Blockchain-Based Secure and Trustworthy Mechanisms for Decentralized Systems

Abstract

In traditional centralized systems, the vulnerability of a single point has always posed a serious security threat to the system. Up until recently, numerous studies have been proposed to address this threat, but the issue has not yet been solved. A decentralized system can respond to various security threats caused by a single point of failure by distributing the responsibility of a single server among system participants. As a result, even if one node fails, other nodes in the system can step in to take over the responsibility, greatly reducing the impact of the failure on the entire system. However, this distribution of power has resulted in a number of new security threats that we did not expect. Blockchain is an appropriate approach for solving this problem because it can provide trustworthy system operations in a decentralized system without the control of a single authority among untrustworthy participants, but it is impossible to guarantee a trustworthy and secure system solely with blockchain technology. Therefore, in this thesis, we explore various decentralized systems and define potential security threats in each system environment, and propose mechanisms leveraging blockchain and cryptographic techniques to mitigate or prevent these threats. The proposed mechanisms aim to mitigate the negative effects on the system of selfish or malicious system participants. Finally, we show through security analysis that the proposed mechanisms satisfy our design goals.|중앙화시스템에서의 단일지점의 존재는 전통적인 시스템에서 항상 큰 위협으로 존재하였고 최근까지도 많은 연구들이 그 위협을 경감하기 위해 제안되고 있으나 여전히 해결되지 않은 문제로 남아있다. 탈중앙 시스템은 단일서버의 역할을 복수의 시스템 참여자에게 분산함으로서 단일지점 장애로 인한 여러 위협에 대응할수있어 한 노드에 장애가 발생하더라도 시스템에 존재하는 다른 노드가 그 역할을 대신할수있으므로 장애가 시스템 전체에 미치는 영향을 크게 경감할수있다. 하지만 이러한 힘의 분산은 우리가 예측하지 못한 여러 새로운 보안 위협을 초래하는 결과를 낳았다. 블록체인은 탈중앙 시스템에서 신뢰하지 않는 참여자들 사이에서 단일 기관의 제어없이 신뢰할수있는 시스템 운영을 제공할수있어 이 문제의 해결에 적합한 방식이지만 단순히 블록체인 기술만으로 신뢰할수있고 안전한 시스템을 보장하는 것은 불가능하다. 따라서 이 논문에서 우리는 여러 탈중앙 시스템들을 살펴보고 각 시스템 환경에서 발생할수있는 보안위협을 정의한뒤 이 위협을 경감하거나 방지하기 위해 블록체인과 여러 암호기술들을 활용한 메커니즘들을 제안한다. 제안 메커니즘들은 이기적이고 악의적인 시스템 참여자들의 행동이 시스템에 미치는 영향을 최소화하는 것을 설계 목적으로 한다. 마지막으로 우리는 보안 분석을 통해 제안 메커니즘들이 우리의 설계 목적을 충족함을 보인다