1 소개
암호화폐가 시가총액을 기록하며 새로운 자산 클래스로 떠오르고 있다. 2017년 9월 현재 약 1,500억 달러, 성장하는 생태계 및 다양한 커뮤니티. 이 시장의 70% 이상을 차지하는 가장 두드러진 플랫폼은 다음과 같습니다.
비트코인[57]과 이더리움[28,70]. 기본 기술인 블록체인은 분산형 개방형 시스템에서 합의를 달성하고 혁신을 가능하게 합니다. 전통적으로 신뢰할 수 있는 당국에 의존했던 산업들 의 몇 가지 예 이러한 서비스에는 토지 기록 관리 [3], 도메인 이름 등록 [51], 투표[55]를 했습니다. 이러한 서비스를 강화하고 이러한 서비스를 만드는 주요 기능 흥미로운 것은 분산형 플랫폼입니다. 이러한 서비스가 없으면 기술적으로는 구축하기 쉽지만 중앙 집중식 관리자에 대한 신뢰가 필요합니다. 분산화는 제어의 파편화와 관련된 속성이다. 의례의 비트코인과 이더리움 프로토콜에서, 사용자들은 다음과 같은 거래를 제출한다. 광부들이 블록으로 정렬합니다. 광부들의 지방분권이 개선되면 더 높아진다.
개별 거래에 대한 검열에 대한 저항 통신을 위해, 비트코인과 이더리움은 또한 블록을 전파하기 위한 피어투피어 네트워크를 가지고 있다. 거래 정보 비트코인과 이더리움 모두 전체 노드를 포함합니다. (1) 블록과 거래를 광부에게 중계하는 두 가지 중요한 역할을 한다.
(2) 그리고 블록체인의 상태에 대한 최종 사용자의 질의에 응답합니다. 전체 노드의 네트워크 속성을 이해하는 것은 프로토콜 설계와
공격에 대한 각 네트워크의 복원력 분석 진행 중인 연구는 방법을 탐구합니다.
기본 네트워크에서 측정하지 않고 비트코인 및 이더리움 네트워크를 더 분산시킬 수 있습니다. 따라서, 토론과 결정은
기본 네트워크는 종종 측정보다는 가정을 기반으로 한다.
본 논문에서는 이러한 운영 체제의 분산 메트릭에 대한 포괄적인 측정 연구를 제시하고 그 여부를 조명한다.
기존의 가정은 실제로 충족된다. 우리는 비트코인과 이더리움에 대한 이전의 인터넷 측정 기술을 적용하고 새로운 접근 방식을 사용하여
응용 계층 데이터. 주요 데이터 소스는 (1) 직접 측정값입니다.
이러한 네트워크들은 여러 관점들로부터, (2) 비트코인 릴레이 네트워크라고 불리는
1년간 배치 운영한 팔콘과 (3)블록체인 이력
비트코인과 이더리움으로 이어집니다. 우리의 연구는 네트워크에 관한 발견을 제시한다.
속성, 프로토콜 요구 사항의 영향, 보안 및 클라이언트 상호 작용.
이 논문은 세 가지 기여를 한다. 첫째, 블록체인 기반 암호화폐 네트워크를 측정하기 위한 새로운 도구와 기술을 제공한다. 주요 도구
여기 소개된 것은 우리가 백본 역할을 하기 위해 만든 팔콘 중계 네트워크입니다.
나룻배용입니다. 이 네트워크는 5개 대륙에 걸쳐 비트코인을 위해 배치되었습니다.
가지치기된 블록에 고유한 유리한 지점을 제공합니다. 둘째, 우리는 비트코인과 이더리움의 분산 메트릭에 대한 비교 연구를 수행한다. 우리의 열쇠
결과는 다음과 같습니다. (1) 비트코인 네트워크는 대역폭 요구 사항을 증가시킬 수 있습니다.
노드의 경우 1.7배이며 2016년과 동일한 수준의 분산화를 유지합니다.
(2) 비트코인 네트워크는 지리적으로 이더리움보다 더 클러스터화되어 있다.
데이터 센터에 상주하는 노드가 많습니다. (3) 이더리움은 채굴 능력이 낮습니다.
Bitcoin보다 활용도가 높고 중계 네트워크로부터 이익을 얻을 수 있으며, (4) 작습니다.
채굴자들은 이더리움보다 비트코인의 블록 보상에서 더 큰 변동성을 경험한다.
2 비트코인과 이더리움
비트코인과 이더리움은 나카모토 컨센서스[5–7, 57, 38]를 사용하여 블록체인의 트랜잭션 직렬화를 규제한다. 건축적으로는 매우 비슷하지만, 이것들은
시스템은 API, 추상화 및 유선 프로토콜 측면에서 크게 다릅니다.
2.1 비트코인 프로토콜
비트코인은 거래를 블록이라고 불리는 그룹으로 배열하는 프로토콜이다. 그
프로토콜은 최대 크기로 10분의 블록 생산 간격을 대상으로 합니다.
측정 당시 마지막 100개의 블록은 0.99MB였습니다.
중위수 블록 크기와 9.8분 평균 간격입니다. 유선 프로토콜 구현
플러딩 블록 및 트랜잭션 발표를 기반으로 하는 피어 투 피어 네트워크
피어 투 피어 네트워크는 포인트 투 포인트 링크를 통해 형성된다. 을 형성하기 위해
링크, 클라이언트는 TCP 연결을 설정하고 프로토콜 수준 3-way를 수행합니다.
악수하다 프로토콜 수준 핸드쉐이크는 다음과 같은 각 클라이언트의 상태를 교환합니다.
블록체인의 높이와 소프트웨어와 관련된 버전 문자열로 간주됩니다.
측정 네트워크 번호. 노드 날짜
대역폭(모두)
지연 시간(BTC IPv4)
(단일 비콘)
BTC
IPv4 3441 1월 11일-16일; 1월 30일-3월 16일
IPv6515 1월 13일부터 14일까지; 4월 20일부터 25일까지
토르 127 1월 13일; 4월 23일-25일
ETH IPv4 285 3월 27일 - 4월 25일
피어 투 피어 지연 시간
(Mult. Vantage Pts.)
