본문으로 건너뛰기

Sui-Related Research Papers

이 문서는 Sui와 관련되어 있으며 하나 이상의 Sui 팀 구성원이 공동 저자로 참여한 연구 논문 목록을 포함한다. 이 논문들에 포함된 아이디어 중 일부는 현재 Sui에 통합되고 있으며, 일부는 로드맵에 포함되어 있고, 일부는 로드맵에 포함되어 있지 않지만 향후 통합될 수 있다. 이전 연구에서 영감을 받은 최신 설계를 담고 있는 Sui Smart Contract Platform 백서부터 시작하라.

Latest

Mysticeti: Reaching the Limits of Latency with Uncertified DAGs​

  • Link: https://arxiv.org/pdf/2310.14821
  • Publication: Network and Distributed System Security Symposium (NDSS), accepted for 2025
  • Relevance: 우리는 3 라운드의 메시지 교환이라는 지연 시간 하한을 달성한 최초의 DAG 기반 비잔틴 합의 프로토콜인 Mysticeti-C를 소개한다. Mysticeti-C는 DAG 위에서 구축되었기 때문에 높은 자원 효율성과 검열 저항성 또한 달성한다. Mysticeti-C는 DAG 블록에 대한 명시적 인증을 회피하고 모든 블록이 지연 없이 커밋될 수 있도록 하는 새로운 커밋 규칙을 제안함으로써 이러한 지연 시간 개선을 달성하며, 이는 정상 상태 및 크래시 실패 하에서 최적의 지연 시간을 제공한다. 또한 우리는 자산 전송을 위해 더 낮은 지연 시간을 달성하는 빠른 커밋 경로를 통합한 Mysticeti-FPC로 Mysticeti-C를 확장한다. 기존의 빠른 커밋 경로 프로토콜과 달리, Mysticeti-FPC는 빠른 경로 transaction을 DAG에 엮어 넣음으로써 서명과 메시지 수를 최소화한다. 이는 자원을 절약하며 결과적으로 더 나은 성능을 제공한다. 우리는 비잔틴 환경에서의 안전성과 라이브니스를 증명한다. 또한 두 Mysticeti 프로토콜을 평가하고 최신 합의 및 빠른 경로 프로토콜과 비교하여 낮은 지연 시간과 자원 효율성, 그리고 크래시 실패 상황에서의 더 우아한 성능 저하 특성을 입증한다. Mysticeti-C는 WAN 환경에서 합의 커밋 지연 시간 0.5초를 달성하면서 동시에 200k TPS를 초과하는 최신 수준의 처리량을 유지한 최초의 비잔틴 합의 프로토콜이다. 마지막으로 Mysticeti-C를 Sui 블록체인의 합의 프로토콜로 통합한 결과, 지연 시간이 4배 이상 감소했음을 보고한다.

Sui Lutris: A Blockchain Combining Broadcast and Consensus​

  • Link: https://arxiv.org/pdf/2310.18042
  • Publication: Conference on Computer and Communications Security (CCS), 2024
  • Relevance: Sui Lutris는 지속적으로 서브초 확정성을 달성한 최초의 스마트 컨트랙트 플랫폼이다. 이는 단순 결제뿐만 아니라 다양한 transaction에 대해 합의 없는 합의를 적용함으로써 이러한 유의미한 감소를 달성한다. 기존 연구와 달리, Sui Lutris는 표현력이나 처리량을 희생하지 않으며 재시작 없이 지속적으로 실행될 수 있다. Sui Lutris는 임계 확정성 경로 밖에서 호출되지만, transaction이 동시 접근으로 인한 불일치 위험에 처할 경우 해당 transaction의 정산이 전체 순서가 해결될 때까지 지연되도록 보장하는 고처리량 합의 프로토콜과 합의 없는 합의를 안전하게 통합함으로써 이를 달성한다. 이러한 하이브리드 아키텍처를 구축하는 것은 재구성 이벤트 중 특히 섬세하며, 시스템은 합의 없는 경로의 안전성을 유지하면서도 잠재적으로 잘못 구성된 클라이언트의 장기적인 라이브니스를 훼손하지 않아야 한다. 이를 위해 우리는 합의 없는 블록체인의 안전하고 효율적인 재구성을 최초로 증명하는 새로운 재구성 프로토콜을 개발한다. Sui Lutris는 현재 프로덕션 환경에서 실행 중이며 Sui 스마트 컨트랙트 플랫폼의 기반을 이룬다. 계정 대신 object를 사용하는 방식과 결합되어, object를 일급 자원으로 노출하는 스마트 컨트랙트의 안전한 실행을 가능하게 한다. 실험 결과, Sui Lutris는 초당 최대 5,000개의 certificate 처리량(150k ops/s with transaction blocks)에서 0.5초 미만의 지연 시간을 달성했으며, 이는 최신 실제 합의 지연 시간인 3초와 비교된다. 또한 validator의 크래시 복구를 우아하게 처리하며 재구성 중에도 가시적인 성능 저하를 겪지 않는다.

