소개

원본 링크:

https://zengo.com/make-micro-payments-in-a-flash-the-power-of-lngate/

소개

당신이 중요한 회의에 참석하기 위해 차를 몰고 시내를 벗어나 길을 따라 세 개의 요금소를 통과한다고 상상해 보십시오. 그러면 통행료를 내야 한다면 차 속도를 늦추고 시간을 낭비하지 않아도 됩니다. 이로 인해 "자동 결제 시스템"이 필요합니다.

사람의 개입 없이 장치 간 통신(D2D)에 의존하는 원자 결제는 이 문제에 대한 이상적인 솔루션입니다. 이러한 장치를 신용 카드와 같은 기존 결제 시스템에 연결할 수 있지만 이로 인해 관리 비용을 귀하에게 전가하거나 개인 정보를 수집할 수 있는 제3자가 도입됩니다. 이렇게 보면 암호화폐는 보다 편리한 결제 시스템을 만들 수 있습니다. 따라서 IoT(Internet of Things)와 암호화폐(비트코인, 이더리움 등)를 결합하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.

탈중앙화 원장 개념으로 비트코인은 파괴적인 결제 시스템이 되었지만 결제 시나리오의 경우 높은 처리 수수료와 긴 거래 확인 시간과 같은 몇 가지 주요 결함이 있습니다.

라이트닝 네트워크(LN)는 오프체인 결제라는 대담한 접근 방식으로 이러한 문제를 해결했습니다. 이러한 발전으로 비트코인은 소액 결제에도 유망하며 많은 IoT 애플리케이션에서 받아들일 수 있습니다. 그러나 IoT 장치에서 라이트닝 네트워크 및 비트코인 ​​노드를 호스팅하는 것은 스토리지, 메모리 및 처리 오버헤드로 인해 실현 불가능합니다.

라이트닝 네트워크는 처음부터 20,000개 이상의 노드로 성장했습니다. IoT 장치는 컴퓨팅, 통신 및 저장 기능이 매우 제한되어 있으므로 대부분의 로우 프로파일 IoT 장치에 Lightning 노드를 설치하는 것은 불가능합니다. 특히 라이트닝 네트워크를 사용하려면 라이트닝 노드와 비트코인 ​​전체 노드를 실행해야 하며, 모두 340GB 이상의 스토리지가 필요합니다. Bitcoin 블록의 검증에 참여하려면 안정적인 인터넷 연결과 상대적으로 높은 컴퓨팅 성능도 필수적입니다.

이러한 모든 요소를 ​​고려하여 경량 솔루션이 필요했습니다. 신뢰할 수 있는 라이트닝 네트워크 게이트웨이가 완전한 라이트닝 네트워크 노드와 비트코인 ​​노드를 호스팅하여 IoT 장치가 이 게이트웨이를 통해 라이트닝 네트워크 작업을 시작할 수 있도록 하는 임계값 암호화를 기반으로 하는 프로토콜을 제안합니다.

LN 게이트웨이는 또한 거래 수수료를 지불함으로써 이 서비스를 제공하도록 인센티브를 받을 수 있습니다.

우리가 제안하는 프로토콜은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 즉시 결제 가능

• 저대역폭 네트워크에서 실행 가능

• 번개 네트워크

번개 네트워크

우리의 프로토콜은 번개 네트워크를 사용합니다. Lightning Network는 2015년에 고안되었으며 Lightning Labs 및 기타 그룹에 의해 Bitcoin에 신속하게 구현되었습니다. 비트코인 블록체인 네트워크 위에 있는 P2P 레이어 2 네트워크입니다.

라이트닝 네트워크는 비트코인의 확장성 문제를 해결하기 위해 노력합니다. 라이트닝 네트워크는 비트코인의 스마트 계약 기능을 활용하여 사용자가 안전한 결제 채널을 열고 즉각적이고 저렴한 비트코인 ​​전송을 즐기고 네트워크를 통해 다중 홉 간접 결제를 가능하게 합니다.