BTC IPv4 3390 (5.7M 가장자리) 1월 10일-15일; 1월 30일-3월 01일
ETH IPv4 4302 (9.3M 가장자리) 2001년 3월 ~ 4월 11일
지연 시간(단일 신호등) BTC IPv6845 1월 13일부터 14일까지, 2월 3일부터 4월 25일까지
가지치기 블록 BTC IPv4 5977 2016년 5월 5일 ~ 4월 29일
표 1: 측정 시간 표시 특별한 언급이 없는 한 모든 날짜는 2017년이다.
실행 중인 클라이언트가 새 블록을 발견하거나 수신하면 네트워크가 플래딩됩니다.
그 블록의 해시(hash)로 말이죠. 인접 클라이언트가 블록이 필요한 경우, 블록은
해시 값을 기준으로 블록합니다. 다음과 같은 다양한 블록 형식이 있습니다.
콤팩트 [17] 및 Merkle [44] 블록이지만, BMS는 전체 블록 검색에 초점을 맞추고 있습니다.
2.2 이더리움 프로토콜
이더리움 프로토콜 [28]은 구축을 용이하게 하는 플랫폼을 제공하는 데 초점을 맞추고 있다.
분산된 응용 프로그램들을 블록체인에 있습니다. 트랜잭션 순서를 지정하려면 이더리움
Nakamoto 합의와 GOST 프로토콜에서 영감을 얻은 설계를 채택합니다 [64].
이더리움은 남은 채굴력을 활용하기 위해 체인 선택 규칙을 채택한다.
프루닝된 블록으로 처리하여 보안을 향상시킵니다. 프로토콜에는 다음과 같은 블록이 포함되어 있습니다.
해당 광부들에게 보상을 해주는 블록체인의 삼촌들[70]. 이더리움
10~20초 사이의 블록 간격을 대상으로 합니다 [41]. 블록 크기가 간접적입니다.
시간이 지남에 따라 변동하는 가스라고 불리는 집행 수수료에 의해 결정됩니다. 그 당시에
측정값의 마지막 100개의 블록은 2.9KB의 중앙값으로 생성되었습니다.
블록 크기와 16.3초 평균 간격입니다.
그림 1: 측정 인프라
전 세계적으로 분산된 18개의 노드에 구축됩니다.
이더리움은 UDP 기반의
에서 영감을 받은 노드 검색 메커니즘
Kademlia [54] 그러나 나머지
P2P 통신이 TCP를 통해 이루어집니다.
비트코인과 달리, 메시지들은
노드가 암호화 및 인증됩니다. 이더리움의 유선 프로토콜은
제대로 기록되지 않았기 때문에, 우리는
고객 구현 [42, 61, 19, 60]
이더리움 위키 페이지 [26, 25, 29,
30, 27] 참조.
이더리움에서 클라이언트는 블록을 요청합니다.
해당 블록 해시에 의해 결정됩니다. 이전 클라이언트는 다음과 같이 구성된 블록을 요청합니다.
본문과 머리글을 사용하고, 새로운 고객들은 각각의 작품을 따로 요청한다. 이 논문의 측정 시스템은 전체 블록과 블록 바디의 검색에 초점을 맞춘다.
블록체인 기반 암호화폐는 글로벌 피어투피어 네트워크에서 운영되며,
여러 관리 도메인에 걸쳐 있습니다. 이러한 네트워크 문제 측정
동료 간의 관계, 개인의 능력 탐구
보안 및 공정성과 같은 시스템 전체의 특성. 비트코인과 이더리움을 특성화하기 위해 다양한 실험이 아닌 측정 시스템인 블록체인 측정 시스템(BMS)을 배치했다.
지속 기간 – 며칠에서 최대 12개월까지.
네트워크 속성. BMS는 암호 화폐 네트워크를 포괄적으로 보기 위해 여러 가지 유리한 지점을 사용한다. 진화를 포착하기 위해
이러한 네트워크, BMS는 피어의 프로비저닝된 대역폭과 피어 투 피어 지연에 관한 데이터를 지속적으로 수집해 왔다. BMS는 먼저 에 연결합니다.
피어, 측정값 수집, 연결 해제 후 다음 단계로 진행
peer. 이 측정값은 (1) IPv4, IPv6를 통해 연결된 비트코인 노드를 대상으로 합니다.
및 Tor [23] 및 (2) Etherium 노드가 IPv4를 통해 연결되었습니다. 2017년 5월 기준
이더리움은 주로 Tor가 TCP이기 때문에 Tor 노드가 없다.
반면 이더리움 노드 발견은 UDP 기반이다. 게다가, 이 연구는 다음을 제외합니다.
Ethereum의 IPv6 네트워크는 BMS가 충분한 노드를 찾을 수 없었기 때문에
개괄적인 결론에 도달하다 표 1은 데이터 수집의 타임라인을 보여줍니다.
각 네트워크와 각 측정에서 측정된 노드 수.
피어 투 피어 지연 시간을 추정하기 위해 BMS는 전 세계에 지리적으로 분산된 여러 가지 유리한 지점을 사용합니다. 그림 1은 측정 인프라의 지리적 분포를 보여줍니다. 18개 노드 중 15개가 PlanetLab의
글로벌 연구 네트워크 [14]와 나머지 3개의 노드는 코넬의 일부입니다.
뉴욕 이타카에 위치한 학술 네트워크
비트코인과 이더리움에서 노드의 프로비저닝된 대역폭을 측정하기 위해,
BMS는 광범위한 리소스가 있는 노드를 사용했습니다. 특히 비트코인과 이더리움 노드가 접근할 수 있는 최대 대역폭을 측정하려면 노드가 필요하다.
(1) 높은 다운로드 용량으로 병목 현상이 발생하지 않도록 보장
측정 장치 및 (2) 세부 결과를 저장할 수 있는 충분한 디스크 용량. 이러한 시스템은 훨씬 더 높은 대역폭에 액세스해야 하기 때문에
PlanetLab과 같은 Shared IT 인프라에서 달성할 수 있는 것보다 더 많은 용량
노드, 일부 BMS 데이터는 잘 프로비저닝된 전용 비콘을 사용하여 수집되었습니다.
코넬 대학에 위치한 노드입니다.
마지막으로, BMS는 Bitcoin과 Ethereum에서 노드 샘플을 선택해야 합니다.
네트워크 샘플로서, BMS는 Bitcoin과 Bitcoin의 노드를 포함하는 목록을 사용한다.