zkLogin: Privacy-Preserving Blockchain Authentication with Existing Credentials​

  • Link: https://arxiv.org/pdf/2401.11735
  • Publication: Not published
  • Relevance: 많은 사용자에게 개인 키 기반 wallet은 블록체인에 접근하는 주요 진입점이다. 니모닉이나 하드웨어 wallet과 같은 일반적으로 권장되는 wallet 인증 방식은 번거로울 수 있다. 이러한 사용자 온보딩의 어려움은 블록체인 기반 애플리케이션의 채택을 크게 저해해 왔다. 우리는 Google, Facebook 등 OpenID Connect를 지원하는 플랫폼이 발급한 identity token을 활용해 transaction을 인증하는 새로운 기법인 zkLogin을 개발한다. zkLogin의 핵심에는 사용자가 기존 OpenID account만으로 서명할 수 있도록 하는 서명 체계가 있다. 이는 사용자가 새로운 secret을 기억할 필요가 없고 기존 account를 재사용할 수 있게 하므로 사용자 경험을 크게 개선한다. zkLogin은 강력한 보안 및 프라이버시 보장을 제공한다. 설계상 zkLogin은 기반 플랫폼의 인증 메커니즘 위에서 구축되며 그 보안성 또한 거기에서 파생된다. 그러나 기존 관련 연구와 달리 zkLogin은 보안 보장을 위해 추가적인 신뢰 당사자(예: trusted hardware 또는 oracle)를 사용하지 않는다. zkLogin은 zero-knowledge proofs (ZKP)를 활용하여 사용자의 off-chain 및 on-chain identity 간의 연결이 플랫폼 자신에게조차 드러나지 않도록 보장한다. zkLogin은 전통적인 디지털 서명 기반 address의 대안으로 Sui 블록체인에 구현 및 배포되었다. 니모닉 없이 소셜 로그인만으로 가능한 Web3 온보딩의 용이성 덕분에 게임, DeFi, 직접 결제, NFT 컬렉션, 라이드 셰어링, 스포츠 레이싱 등 다양한 산업에서 이미 수십만 개의 zkLogin account가 생성되었다.

Be Aware of Your Leaders​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2110.00960
  • Publication: Financial Cryptography and Data Security (FC), 2022
  • Relevance: 부분 동기식 합의 프로토콜(예: Bullshark)을 위한 고성능 리더 선출 알고리즘을 제공하며, Sui는 공유 object를 지원하기 위해 이를 Bullshark와 함께 사용할 수 있다.
  • Summary: 블록체인의 발전은 상태 머신 복제(State-Machine-Replication, SMR) 분야에 영향을 미쳤으며, 최신 블록체인-SMR 솔루션의 상당수는 체이닝과 리더 순환이라는 두 가지 축을 기반으로 한다. 그러나 리더 순환에 사용되는 사전 정의된 라운드 로빈 메커니즘은 크래시된 참여자가 무한히 리더로 지정되는 바람직하지 않은 동작을 유발하여 전체 시스템 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 크래시 전용 실행에서 오류가 있는 리더가 되는 라운드 수를 제한하는 리더 활용 요구 사항을 공식화하는 새로운 Leader-Aware SMR 프레임워크를 제시한다. 우리는 Leader-Aware SMR을 달성하기 위한 새로운 평판 기반 리더 순환 해법인 Carousel을 소개한다. 적응형 리더 순환의 과제는 합의 자체가 리더를 필요로 하기 때문에 리더 결정을 합의에 의존할 수 없다는 점이다. Carousel은 사용 가능한 온체인 정보를 활용하여 로컬에서 리더를 결정하고 이러한 어려움에도 불구하고 라이브니스를 달성한다. Carousel을 적용한 HotStuff 구현은 오류가 없는 환경에서 처리량을 2배 이상 향상시키고, 오류가 존재하는 환경에서는 처리량을 20배 증가시키고 지연 시간을 5배 감소시키는 성능 개선을 입증한다.

