사전 스케줄링을 통한 이더리움 트랜잭션 동시 수행

Abstract

이더리움은 대표적인 블록체인 플랫폼으로, 암호화폐로부터 시작된 블록체인 기술에 대한 관심을 바탕으로 최근까지도 사용량을 꾸준히 유지하고 있다. 특히 유니스왑과 같은 탈중앙화 금융 서비스들이 인기를 끌며 일일 토큰 전송량은 2020년들어 두 배 가까이 증가하기도 했다. 하지만 점점 늘어나는 트랜잭션 수에도 불구하고, 현재 이더리움은 모든 트랜잭션을 순차적으로 수행하고 있기에 트랜잭션의 처리량을 높이는 데에 한계가 있다. 실제로 이로 인해 사용자가 많은 서비스가 등장할 때마다 트랜잭션 처리량은 그대로인데 트랜잭션의 수가 증가하면서 수수료가 매우 높아지는 현상이 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법 중 하나로 이더리움 상의 트랜잭션들을 동시 수행하기 위한 연구들이 제안되어왔다. 하지만 이러한 동시 수행은 트랜잭션간의 충돌을 유발할 수 있으며, 충돌이 자주 발생할 경우 오히려 성능이 저하될 수 있다. 따라서 본 논문에서는 충돌이 최대한 적게 발생하도록 스케줄링하는 것에 초점을 맞춘 사전 스케줄링을 통한 동시 수행 기법을 제안한다. 트랜잭션에 명시된 정보로 쉽게 예측 가능한 명시적 충돌(explicit conflict)뿐 아니라 직접 수행해보아야 확인이 가능한 내재적 충돌(implicit conflict)까지도 과거 충돌 정보를 저장하는 프로파일러를 통해 예측함으로써, 4-thread 시뮬레이션에서 순차 수행 대비 전체 트랜잭션 수행 속도를 약 3.1배, 기존의 그리디 스케줄링 방식의 동시 수행 대비 약 28.2% 향상시켰다.

Ethereum is one of the most popular blockchain platform, and the amount of usage has been increasing for years based on interest in blockchain-based financial services. Despite the growing number of these complex transactions, Ethereum currently handles all transactions in a sequential execution method using a single thread, which limits throughput. To overcome this limitation, studies have been proposed to execute Ethereum transactions concurrently. However, if the transactions scheduled in a greedy manner, frequent collisions may lead to poor concurrency and high rollback costs. In this paper, we propose a speculative scheduling technique that focuses on minimizing collisions between Ethereum transactions. Not only collisions that can be easily predicted by explicit feature in the transaction, but also collisions that can only detected by implicit feature are considered based on past records through profiling. As a result, the speedup is increased by 28.2% compared to the concurrent execution of the greedy method in 4-thread simulation, and the overall transaction execution speedup was improved by 3.1 times compared to sequential execution.