연산 단위 동기적 잠금 기법을 활용한 크로스-샤드 스마트컨트랙트 트랜잭션 동시 처리

Abstract

현재 블록체인 분야에서는 확장성 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 시 도되고 있다. 확장성을 높이는 방법 중 블록체인의 탈중앙성과 보안성을 지 킬 수 있는 샤딩이 대표적이다. 샤딩은 전체 블록체인에서 각기 다른 검증자 집합이 존재하는 여러 개의 블록체인으로 나누는 방법이다. 병렬실행을 통해 트랜잭션 처리량을 높이고 저장해야 하는 체인 데이터를 줄임으로써 확장성 을 제공한다. 샤딩이 적용되기 위해 샤드 간 상태를 변경하는 크로스-샤드 트랜잭션을 처리할 수 있어야 한다. 분산 데이터베이스에서 활용되는 2PC(Two-Phase Commit) 프로토콜을 통해 트랜잭션의 원자성이 보장되지만, 기약 없는 시간 동안 상태 잠금을 유지해야 하므로 성능이 저하된다. 특히 스마트컨트랙트 트랜잭션 경우 하나의 컨트랙트를 동시다발적으로 호출 시 병목 현상으로 인 해 더 큰 성능 문제를 초래한다. 현재 대부분의 샤딩 된 블록체인에서는 2PC 프로토콜을 활용하여 원자성 을 확보하지만, 컨트랙트 잠금에 따른 부하가 발생한다. 이는 동일 컨트랙트 에 대한 접근 트랜잭션이 많아질수록 잠금 대기시간이 길어져 성능이 저하되 므로 개선할 방안이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 2PC 기반의 동기적 잠금 기법을 사용하되 컨트랙트 를 연산 단위 잠금을 통해 충돌이 발생하지 않는 트랜잭션을 동시 처리하여 처리량 및 지연시간을 개선한다.|Currently, various methods are being attempted to solve the scalability problem in the blockchain field. Among the methods of increasing scalability, sharding that can maintain the decentralization and security of the blockchain is a representative method. Sharding is a method of dividing the entire blockchain into several blockchains where different sets of verifiers exist. It provides scalability by increasing transaction throughput through parallel execution and reducing chain data to be stored. Cross-shard transactions that change the state between shard for sharding to be applied must be able to be processed. The atomicity of the transaction is guaranteed through a two-phase commitment(2PC) protocol used in a distributed database, but performance is degraded because state lock must be maintained for an indefinite period of time. In particular, in the case of smart contract transactions, bottlenecks cause greater performance problems when calling one contract simultaneously. Currently, most shaded blockchains use the 2PC protocol to secure atomicity, but a load is generated due to contract locking. As the number of access transactions to the same contract increases, the waiting time for locking becomes longer and the performance decreases, so improvement measures are needed. Therefore, in this paper, we use a 2PC-based synchronous locking technique, but concurrently process transactions that do not conflict through operation unit locking of the contract to improve throughput and latency.