ThingsChain 네트워크의다른슈퍼노드및전체노드에전파합니다. 슈퍼노드는많은양의토큰을스테이크로보관하여네트워크에대한지원을지원합니다. ThingsChain 네트워크에참여하도록수퍼노드를장려하기위해네트워크는첨부된정보를처리하기위해사용자가제공한요금으로보상합니다. 이것은슈퍼노드가네트워크에스테이크로많은양의토큰을보관하는이익을얻는역할을합니다. 25

서비스노드 - 이노드는정부서비스체인, 의료서비스체인, 부동산서비스체인등과같은 Service NestChains 의일부입니다. 서비스노드는특정사용사례를위해개발된 Service NestChains 를구성합니다. 서비스노드에서처리되는모든데이터는 NestChain 에서업데이트할필요가없으며신뢰할수있고검증된상태변경사항만 NestChain 에서업데이트됩니다. ThingsChain 은전체노드및슈퍼노드계층에서는분산되지만서비스노드계층에서는분산되지않습니다. 서비스노드가실행하는특정서비스 NestChain 이중단되면네트워크가서비스를제공하지못합니다. 이것은또한특정정부기관이플랫폼에서철수하는경우해당정부기관에대한데이터를공통플랫폼에서사용할수없는실제시나리오를모델링합니다. 고급서비스노드는 Nestchain 확인, 즉시지불시스템또는개인지불시스템과같은서비스를제공합니다. 서비스노드는네트워크에의해신뢰되어야합니다. 신원과권한을증명하는프로세스를완료한후서비스노드는신뢰할수있는노드가되어네트워크에서비스를제공할수있습니다. Service Nodes 는 Proof of Truth 메커니즘을따라네트워크의합의를유지합니다. 서비스노드는정부, 병원, 대학교, 은행및기업에서운영할수있습니다. 블록체인네트워크의서비스는특정서비스노드에서제공하며분산되어있지않습니다. 예를들어, 중국정부만이중국여권에검증서비스를제공할수있습니다. Thingschain 은 Webchain 과 Nestchain 에서분산되도록설계되었으며추가서비스에는적합하지않습니다. 전체노드, 위임자또는수퍼노드가네트워크에서벗어날때마다 Thingschain 은다른노드에서계속실행됩니다. 그러나서비스노드가네트워크에서벗어나면해당서비스노드에서제공하는서비스가일시중지됩니다. 이것이현실세계의현실이며 ThingsChain 의디자인은네트워크를깨뜨리는것이아니라네트워크로가져오는것입니다. 26

그림 5 에서볼수있듯이매 10 분마다실제트랜잭션이나중요한정보가 Nestchain 에저장됩니다. 이것이임시트랜잭션이 NestChain 에저장되지않는이유입니다. 정부에대한 KYC (Know Your Customer) 서비스, 의료기록에대한환자정보등과같은각산업의목적에따라필요한정보만선택됩니다. Webchain Nestchain 그림 5. WebChain 과 NestChain 의상호작용 27

보안 분권화로인한보안 (Security due to decentralization) 분산네트워크는정보를훔치기위해공격받을수있는모든데이터및트랜잭션이저장되는중앙집중식서버가없으므로훨씬안전합니다. 클라이언트측또는클라우드서비스가해킹되어사용자데이터가도난당할위험이있습니다. 분산화와함께, ThingsChain 은보안및성능향상을위해일부최신기술을사용합니다. 그들중몇가지는아래에언급되어있습니다. 타원곡선암호화 (Elliptic Curve Cryptography) Elliptic Curve Cryptography (ECC) 는 ThingsChain 의공개키암호화에사용됩니다. ECC 는 RSA 와비교할때동일한보안수준을제공합니다. ECC 의몇가지장점은훨씬짧은피연산자크기와보다효율적인구현이있다는것입니다. 수년에걸쳐, 새로운 IoT 시스템및 cryptocurrency 네트워크에대한보안및개인정보보호를위한사실상의표준이되었습니다 15. (16) : Elliptic Curve Cryptography, IoT Security and Cryptocurrencies 28

다중서명계정 (Multi-signature accounts) ThingsChain 은다중서명계정을지원합니다. 다중서명계정은트랜잭션에서명하는데여러서명이필요한계정입니다. 사용자는특정계정을운영하는데필요한서명자를지정할수있습니다. 이렇게하면계정운영자가불량으로가는시나리오를방지할수있으므로보안이향상됩니다. 정부기관에서블록체인의데이터를푸시하는데사용되는계정이있다고가정합니다. 한사람이이계정에액세스할수있는경우해당사용자가불량으로가고잘못된데이터를입력할위험이있습니다. 이러한상황은다중서명계정을사용함으로써방지될수있는데, 그이유는이계정을운영하는데여러사람의동의가필요하기때문입니다. 블록체인에암호화된형태로데이터저장 ThingsChain 블록체인의데이터는기본적으로암호화된형식으로저장됩니다. 이렇게하면공격자가 IoT 장치에의해블록체인에저장된데이터를읽지않게됩니다. 공개블록체인에서저장된데이터는누구나액세스할수있습니다. 따라서개인정보를보호하고기밀성을유지하기위해모든중요데이터를암호화된형태로저장합니다. 29

전체요약 ThingsChain 은확장성, 트랜잭션처리량및상호운용성과관련된현재문제를해결하는 IoT 애플리케이션용차세대블록체인기반플랫폼을개발하려고시도합니다. 우리는다른레이어가필요에따라서로통신할수있는다층블록체인기반프로토콜을설계했습니다. 다른계층은설계된트랜잭션을처리하고가장중요한트랜잭션만메인체인에서업데이트됩니다. 또한, 고급보안프로토콜을사용하여 IoT 데이터가블록체인에안전하게저장되도록합니다. 우리의비전은 IoT 장치가저장된데이터의보안에대한염려없이상호운용및무신뢰방식으로상호작용할수있는미래를가능하게하는것입니다.