처음부터 Lightning Network를 사용하는 사용자 수가 상당히 증가했습니다. 라이트닝 네트워크는 현재 1986.06 btc를 보유한 총 59192개의 채널을 보유하고 있습니다.

번개 네트워크를 보다 명확하게 설명하기 위해 예를 들어 보겠습니다.

이미지 설명

- 그림 1. 라이트닝 네트워크 채널의 라이프 사이클 -

그림 1에서 볼 수 있듯이 라이트닝 네트워크의 중요한 초석은 약정 트랜잭션입니다. 커밋 트랜잭션에는 세 가지 출력이 있습니다.

Alice가 발행한 커밋 트랜잭션의 세 가지 출력은 일반적으로 다음과 같습니다.

1. 채널에서 Alice의 현재 잔액을 할당하지만 시간 잠금을 사용하면 사용하기까지 시간이 걸립니다.

2. 즉시 사용할 수 있는 채널에서 Bob의 현재 잔액을 할당합니다.

3. 지불 계약(본질적으로 HTLC, 해시 시간 잠금 계약)

첫 번째 레벨 제목

번개 네트워크 기술 기본 사항(BOLT)

프로토콜의 경우 Lightning Network의 Lightning Network 기술 기반 #2를 수정했습니다. 라이트닝 네트워크의 기술 기반은 라이트닝 네트워크에서 안전한 비트코인 ​​오프체인 지불을 실현하는 데 사용되는 채널을 관리하기 위해 사용하는 P2P 노드 프로토콜입니다.

BOLT #2에는 세 단계가 있습니다.

• 채널 구축

• 채널의 정상 작동

• 첫 번째 레벨 제목

임계값 암호화

우리의 주요 혁신은 Lightning Network에 임계값 암호화를 추가한 것입니다.

비밀을 공유하는 것은 실생활에서 매우 흔한 일이지만 우리는 디지털 세계에서 그것을 빌릴 것입니다.

"임계값 암호화"는 둘 이상의 당사자가 관련된 암호화 작업을 처리하는 Secure Multiparty Computation의 하위 집합입니다.

암호 화폐의 세계에서 개인 키(그 자체가 비밀 값이어야 함)의 도난은 자금 손실을 초래할 수 있습니다. 그래서 사람들은 키를 여러 당사자에게 분할한다는 아이디어를 내놓았습니다. 임계값 체계에서 키는 여러 당사자 간에 분할되고 임계값이 사전 정의되며 그 아래에서는 참가자 수가 키에 대해 아무것도 알 수 없습니다.

모든 메모리 오버헤드 없이 IoT 장치에서 Lightning Network를 사용하기 위해 임계값 암호화를 활용합니다.

Lightning Network 노드를 격리하고 IoT 장치만 키 암호화에 참여하면 되므로 이는 달성할 수 있습니다.

첫 번째 레벨 제목

이미지 설명

- 그림 2. 시스템 모드 개략도 -

우리 시스템은 (1) IoT 장치, (2) Lightning 게이트웨이, (3) Lightning 노드 브리징, (4) Lightning 노드 타겟팅의 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

기타 중개자는 (1) 임계값 클라이언트, (2) IoT 장치 게이트웨이, (3) 라이트닝 네트워크 게이트웨이용 비트코인 ​​코어 라이트닝 네트워크 노드, (4) 임계값 서버입니다.

몇 가지 가정:

IoT 장치는 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결할 수 있습니다.

IoT 장치 및 Lightning 게이트웨이는 지불을 보내는 과정에서 연결이 끊어지지 않습니다.

규약

규약

이제 IoT 장치가 대상 Lightning Network 노드에 지불(예: 통행료 지불)을 원한다고 가정합니다.

• IoT 게이트웨이에서 시작하여 장치는 라이트닝 네트워크 노드, 비트코인 ​​노드 및 임계값 서버를 관리하는 라이트닝 네트워크 게이트웨이에 연결합니다.