이더리움 노드 크롤링 사이트 [1, 31] 및 로컬로 배포된 이더리움 슈퍼 노드
높은 피어 제한으로 구성되었습니다. 이 논문의 해석은 도달 가능한 공개 노드에서 만들어진 추론이 그 전체를 대표한다고 가정한다.
네트워크 실제로, 이러한 네트워크에는 보이지 않는 노드가 포함되어 있습니다.
퍼블릭(예: NAT 또는 방화벽 뒤에 있음) 이러한 노드 클래스 중 하나는
광산의 채굴 인프라의 상당 부분이 민간이지만, 사전 측정
작업은 마이닝 작업이 종종 통신할 게이트웨이 노드를 가지고 있다는 것을 보여준다.
피어 투 피어 네트워크[56]와 함께 사용합니다. 내부 마이닝 풀 노드의 속성
이 논문의 초점과 직교합니다.
블록체인은 단순히 비트코인과 이더리움 노드를 구동하는 것이다. 하지만,
이것은 각각의 전선을 통해 얻을 수 없는 정보를 배제한다.
의정서 분석을 중심으로 한 많은 중요한 분산 메트릭
주 블록체인의 일부가 아닌 블록의 일부입니다. 이더리움에서, 이것들 중 많은
블록은 유선 프로토콜을 통해 간단히 요청될 수 있는 삼촌이 됩니다.
그러나 비트코인에서 블록은 단순히 메인 블록체인의 일부가 아닌 블록이다.
가지치기 되었습니다. 비트코인의 프루닝된 블록은 그 상태에 영향을 주지 않는다.
시스템은 정확성에 영향을 주지 않고 클라이언트에 의해 삭제됩니다. 그래서 그렇습니다.
제거된 블록을 포착하기 위해 광부와 직접 연결하는 데 매우 중요합니다.
다듬어진 블록을 관찰하기 위한 BMS의 중요한 구성 요소는 팔콘 릴레이입니다.
비트코인 채굴기 간에 블록을 중계하는 네트워크입니다. Falcon Relay Network는 컷스루 루팅을 사용하여 블록을 전 세계에 빠르게 보급합니다.
광부들이 팔콘에 연결하도록 장려합니다. 사실, 팔콘은 직접적으로
비트코인 전체 해시 파워의 최소 36.4%를 차지합니다. 다른 한 명뿐이니까
Bitcoin [18, 16]을 위한 작동 중계 네트워크, Falcon은 다음과 같은 블록을 관찰했다.
잘 연결된 다른 노드에서는 발견되지 않았습니다 [8].
4 측정
본 절에서는 BMS에서 측정한 결과를 제시하고, 각 측정에서 방법론을 설명한 후 분석 결과를 제시합니다. ~하듯이
계측할 수 없는 대규모 인공물에 대한 측정 연구를 통해 측정은 완벽하지 않습니다. 우리는 몇 가지 잠재력을 다루어 각 섹션을 마무리합니다.
오류의 근원과 그 완화입니다.
4.1 프로비저닝된 대역폭
프로비저닝된 대역폭은 노드가 나머지 노드와 통신할 대역폭을 얼마나 가지고 있는지 특징짓는 노드의 전송 용량에 대한 추정치입니다.
암호 화폐 네트워크 프로비저닝된 대역폭이 증가하면 마이너들이 네트워크로 더 빠르게 블록을 전파/수집할 수 있습니다. 그래서 더욱 어려워진다.
악성 광부들이 네트워크 안에서 자신을 위치시켜 돌진하는 것을
블록체인을 공격합니다. 프로비저닝된 대역폭에 대한 지식
또한 블록 크기 및 빈도와 같은 프로토콜 매개 변수를 설정하는 데 도움이 됩니다.
방법론. BMS는 각 피어에 대량의 데이터를 요청하고 피어의 속도를 확인하여 각 피어의 프로비저닝된 대역폭을 측정합니다.
데이터를 BMS의 측정 노드로 스트리밍할 수 있습니다. BMS는 이를 위해
1년 전에 처음 발견된 블록 - 오래된 노드가 묻는 방식과 유사함
동기화할 블록의 경우. 각 요청은 비트코인의 동일한 블록 집합을 요구합니다.
이더리움에서 블록 또는 그에 상응하는 본문들을 볼 수 있습니다. 다음으로, BMS는
각 에폭의 시간 및 각 에폭 동안 받은 바이트 수를 기록합니다.
이 프로세스는 BMS가 모든 데이터를 수신하거나 사전 정의된 시간 초과가 발생할 때까지 계속됩니다.
30초에 도달합니다. 긴 시간 제한은 BMS가 TCP의 영향을 제거하는 데 도움이 됩니다.
슬로우 스타트 및 기타 초기화 노이즈, 스플리어스 식별 및 제거
BMS에 의한 커널의 버퍼링으로 인해 처리량이 급증한다.
56 Mbit/s (2017년 2월 기준) 즉, 프로비저닝된 대역폭은
일반적인 전체 노드는 2016년의 1.7배입니다.
프로비저닝된 대역폭이 증가할 때 최대 블록 크기 및 블록 빈도와 같은 중요한 시스템 매개 변수를 늘릴 수 있습니다. 증가분
프로비저닝된 대역폭은 블록 크기를 1.7배까지 늘릴 수 있음을 시사합니다. 중앙 집중화를 2016년에 실제 수준 이상으로 증가시키지 않고도 말이죠.
주의. 실제 세계의 모든 측정 기법이 그렇듯이, 우리의 결과는
위의 경우 실험 한계와 예상 오차의 영향을 받습니다. 측정의 정확도는 다음과 같은 특정 상황에서 떨어질 수 있습니다.
(1) 네트워크 병목현상이 측정 측면에 있는 경우
원격 피어가 아닌 비콘, (2) BMS 측의 네트워크 트래픽
수집된 결과를 방해한다. (3) 리모트 피어가 의도적으로 쉐이핑한다.
예를 들어 BMS가 사용할 수 있는 대역폭을 선택적으로 제한하는 트래픽
대역폭 조절 및 (4) 비트코인 간의 다른 정상 상태 대역폭
그리고 이더리움, 한 시스템의 숫자를 다른 시스템 위에 꼬아 놓습니다.
우리의 대역폭 인프라는 잠재적인 부정확성을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
처음 두 문제. 게다가, 인기 있는 비트코인[5]과 이더리움 클라이언트의 분석
구현 [42, 61, 19, 60]은 세 번째 사례가 이 항목에 의해 지원되지 않음을 보여준다.