Bullshark: DAG BFT Protocols Made Practical​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2201.05677
  • Publication: Not published yet (under submission)
  • Relevance: Narwhal 위에서 실행되는 부분 동기식 합의 프로토콜을 제공한다. Sui는 Tusk 대신 이를 사용할 수 있다.
  • Summary: 우리는 부분 동기성에 최적화된 최초의 Directed Acyclic Graph (DAG) 기반 Byzantine Fault Tolerant (BFT) 프로토콜인 Bullshark를 제시한다. Bullshark는 비동기 라이브니스, 최적의 상각 복잡도, 제로 오버헤드, 양자 이후 안전성과 같은 전임자(DAG-Rider)의 모든 바람직한 특성을 계승한다. 동시에 Bullshark는 동기 구간을 활용하는 실용적인 저지연 빠른 경로를 제공한다. 또한 Bullshark의 독립적인 부분 동기식 버전을 소개하고 최신 기술과 비교 평가한다. 이 프로토콜은 DAG 기반 mempool 구현 위에 약 20 LOC만 추가된 매우 단순한 구조를 가지며, 50 노드 환경에서 초당 125k transactions와 2초 지연 시간을 달성하는 높은 효율성을 보인다.

FastPay: High-Performance Byzantine Fault Tolerant Settlement​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2003.11506
  • Publication: ACM Conference on Advances in Financial Technologies (AFT), 2020
  • Relevance: FastPay는 Sui의 핵심에 위치한 프로토콜을 설명한다.
  • Summary: FastPay는 일부 validator가 비잔틴일 수 있는 분산 validator 집합이 사전 자금이 예치된 결제를 위한 고무결성과 고가용성 정산 시스템을 유지하도록 한다. 이는 암호화폐와 같은 네이티브 가치 단위로 결제를 정산하거나, 법정 화폐 기반 소매 결제를 지원하는 금융 보조 인프라로 활용될 수 있다. FastPay는 Sui가 실제로 사용하는 프로토콜은 아니지만, Sui가 확장하는 기본적인 안전 메커니즘을 제안한다. FastPay는 합의(atomic commit 채널)의 비용을 제거하고 Byzantine Consistent Broadcast를 핵심 프리미티브로 사용한다. 그 결과 확인과 결제 확정성 모두에서 낮은 지연 시간을 제공한다. 특히 각 validator는 여러 머신에 걸쳐 샤딩될 수 있어 수평 확장성에 이론적 한계가 없다.

HammerHead: Score-based Dynamic Leader Selection​

  • Link: https://arxiv.org/pdf/2309.12713
  • Publication: IEEE International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS), 2024
  • Relevance: 높은 처리량과 검열 저항성에 대한 요구로 인해 DAG 기반 합의에 대한 연구가 진행되어 왔다. Sui 블록체인 프로토콜은 낮은 지연 시간 때문에 Bullshark 합의 알고리즘의 변형을 사용하지만, 이 리더 기반 프로토콜은 후보 리더가 크래시될 경우 성능 문제를 유발한다. 본 논문에서는 Leader-Utilization을 제공하기 위해 Carousel에서 제안된 아이디어를 탐구하고 HammerHead를 제시한다. 체인 기반 및 파이프라인 합의 프로토콜을 전제로 설계된 Carousel과 달리, HammerHead는 DAG가 직접 체인 품질을 제공하기 때문에 이를 고려할 필요는 없지만, validator가 서로 다른 뷰에서 블록을 커밋하더라도 안전성과 라이브니스가 유지되도록 보장해야 한다. HammerHead 구현은 오류가 없는 환경에서 소폭의 성능 향상을 보이며, 오류가 발생한 경우(100 validator, 33 faults) 지연 시간을 2배 감소시키고 처리량을 최대 40%까지 향상시킨다.