• IoT 장치가 요청을 시작할 때마다 Lightning 게이트웨이는 대상 네트워크 노드에 연결하기 위해 Bridge Lightning 노드가 있는 채널을 엽니다.

• 브리지 네트워크 노드는 지불을 시작하는 라이트닝 네트워크 게이트웨이에 라우팅 요금을 부과할 수 있습니다.

• IoT 장치에 대한 지불은 브리지 노드를 통해 지정된 대상 노드로 라우팅됩니다.

• 보안 분석

보안 분석

여기서 우리는 우리 시스템이 세 가지 위협에 직면할 것이라고 가정합니다: 공모 공격, 번개 게이트웨이와의 IoT 장치 공모, 랜섬 공격.

공격 음모:

1. 라이트닝 게이트웨이와 브리지 노드 공모

우리 시스템에서 결제는 항상 IoT 장치에서 대상 Lightning 노드로 전송되며, 그러면 채널에서 브리지 노드의 균형이 항상 증가합니다. 따라서 브리지 노드의 이전 채널 상태 균형은 항상 최신 상태보다 낮으므로 이러한 공모가 발생할 수 없습니다. 우리의 프로토콜은 현재 일방향 결제로 제한되어 있으며 IoT 장치에 대한 양방향 결제를 구현하는 것은 향후 작업입니다.

이제 Lightning Gateway가 이전 상태를 블록체인 네트워크에 브로드캐스트하려고 한다고 가정합니다. 이는 Lightning Gateway의 이전 상태에 현재 상태보다 더 많은 자금이 있는 경우에만 유용합니다. 그러나 Lightning Gateway는 IoT 장치의 모든 결제에 대해 요금을 청구하고 잔액이 항상 증가하기 때문에 불가능합니다. 또한 브리지 노드의 이전 상태 균형도 낮아야 합니다. 따라서 둘 다 상대적으로 오래된 상태 잔고가 낮고 담합은 유익하지 않습니다.

(번역자 주: 일부 배경을 추가하면 독자가 이러한 위협을 분석해야 하는 이유와 이러한 위협을 처리하는 방법을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 시스템에서 IoT 장치와 게이트웨이는 브리지 노드(다중 서명 계약)로 채널을 열기 위해 임계값 개인 키를 공유합니다. ), 각 커밋 트랜잭션은 임계 개인 키에 자금을 할당하는 대신 IoT 장치 및 게이트웨이가 제어하는 ​​주소에 자금을 할당하는 출력을 가지므로 채널은 게이트웨이 및 브리지 노드의 균형을 항상 증가시킬 수 있습니다. 자세한 내용은 끝에 첨부된 전체 문서를 참조하십시오.)

2. IoT 장치와 Lightning Gateway 결탁: IoT 장치의 채널에 있는 자금은 결제가 발생하면 항상 떨어지기 때문에 Lightning Gateway와 결탁하여 오래된 상태를 네트워크에 브로드캐스트하기 쉽습니다.

브리지 노드가 자금 손실을 원하지 않으면 다른 시간에 오프라인 상태가 될 수 없습니다. 따라서 이 담합은 우리 프로토콜에만 국한된 것이 아니라 일반적으로 라이트닝 네트워크의 문제입니다.

IoT 장치에서 도난당한 자금:

Lightning 게이트웨이는 다음을 통해 IoT 장치에서 약속한 자금을 훔칠 수 있습니다.

1. 다른 라이트닝 네트워크 노드로 보내기

2. 이전 상태를 네트워크에 브로드캐스트

3. 다른 라이트닝 네트워크 노드와 결탁

Lightning Network의 원래 서명 메커니즘을 사용하면 Lightning Gateway는 IoT 장치의 서명 없이도 채널에서 IoT 장치의 자금을 가져올 수 있습니다. Lightning Gateway의 약정 거래에서 (2-2) 임계값 체계를 사용하여 우리가 제안하는 수정은 IoT 장치가 공동으로 계산하는 개인 키를 사용하여 채널이 열리므로 IoT 장치가 자금을 잃지 않도록 정확하게 보호하는 것입니다.