소프트웨어 및 설치에는 추가 작업이 필요할 수리가 필요하지 않을 수도 있습니다. 로.
마지막 이슈의 영향을 검증하고, 우리는 이더리움과 비트코인 클라이언트를 운영했고,
대역폭 소비량이 0.2Mbps씩 차이가 나는 것을 확인했는데, 이 경우
위 측정값에서 약 1%의 오차입니다.
위의 분석과 더불어, 우리는 또한 우리의 특정 인공물을 볼 수 있을 것으로 기대한다.
위에서 언급한 바와 같이, 10Mbps와 100Mbps의 노드 클러스터를 볼 수 있습니다.
각각 가정 및 EC2 사용자의 일반적인 대역폭 용량입니다.
4.2 네트워크 구조
피어 투 피어 네트워크의 구조는 보안 및 성능에 영향을 미칩니다.
암호 화폐의 경우. 지리적으로 클러스터된 네트워크는 신속하게 전파될 수 있습니다.
다른 많은 노드에 대한 새로운 블록입니다. 이것은 악의가 있는 사람에게 더 어렵게 만든다.
마이너는 정직한 노드보다 빠르게 충돌하는 블록/트랜잭션을 전파합니다.
그러나 클러스터된 네트워크가 적다는 것은 전체 노드가 에 의해 실행되고 있다는 것을 의미할 수 있습니다.
지방분권에도 좋은 더 다양한 사용자들
방법론. 다음 사이의 직접적인 측정을 얻을 수 없기 때문에
우리가 통제하지 않는 동료들, 우리는 최첨단 추정 기술을 사용하여
경계를 설정하고 네트워크 구조에 대한 통찰력을 얻습니다.
단일 신호 대기 시간. 먼저 다음에서 직접 ICMP ping 측정을 수집합니다.
네트워크의 모든 피어에 대한 BMS 노드. 우리는 최소 관측된 ping을 보고한다.
BMS 비콘까지의 거리에 물리적 경계를 제공하기 때문에 지연 시간.
피어 투 피어 지연 시간. 피어 투 피어 지연 시간을 측정하려면 액세스 권한이 필요합니다.
끝점 비트코인과 이더리움에서 모두 동업자들은 이웃을 드러내지 않는다. 네트워크 구조를 숨기면 개인 정보 보호 및 보안이 향상되지만 [45, 56]
네트워크에 대한 속성을 추론하기가 더 어렵게 만듭니다. BMS는 대기 시간을 제공합니다.
알려진 피어 간의 실제 링크의 상위 집합에 대한 추정치입니다. - 저리 비켜요!
Bitcoin의 경우 3390, Bitcoin의 경우 4302로 약간 다른 네트워크 크기에 대해 정규화합니다.
두 네트워크의 샘플이 매우 비슷했기 때문에 이더리움. 측정 후
직접 피어 투 피어 지연은 실현 가능하지 않으며, 우리는 관찰된 것과의 경계를 설정한다.
이전 문헌의 기법을 사용하여 여러 비콘의 지연 시간[37]. BMS
단일 신호에서 측정한 값부터 시작합니다. 그런 다음 삼각 부등식을 사용하여 다음 사이의 지연 시간에 대한 상한과 하한을 추정합니다.
다른 관점에서 이 과정을 반복하면 일련의 경계선이 생성됩니다.
각 피어 쌍에 대해 설명합니다. 마지막으로, BMS는 최대 하한과 최소 상한을 선택하여 각 피어 간의 지연 시간 추정 범위를 결정합니다.
이 논문은 또한 하한과 상한의 평균을 제시한다.
피어 간의 지연 시간. 본 연구에서는 BMS가 지원하지 않는 노드를 포함합니다.
이더리움을 위한 측정에서 DAO 포크[10].
지리적 거리. BMS는 최소의 반복적인 지연 시간 측정을 통해 일시적인 네트워크 영향을 제거하고 지리적 거리를 캡처합니다.
두 노드 사이에 있습니다 [43, 13, 69]. BMS는 또한 IP 지리 위치 데이터를 사용하여 계산
결과에 대한 추가 검증으로 피어 노드 간의 거리를 확인할 수 있습니다. 거리를 계산하기 위해 BMS는 좌표를 사용하여 Haversine 공식 [63]을 적용합니다.
IP 기반 지오로케이션 서비스에서 수집된 값 [46.
단일 비콘 피어 투 피어
비트코인 비트코인 Eth.
IPv4 IPv6 IPv4 IPv4
[ms] [ms] [ms] [ms]
10% 29 40 48 92
33% 78 80 79 125
50% 89 95 109 152
67% 98 95 152 200
90% 201 165 286 276
평균 97 103 135 171
표준 개발 59628876
표 2: 관찰된 단일 신호 대기 시간과 P2P 대기 시간 추정치
결과. 우리의 측정 결과에 따르면
P2P 사이의 상당한 차이
비트코인과 이더리움의 지연 시간
표 2에 요약된 IPv4 네트워크
그림 3에 표시된 PDF입니다.
우리는 비트코인이 많은 것들을 가지고 있다는 것을 발견했다.
이더리움보다 지리적으로 가까운 노드 수가 더 많습니다. 그림 3은 다음을 나타냅니다.
이더리움의 가장 가능성이 높은 지연 시간은 120ms 정도이지만
비트코인 노드는 클러스터링되는 경향이 있습니다.
약 50밀리초 이더리움의 13%에 불과합니다.
지연 시간은 100ms 미만이고, 비트코인은 놀랍게도 46%가 높다. 또한, 추정된 피어 투 피어(peer-to-peer)는
이더리움 노드 간 지연 시간은 비트코인보다 평균 26.7% 높다. 이것.
Bitcoin이 가지고 있는 관찰과 함께 노드 사이의 지리적 근접성
프로비저닝된 대역폭이 100Mbps인 많은 노드(섹션 4.1 참조),
많은 비트코인 노드가 데이터 센터에서 실행된다는 것을 나타냅니다. 비트코인 노드의 56%
그리고 이더리움 노드의 28%가 자율 시스템에 속해 있다.
1%의 중요도 수준에서 상당한 차이를 보이는 전용 호스팅 서비스입니다.