Narwhal and Tusk: A DAG-based Mempool and Efficient BFT Consensus​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2105.11827
  • Publication: EuroSys, 2022
  • Relevance: Sui에서 공유 object를 지원하기 위해 사용할 가능성이 높은 합의 시스템이다.
  • Summary: 우리는 신뢰할 수 있는 transaction 전파와 transaction 순서 결정을 분리하여 고성능 비잔틴 fault-tolerant 정족수 기반 합의를 가능하게 할 것을 제안한다. 우리는 고처리량의 신뢰할 수 있는 전파와 인과적 transaction 이력의 저장에 특화된 mempool 프로토콜인 Narwhal을 설계하고 평가한다. Narwhal은 비동기 네트워크를 허용하며 실패 상황에서도 높은 성능을 유지한다. Narwhal은 각 validator에 여러 worker를 두는 방식으로 쉽게 확장될 수 있으며, 달성 가능한 처리량에는 실질적인 한계가 없음을 입증한다. Narwhal을 부분 동기식 합의 프로토콜(Narwhal-HotStuff)과 결합하면 오류나 비동기로 인한 라이브니스 손실 상황에서도 처리량이 크게 향상된다. 그러나 라이브니스 손실은 더 높은 지연 시간을 유발할 수 있다. 이를 해결하기 위해 우리는 Narwhal과 함께 동작하는 제로 메시지 오버헤드 비동기 합의 프로토콜인 Tusk를 설계한다. 우리는 다양한 구성과 오류 조건에서 Tusk의 높은 성능을 입증한다. WAN 환경에서 Narwhal-HotStuff는 2초 미만의 지연 시간으로 초당 130,000개 이상의 transaction을 처리하며, 이는 HotStuff의 초당 1,800개 처리량 및 1초 지연 시간과 비교된다. 추가 worker는 지연 시간 증가 없이 처리량을 선형적으로 증가시켜 초당 600,000 transaction까지 확장된다. Tusk는 약 3초의 지연 시간으로 초당 160,000 transaction을 달성하며, 오류 상황에서도 두 프로토콜 모두 높은 처리량을 유지한다.

SybilQuorum: Open Distributed Ledgers Through Trust Networks​

  • Link: https://arxiv.org/abs/1906.12237
  • Publication: Not published
  • Relevance: 다른 논문들에 비해 Sui와의 직접적인 관련성은 낮으며 초기 단계의 이론적 연구이다. 이 논문은 지분 증명 시스템(Sui와 같은)을 강화하기 위한 알고리즘을 제시하지만 로드맵에는 포함되어 있지 않다.
  • Summary: Sybil 공격은 모든 P2P 시스템의 고질적인 문제이며, 현대의 개방형 분산 원장은 작업 증명부터 공간, stake, 메모리와 같은 자원 기반 기법, 그리고 허가형 환경의 전통적인 접근 제어에 이르기까지 다양한 전술을 사용해 이를 방어한다. SybilQuorum은 사회적 네트워크 기반 Sybil 방어를 활용하여 개방형 분산 원장을 보호하고 정직한 참여자 간 합의를 보장하는 대안적 접근을 제안한다. 우리는 노드가 원장을 통해 신뢰 관계를 표현함으로써 가치 시스템과 일반 transaction 시스템을 부트스트랩하고 운영하는 방법을 제시한다. 또한 Sybil 공격이 어떻게 방어되는지를 보인다. 우리는 시스템을 안전한 Federated Byzantine Agreement System으로 실증 평가하고, 해당 이론을 확장한다.