랜섬웨어 공격:

이 공격은 Lightning Gateway가 프로토콜 설명에서 벗어난 경우입니다. 예를 들어 게이트웨이는 IoT 장치에 "원하는 만큼 비트코인을 주세요. 그렇지 않으면 채널을 닫지 않겠습니다." 또는 "지금부터 10% 서비스 요금을 수락해야 합니다. 나는 당신에게 봉사하지 않습니다."

현시점에서 IoT 기기에 대한 최선의 방법은 협박을 거부하고 계속 소비하는 것입니다. 그런 다음 Lightning Gateway는 IoT 장치에서 자금을 보류하여 가능한 한 오래 지연시킵니다. 이것은 무한 루프이며 양쪽 모두 소진됩니다.

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응용 및 실험

우리 계약의 적용 시나리오에는 전기 자동차 충전 파일, 센서 데이터 판매 및 주차장 충전 시스템이 포함됩니다. 우리도 필드 테스트를 했기 때문에 처음에 요금소를 예로 드는 것이 좋습니다.

톨게이트에서는 실시간 응답이 가장 중요합니다. 이상적인 상황은 톨게이트를 통과할 때 차가 멈추지 않고 무선 네트워크를 사용하여 지불을 완료할 수 있기 때문입니다.

차량이 톨게이트의 무선 커버리지 영역에 진입할 때마다 IoT 게이트웨이를 통해 톨게이트의 라이트닝 게이트웨이에 결제 요청을 시작합니다. 이 Lightning Gateway는 요청된 결제 금액을 충전 회사의 Lightning Node로 즉시 보냅니다. 결제가 완료되면 IoT 게이트웨이를 통해 "결제 성공" 메시지가 차량으로 반송됩니다.

이 시스템이 실제로 작동하려면 자동차가 요금소의 무선 네트워크 범위를 벗어나기 전에 전체 지불 프로세스를 완료해야 합니다.

결제가 4.12초밖에 걸리지 않기 때문에 자동차는 시간 내에 결제를 완료할 수 있습니다.

비용은 자동차가 하루에 두 번 통행료를 지불한다고 가정해 봅시다. 자동차가 이미 채널을 미리 열었다고 가정하면, 이 서비스를 사용하는 비용은 지불할 때마다 Lightning Gateway에서 부과하는 서비스 요금뿐입니다. 이 요율은 게이트웨이에 의해 결정되지만 서비스 요금 금액은 실제 통행료 금액의 5%로 가정합니다. 운행당 $0.75의 통행료가 발생하면 지불당 취급 수수료는 $0.0375이고 월 서비스 수수료는 $2.50(0.0375*60)입니다.

결론적으로

결론적으로

우리의 평가 결과는 Lightning Network 노드가 낮은 운영 비용으로 빠르고 시기적절한 IoT 소액 결제를 지원할 수 있음을 보여줍니다.

이 연구의 목표는 리소스가 제한된 IoT 장치가 Lightning 네트워크(일반적으로 불가능함)와 상호 작용하고 다른 사용자와 소액 결제를 할 수 있도록 하는 것입니다.

우리가 아는 한 이것은 Lightning Network에서 임계값 암호화를 구현하는 첫 번째 작업입니다.

따라서 여행을 즐기고 제 시간에 도착하며 통행료 지불에 대해 걱정할 필요가 없습니다!

우리의 프로토콜은 다른 많은 IoT 소액 결제 애플리케이션에서도 사용할 수 있습니다(예: 통행료 지불에 국한되지 않음).

우리의 결과는 또한 Lightning Network의 임계값 암호화를 위한 일반 프레임워크 개발의 이정표입니다. 전체 계획에 대한 자세한 내용은 당사의 문서를 참조하십시오.

당신이 뭔가를 얻기를 바랍니다!