실제로 이더리움 노드는 단일 지리적 영역에 축적되지 않는다.
전 세계에 더 고르게 분포되어 있습니다. 그림 3c는 다음의 CDF를 보여줍니다.
IP 지리 위치 정보를 기반으로 하는 피어 투 피어 노드 간의 거리입니다. 그
결과는 네트워크 지연 시간 측정을 기반으로 우리의 발견을 확증한다.
이더리움 노드가 비트코인보다 지리적으로 멀리 떨어져 있음을 보여준다. ~하듯이
추가 증거, P2P 거리의 지리적 위치를 사용하고
그림 3c의 CDF는 이더리움 노드가 비트코인보다 더 멀리 떨어져 있음을 알 수 있다.
그림 3: 비트코인(그림 3a)과 이더리움(그림 3b)에서의 P2P 지연의 히스토그램,
지리적 거리의 CDF와 함께(그림 3c).
건전성 검사. 표 2의 처음 두 열은 단일 신호 대기 시간을 나타냅니다.
Bitcoin IPv4/IPv6 네트워크에서 사용됩니다. 결과는 중위수와
IPv4 노드에 대한 평균 지연 시간은 IPv6 노드보다 작습니다. 그렇듯이
IPv4 노드보다 적은 수의 IPv6 노드, 우리는 IPv4 노드가
우리의 비콘에 더 가까울 가능성이 높습니다.
삼각형의 유행을 보여주는 많은 연구들이 있지만
인터넷에서의 불평등 위반 [52, 67, 12], BMS의 몇 가지 이유가 있다.
측정값은 크게 영향을 받지 않습니다. 먼저, 그러한 위반들이 보여졌다.
네트워크 스냅샷의 5% 미만이 발생합니다 [52]. 우리가 최소치를 취하기 때문에
비콘에서 관찰된 지연 시간, 삼각형 부등식 위반은 다음에서만 발생합니다.
데이터 집합은 시간의 1% 미만[52]입니다. TIV는 또한 상당히 덜 보급되어 있습니다.
300ms 미만의 대기 시간을 처리할 때, 거의 전체 대기 시간을 포함합니다.
데이터 집합 [67]. 위의 결과가 데이터 세트에도 적용되도록 하기 위해, 우리는
우리의 결과를 검증하기 위해 지리 위치 서비스를 실측 자료로 사용했습니다.
우리 연구의 또 다른 한계는 ICMP 트래픽을 차단하는 노드와 Tor 노드에서 ICMP ping을 사용하여 측정을 수집하는 것이 불가능하다는 것이다.
TCP를 통해서만 통신할 수 있습니다.
4.3 광업력 분배
암호 화폐 네트워크에서의 채굴은 일반적으로 필요한 복잡한 과정이다.
큰 연산 능력 현재 비트코인의 채굴 어려움과 함께
이더리움, 일반 하드웨어를 사용하여 블록을 생성하는 것은 실현 가능하지 않습니다 [21]
채굴 과정을 어느 정도 중앙 집중화합니다. 하지만, 만약 있다면
많은 다른 실체들이 채굴하고 있지만, 시스템은 여전히 분산되어 있다. 우리는 비교한다.
비트코인과 이더리움 사이의 채굴 과정의 분산화.
방법론. 비트코인과 이더리움에서 광부들의 힘을 확인하기 위해, 우리는
지난 10개월 동안 7월 15일부터 매주 그들의 분포를 조사했습니다.
2016. 우리의 채굴 전력 추정치는 메인 체인 블록의 비율을 기반으로 합니다.
서로 다른 실체에 의해 생성되었습니다. 따라서, Bitcoin에서 제거된 블록과 uncleds in bitcoin에서
이더리움은 이러한 추정치에 영향을 미치지 않는다. 두 네트워크 모두에서 광부들은 자발적으로
그들이 채굴하는 각 블록의 일부로서 그들의 신원을 공개합니다. 우리는 이 데이터를 수집했습니다.
비트코인을 위한 공개 API[9]와 이더리움을 위한 블록체인 탐색기[32]로부터 얻을 수 있다.
비트코인의 경우 블록의 1.8%가 미확인 상태였고, 우리는 이를 마치 블록처럼 취급했다.
개별 광부들에 의해 생성되었습니다. 마지막으로, 우리는 수작업으로
중복을 감지하고 병합할 ID. 여기에는 에 의해 운영되는 풀이 포함됩니다.
동일한 관리자 [47] 및 동일한 풀을 나타내는 여러 ID.
'난쟁이 풀1'과 '난쟁이 풀2'입니다. 우리는 단독 광부와
채굴장. 왜냐하면 그렇게 하면 오해를 살 수 있기 때문입니다. 어떤 사람들은 광산이
풀은 비록 보이지 않지만 약간의 분권화를 제공합니다. 왜냐하면 그것들은
수영장 운영자가 수영장 밖으로 나갈 수 있는 여러 명의 개인 광부들로 구성되었다.
행실이 나쁜 짓 이것이 사실이지만, 잘못된 행동을 탐지해야 합니다.
항상 가능한 것은 아닙니다. 하지만 어떤 경우든, 우리의 연구는 역사적인 기록을 포착했습니다.
광업 전력 분배에 대한 정보를 얻었고, 그 당시 블록은
체인에 전념하고, 수영장 구성원들은 애처롭게 협력하고 있었다
같은 풀의 일부입니다.
결과. 분석 기간의 각 주에 대해 해당 값을 계산했습니다.
각 광부의 순위를 매겨야 합니다. 그림 4는 다음을 보여줍니다.
이더리움과 비트코인 네트워크의 주간 채굴 전력 분배 상위 20위권이다.
각 막대 그룹은 시간순으로 정렬된 주간 모음을 나타냅니다.
채굴 전력 비율, 광부가 기여하는 블록의 비율로 정의됩니다.
그림 4는 Bitcoin에서 단일 엔티티의 주간 채굴 능력을 보여줍니다.
전체 전력의 21%를 초과한 적이 없습니다. 이와는 대조적으로, 최고의 이더리움 마이너는
21% 이하의 광업력을 가진 적이 없습니다. 게다가, 상위 4개의 비트코인은
광부들은 평균 광산의 53% 이상을 가지고 있다. 평균적으로, 61%의
주간 파워는 이더리움 광부 3명만 공유했다. 이 관찰들은
이더리움에서 약간 더 중앙 집중화된 채굴 프로세스를 제안합니다.