Twins: BFT Systems Made Robust​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2004.10617
  • Publication: International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS), 2021
  • Relevance: Sui와의 직접적인 관련성은 낮지만 Tusk나 Bullshark와 같은 합의 시스템 구현을 테스트하는 방법을 제공한다. 이 논문은 이론적 성격을 가지며 로드맵에는 포함되어 있지 않다.
  • Summary: 본 논문은 비잔틴 공격을 자동으로 생성하는 단위 테스트 도구인 Twins를 제시한다. Twins는 (i) 리더 모순, (ii) 이중 투표, (iii) 투표된 값을 보호하는 ‘lock’을 잊어버리는 것과 같은 내부 상태 손실이라는 세 가지 유형의 비잔틴 동작을 구현한다. 흥미로운 공격을 에뮬레이션하기 위해 Twins는 단일 노드 대신 동일한 identity와 네트워크 자격 증명을 공유하는 twin 노드 복사본을 생성한다. 시스템의 나머지 부분에서는 twins가 ‘문제가 있는’ 단일 노드처럼 보인다. Twins는 대규모 비잔틴 공격 시나리오를 체계적으로 생성하고, 이를 통제된 방식으로 실행하여 그 동작을 분석할 수 있다. Twins 시나리오는 프로토콜 라운드를 순회하며 노드 간 통신 패턴을 변화시킨다. Twins는 DiemBFT 프로덕션 환경에서 실행되며 하루에 4,400만 개의 Twins 생성 시나리오를 처리할 수 있다. 대상 시스템에서는 오류가 나타나지 않았지만, Twins 자체 구현을 검증하기 위해 의도적으로 주입한 미묘한 안전성 버그는 수분 내에 발견되었다. Twins는 코드베이스 업데이트, 새로운 기능 도입, 또는 일상적인 유지보수 과정에서 정확성이 회귀하는 것을 방지하는 데 기여할 수 있다. Twins는 DiemBFT 위에 얇은 래퍼만 필요로 하며, 우리는 다른 시스템에서도 이를 사용할 수 있을 것으로 본다. 이 아이디어를 바탕으로, 하나의 새로운 공격과 여러 기존 BFT 프로토콜에 대한 알려진 공격들이 Twins 시나리오로 구현되었고, 모든 경우에서 대상 프로토콜은 수십 라운드가 채 되기 전에 붕괴되었다. 따라서 Twins 접근 방식은 이러한 문제를 현실적으로 노출할 수 있다.

Zef: Low-latency, Scalable, Private Payments​

  • Link: https://arxiv.org/abs/2201.05671
  • Publication: Not published yet (under submission)
  • Relevance: FastPay 설계를 account가 아닌 object 기반으로 확장하며, 이는 Sui가 실제로 사용하는 모델이다. 추가적으로 FastPay transaction에 강력한 프라이버시를 도입하지만, Sui는 이를 계획하지 않는다.
  • Summary: 우리는 임의 규모에서 익명 디지털 코인 결제를 지원하는 최초의 Byzantine Fault Tolerant (BFT) 프로토콜인 Zef를 소개한다. Zef는 FastPay와 동일한 통신 및 보안 모델을 따르며, 비동기적이고 저지연이며 선형 확장성을 갖는다. Zef는 사용자 account에 바인딩된 오프체인 certificate로 표현되는 opaque coin을 도입한다. 결제 시 코인의 액면가를 숨기기 위해 무작위 커밋과 NIZK proof를 사용한다. 생성된 코인은 Coconut의 블라인드 및 무작위화 가능한 임계 익명 자격 증명을 사용해 연결 불가능하게 만든다. 스토리지 비용을 제어하기 위해 account 비활성화 시 데이터를 안전하게 제거할 수 있도록 설계한다. Rust 기반 오픈 소스 구현을 제공하며, AWS 벤치마크에서 이론적 한계 없는 처리량과 1초 미만의 확정 시간을 입증한다. 이는 기존 블록체인 기반 익명 결제 시스템 대비 지연 시간을 세 자릿수 이상 개선한 결과이며, 처리량에 이론적 한계가 없다.