비록 광부들이 관찰 기간 동안 순위를 바꾸지만, 각 지점들은
소수의 광부들만이 경쟁합니다. 특히 비트코인은 2개, 3개뿐이다.
이더리움 광부들이 역대 1위를 지켰다. 같은 채굴 풀장이
비트코인은 29%, 이더리움은 14%로 1위를 차지했다.
광산의 50% 이상이 8명의 광부들에 의해 독점적으로 공유되었다.
관측 기간 내내 이더리움에서 비트코인과 5명의 광부들이 있었다. 심지어 90%
Bitcoin에 있는 16명의 광부들에 의해 통제되는 것 같다.
이더리움에는 11명의 광부만 있습니다. 따라서, 두 플랫폼 모두 매우 적은 수의
블록체인을 유지하기 위해 서로 다른 광산주체들이 있습니다. 실제로, 그림 5에서 볼 수 있습니다.
광업력 추세가 곡선이 있는 지수 분포로 적합할 수 있다는 것을
0.99의 결정 계수를 산출합니다.
이 결과는 크기 20의 비잔틴 쿼럼 시스템 [53]이 가능할 수 있음을 보여준다.
작업 증명 마이닝보다 훨씬 낮은 자원 비용으로 더 나은 분권을 달성합니다. 이는 이처럼 고도의 중앙집중화 없이 무허가 합의 프로토콜을 만들기 위해서는 추가 연구가 필요하다는 것을 보여준다.
5
15
25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
의 비율
채굴력(%)
마이너 인덱스(내림차 마이닝 파워)
이더리움
비트코인
그림 5: 광업 전력의 평균 분포에 대한 지수 추세선.
건전성 검사. 다른 것과 유사하다
문학작품[58, 68], 우리는
광부들이 자신을 정확히 동일시한다고 가정한다. 광부의 상당 부분을 차지하는 광부
암호 화폐 캔의 해시 파워
어느 정도의 영향력을 행사하다
의전 변경 그러므로, 그것은 가능성이 있다.
광부들이 블록의 소유권을 주장하고 싶어할 겁니다.
자기 것으로 만들어 냈습니다.
강한 광부들이 정치적 영향력을 얻고 더 많은 회원들을 끌어들이는 동안, 그들은
너무 크면 공동체 사이에 중앙집권화에 대한 경각심을 불러일으킨다. 그래서 그런 거
광부들은 이 정보를 숨기거나 난독화하여 덜 강력해 보일 수 있다.
여러 개의 정체성을 만들어냅니다. 예를 들어, 두 개의 주요 채굴 풀인 Ethpool은
그리고 에테르민은 그들이 같은 관리자임을 공개적으로 밝힌다[47]. 그러니깐, 아무거나
자발적 광부 데이터를 보다 분산된 방향으로 왜곡하여 분석한다.
현실보다 더 나은 네트워크입니다.
4.4 광업전력 이용
채굴 전력 이용률 [34], 다음과 같은 채굴 블록의 비율을 측정합니다.
메인 체인에 머무르는 것은 프로토콜의 효율성을 평가하기 위한 메트릭이다.
롤백에 대한 견고성을 위한 2차 측정 기준도 제공합니다. 광업력으로서
활용도가 증가하며, 프로토콜은 더 많은 에너지를
유용한 작업, 따라서 공격을 시작하는 비용이 더 높습니다.
방법론. 광업 전력 활용을 연구하기 위해 매주 분석했고
비트코인의 다듬어진 블록과 이더리움의 삼촌들의 일일 분포가 비교된다.
메인 체인 블록으로 이동합니다. Ethereum의 삼촌 블록은 Ethereum에 기여하는 반면
메인 체인 및 보상 마이너 선택, 삼촌 블록이 시퀀싱되지 않음
거래 따라서 삼촌 블록은 이더리움의 성능에 기여하지 않는다.
하지만 블록체인의 보안에는 기여합니다. 우리는 (1)에서 이 데이터를 검색했다.
Falcon 네트워크, (2) 로컬 비트코인 클라이언트, (3) 퍼블릭 블록체인 탐색기
비트코인[9]과 이더리움[32]에 대해 설명합니다. 특히 비트코인 블록체인 탐험가는
팰컨은 124개의 가지치기 블록 중 12%와 20%를 독점적으로 제공했고
각각 다음과 같다. 두 정보원은 공통적으로 나머지 68%를 발견했다.
결과. 그림 6a와 그림 6b는 각각 비트코인과 이더리움 네트워크에서 채굴 전력 사용량의 주간 및 일일 분포를 보여준다. 결과는 비트코인 활용도가 항상 99% 이상이라는 것을 보여준다.
비트코인의 프루닝 블록은 비교적 드문 사건이다. 이와는 대조적으로, 일일 활용도는
이더리움은 일반적으로 90%에서 94% 범위이며 97%를 넘지 않는다.
(a) 비트코인 - 99%의 주간 MPU (b) 이더리움 - 70%의 일일 MPU
그림 6: 비트코인과 이더리움의 채굴 전력 이용률(MPU)
문지방의 2016년 동안 이더리움은 때때로 활용도가 떨어집니다.
(1) DAO 착취 후 일수를 포함하여 74%에서 88%까지
6월 17일부터 18일까지 취약성 [10], (2) 이더리움 네트워크에 대한 공격 [11, 66]
9월 22일부터 10월 19일까지, 그리고 (3) 스플리어스 다음 날 사이에.
11월 23일부터 29일까지 드래곤 하드 포크 [48]. 이 결과는 강력한
채굴 전력 이용과 이더리움에서의 실제 사건 사이의 관계.
이는 네트워크 속도를 늦추기 위해 스팸을 보내는 예방 조치의 결과일 수 있습니다.
DAO 공격자 다운, 과도한 리소스로 블록을 생성하는 나쁜 행위자
수요와 구식 고객을 가진 광부들이죠. 이 결과는 릴레이가
팔콘과 같이 네트워크는 이더리움 네트워크에 큰 도움이 될 것이다.
건전성 검사. 이더리움 프로토콜의 설계는 동료들이 저장하고
주 체인에 없는 삼촌 블록을 전파합니다. 이와는 대조적으로 비트코인은
블록체인은 피어가 프루닝된 블록을 전파하지 않도록 메인 체인만 저장합니다.
따라서 비트코인으로 이러한 블록을 캡처하려면 네트워크를 적극적으로 감시해야 한다.
팔콘 릴레이 네트워크는 광부들에게 릴레이를 위한 강력한 동기를 제공합니다.
어떤 광부들은 그렇게 하지 않을 수도 있다. 결과적으로, 우리는
비트코인 네트워크에 의해 생성된 일부 제거된 블록이 없습니다.
4.5 공정성
1
4
7 이더리움
공정성 비율
(로그 스케일) 1
4
7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
비트코인
마이너 인덱스(내림차 마이닝 파워)
그림 7: 공정성 분포. 공정성이 없다는 것은 광부로부터 제거된 블록이 없다는 것을 의미한다.
섹션 4.3은 광업을 설명하였다.
전력 분배, 즉
광부들의 주요 존재
이 분포가 에 미치는 영향
광부의 가지치기 차단율은 불분명합니다.
이 관계를 연구하기 위해, 우리는 a의 비율로 정의된 공정성을 조사한다.
광부 몫의 가지치기 블록
광업력 공정한 프로토콜에서, 광부들은 그들의 채굴 능력에 비례하여 가지치기된 블록을 생성한다. 따라서, 공정성은
1에 가깝습니다. 공정성이 1보다 크면 광부가 불리하다는 것을 의미합니다.
반면 공정성이 1보다 작다는 것은 광부가 유리하다는 것을 의미한다.
방법론. 우리는 팔콘 네트워크와 비트코인 블록체인 탐색기[8]를 사용하여 가지치기된 비트코인 블록을 검색했다. 이 자료들은 각각 다음과 같다.
109개 및 99개 블록을 제공하여 총 124개의 뚜렷한 가지치기 블록을 생성하였다. 우리가
이더리움 블록체인 탐험가로부터 삼촌들을 수집했다[32].
섹션 4.3과 유사하게, 우리의 결과는 또한 광부들이 자발적으로
삼촌/벽돌 블록에서 신분을 밝혀라. 여기서 또 다른 주의사항은 가지치기된 블록을 수집하는 것이다. 우리가 광부들에게 팔콘을 통해 블록을 중계하도록 장려하는 동안
그들이 반드시 그렇게 할 것이라는 보장이 없다. 우리는 그것이 명백하다고 의심한다.
이더리움의 삼촌 저장소는 더 많은 수의 가지치기 블록을 포착한다.
결과. 그림 7은 20명의 광부의 공정성 분포를 보여준다.
광업력 결과는 두 네트워크 모두에서 상위 4명의 광부들이
일반적으로 주 체인에 블록을 추가하는 데 더 성공합니다. 우리 나가요.
비교할 p-값이 0.01인 콜모고로프-스미르노프 적합도 검정
비트코인과 이더리움의 공정성 분포 아마도 놀랍게도, 우리는
이더리움과 비트코인의 공정성이 서로 크게 다르다는 것을 알게 되었습니다.
일정한 시간을 유지하는 것. 이 차이가 나는 이유는 훨씬 더 큰
이더리움(1.72 대 0.25)에 비해 비트코인 채굴 공정성의 표준 편차. 그러나 두 공정성 분포의 평균은 매우 유사합니다.
이더리움은 1.08이고 비트코인은 1.22이다.
분산이 크면 더 작은 광부들이 중앙 집중화 압력이 발생합니다.
일시적인 것으로 인한 수익 손실을 감당하기가 더 어렵다.
높은 공정성 점수 이 높은 분산은 상당히 작은 것의 직접적인 결과이다.
비트코인에서 생성되는 블록 수입니다. 이더리움이 더 높은 블록을 가지고 있기 때문에
Bitcoin보다 더 작은 광부들은 더 큰 것보다 더 예측 가능한 보상을 가지고 있다.
이것은 이더리움이 더 작은 광부들을 위해 더 예측가능하게 만든다.
블록 보상의 분산이 더 낮습니다. 그러므로 블록체인에 있어서 중요하다.
평균 외에 블록 보상의 분산을 취하는 프로토콜.
단순히 블록 주파수를 증가시키는 것은 블록 주파수를 감소시키는 해결책이 될 수 없다.
채굴 전력 분포가 영향을 받을 수 있기 때문에 블록 보상의 분산
뿐만 아니라. 이더리움에서 증가한 블록 주파수는 다음과 같은 원인의 일부일 수 있다.
조금 더 중앙 집중화된 광업 전력 분배(섹션 4.3 참조).
건전성 검사. 섹션 4.4와 유사하게, 여기의 결과도 다음과 같이 가정한다.
광부들은 자발적으로 삼촌/노천된 블록에서 자신들의 신원을 확인한다. 전처럼, 만약
광부들은 거짓말을 하고 있다, 그들은 현실보다 더 공정한 시스템을 제시할 것 같다.
여기서 또 다른 주의사항은 가지치기된 블록을 수집하는 것이다. 우리가 광부들에게 인센티브를 주는 동안
팔콘을 통해 블록을 중계하는 것은 보장되지 않습니다. 우리는 의심한다
Etherium에 삼촌을 명시적으로 저장하면 더 정확한 분석이 가능합니다.
마지막으로, 비트코인은 블록 생성 빈도가 훨씬 낮다.
이더리움. 여기에 비트코인의 프루닝 블록률도 이보다 낮다.
이더리움은 그렇게 하는데, 이는 제거된 블록이 상당히 적다는 것을 의미한다. 그래서 이렇게.
공정성 메트릭은 이더리움에 비해 비트코인의 소음이 훨씬 크다.
5 관련 작업
블록체인 기반 시스템의 네트워크 측정은 주로 비트코인에 초점이 맞춰져 왔다. 그러한 연구[22] 중 하나는 대기 시간이 지배적인 요인임을 입증했다.
20KB 미만의 블록이 전파됩니다. 다음 연구[20]에 따르면
(1) 이 제한은 80KB로 증가했으며, (2) 노드는 프로토콜이 요구하는 것보다 훨씬 더 높은 대역폭 용량으로 프로비저닝되었습니다. 펠데트
al. [36]은 비트코인에 영향을 미칠 수 있는 강력한 AS 수준의 중앙 집중화를 지적했다.
네트워크의 연결성 – 즉, 10개의 AS가 30% 이상의 피어를 포함합니다. 최근 작업 [2]
13개의 A가 동일한 부분을 커버한다는 것을 보여주는 취약성 수준을 제시했습니다.
전체 마이닝 전력의 절반을 호스트하는 IP 접두사는 39개에 불과합니다. 저희 거는
이더리움에서도 비슷한 유형의 연구를 하는 첫 번째 연구입니다.
다른 연구는 비트코인 오버레이 네트워크의 다양한 측면을 연구했다. 밀러에
al. [56]은 약 100개의 노드를 포함하는 네트워크의 작은 부분이
광업력의 75% 이상을 차지합니다. 이 연구는 이런 것들이
노드가 주요 마이닝 풀과 잘 연결되어 있으므로 더 높은 효율성을 제공합니다.
방송 블록으로요. 비류코프 외. [4] 동료 이웃들이 어떻게 발견하는지 조사했습니다.
가명 ID에 해당하는 IP 주소입니다. 다른 연구 [49]
네트워크에서 비정상적인 릴레이 동작을 관찰하여 익명화된 피어(peer) 파팔라르도 외. [59] 낮은 가치 거래에서 대기 시간이 발생할 수 있음을 관찰
한 달 남짓한 시간 다른 연구에서는 이탈 및 지리적 위치를 측정했다[24].
제르바이 외. [40]은 고객 개발 프로세스, 광업 전력의 분배, 그리고 소모성 코인과 관련된 중앙 집중화 우려를 논의했다. 이 중
이 작업은 공격과 오버레이 네트워크의 구조에 초점을 맞춘다.
오버레이 네트워크에 사용되는 노드의 리소스 기능에 초점을 맞춥니다.
최근 연구에서는 참여하기 위한 자원 요구사항을 줄이는 방법을 제시했습니다.
블록체인 시스템 이러한 솔루션은 참여자의 다양성을 증가시킴으로써 지방 분권을 강화한다. Aspen[39]은 블록체인을 샤딩함으로써 이를 달성한다.
이 시스템에서 사용자는 관련 데이터만 저장, 처리 및 전파합니다.
따라서 네트워크에 참여하기 위해 더 적은 자원이 필요합니다. 다른 접근 방식 [62]
인증된 데이터 구조에 의존하여 노드에 대한 로드를 줄입니다. 릴레이 네트워크는 더 빠른 블록 전파를 통해 네트워크 효율성을 높인다. 첫 번째
이러한 시스템[16]은 완전한 블록 검증을 피하고 알려진 트랜잭션을 재전송함으로써 이를 달성했다. Bitcoin에서 프루닝된 블록 데이터의 소스인 Falcon
본 논문에서 네트워크는 더 빠른 블록 전파를 위해 컷스루 라우팅에 의존한다.
마지막으로, Fibre는 소형 블록[17]과(와)의 컷스루 라우팅이 통합되어 있습니다.
UDP를 통해 오류를 수정한다. 우리의 작업에서 새로웠던 점은 Falcon을 이용한 것이다.
일시적인 응용 계층 정보에 대한 통찰력을 얻기 위해 데이터를 제공합니다.
블록체인 탐험가[65, 8, 32, 33]가 암호화폐에 대한 다양한 데이터를 제공합니다.
온라인 블록체인 역사, 블록체인 구성 요소, 거래 수수료, 시장 가치에 대한 통계, 노드 정보를 포함한 네트워크. 이 동안
정보의 원천은 지역사회에 유용하다, 이 일은 과학적으로 테스트한다.
이러한 정보 출처에 의해 제공되는 직관이 실제로 유지되는지 여부.
6 결론
블록체인 기반 플랫폼에서의 분산화는 가치의 구성요소이다.
제안할 수 있습니다. 이 연구는 다음과 같은 비교 평가를 제시한다.
가장 인기 있는 두 개의 암호 화폐인 비트코인과 이더리움에서의 분산화.
이를 위해, 애플리케이션 계층을 얻기 위해 새로운 측정 기법에 의존한다.
팔콘 네트워크를 이용한 정보 및 잘 확립된 응용 프로그램
인터넷 측정 기술
우리의 관찰에 따르면 비트코인은 보다 더 큰 용량의 네트워크를 가지고 있다.
이더리움이지만 데이터 센터에 클러스터된 노드가 더 많을 수 있습니다. 우리는 또한
비트코인과 이더리움은 상당히 중앙 집중화된 채굴 과정을 가지고 있고
추가 연구 furtherpermissionless 합의 프로토콜을 분산시키기 위해 필요하다. Ethereum에서 블록 보상 Bitcoin's보다 적은 차이다. 마침내.
Ethereum 비트 코인보다 낮은 광산 전력 이용은 있어.
높은 블록 주파수.
또한, 우리는 비트 코인과 1.7x의 요인에 의하여 분권화의 어떤 감소 없이 블록 크기 increase 수 있는 사람들이 엄청난 성장 볼 수 있습니다.
2016년에 비해. 또한, 우리의 연구 uncovers는 광업의 변동성이다.
보수지만, 종종 무시, 미터 법의 중요하다. 마지막으로, 우리는 Ethereum를 참조하십시오.
는 중계 방송사는 광업 전력 이용을 증가시키기 위해에서 희생.
7Acknowledgements
저자들은 이 원고의 이전 초안에 대한 그들의 feedback에 Vitalik Buterin와 익명의 평론가들에게 감사합니다. Ittay Eyal은 Viterbi에 의해서 지탱됩니다.
센터의 컴퓨터 공학의 Technion에서 모임. 이 작품
부분적으로 지원되는 공군 과학 연구소 보조금 F9550-16-0250, NSFCSR1422544, NSFCNS-1601879, NSFCNS-1544613, NSFCCF-1522054, NSFCNS1518779, NSFCNS-1704615, ONR N00014-16-1-2726, NIST정보 Technology 연구소(60NANB15D327, 70NANB17H181), 페이스북, 인포시스에 자금을 지원하고 다녔다.
암호화폐 및 스마트 컨트랙트를 위한 이니셔티브인 IC3. 이 소재는
보조금 번호 DGE-1650441에 따라 국립과학재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램에 의해 지원되는 작업에 기초한다. 이 자료에서 표현된 의견, 조사 결과, 결론 또는 권고사항은 다음과 같다.
국가 과학의 관점을 반드시 반영하는 것은 아니다.
토대
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