블록체인 시스템에서(또는 데이터베이스 관리 시스템에서) 동시 제출된 트랜잭션의 실행 순서는 애플리케이션에 중대한 영향을 미치며, 서로 다른 실행 순서가 전혀 다른 결과를 초래할 수 있기 때문이다. 그러나 Hyperledger Fabric과 Arbitrum에 있는 트랜잭션 시퀀서와 같은 기존의 트랜잭션 시퀀서는 도착 시간에만 근거하여 트랜잭션 순서를 결정한다. 그 결과 애플리케이션 개발자들은 논리적 일관성을 유지하고 원하는 실행 결과를 달성하기 위해 종종 서비스별 로직을 애플리케이션에 내장하도록 강제받는다. 본 연구에서는 서비스 의도를 자율적으로 해석하고 이에 따라 트랜잭션 순서를 결정하는 에이전트 기반 블록체인 트랜잭션 시퀀서를 설계한다. 애플리케이션 개발자는 블록체인 시스템과의 직관적인 상호작용을 통해 서비스 의도를 명시함으로써 원하는 실행 결과를 얻을 수 있다. 주요 과제 중 하나는 AI 에이전트의 추론에 채택되는 대규모 언어 모델(LLM)이 트랜잭션 순서 결정 과정에서 상당한 지연을 유발할 수 있다는 점이다. 이를 해결하기 위해, 우리는 에이전트가 이전 블록의 추론 완료를 기다리며 차단(blocking)하지 않고 독립적인 컨텍스트 하에서 서로 다른 블록에 대한 추론을 병렬로 처리하도록 설계한다. 필요할 경우, 시스템은 AI 에이전트 추론을 우회하고 기존의 규칙 기반 시퀀싱 메커니즘으로 폴백하여 적시에 트랜잭션 처리가 이루어지도록 한다. 타당성을 입증하기 위해, 제안된 에이전트 기반 시퀀서를 Hyperledger Fabric에 통합한다. 에이전트 프레임워크로 CrewAI를 채택하고, 전체 시스템은 Hyperledger Fabric, Kafka, Watchdog을 포함한 다수의 오픈소스 구성 요소를 사용하여 구현한다. 실험 결과는 제안된 에이전트 시퀀서가 다양한 복잡한 서비스 요구사항에 효과적으로 적응할 수 있음을 보여준다.

본 논문에서는 동시적 확장성과 탈중앙화 강화를 가능하게 하는 워치독 블록체인 네트워크(WDN)를 제시한다. 블록체인 트릴레마로 인해 높은 수준의 보안, 확장성, 탈중앙화를 동시에 달성하는 것은 어렵다. 일반적으로 공개 블록체인은 확장성의 희생을 대가로 완전한 탈중앙화를 제공하는 반면, 사설 블록체인은 탈중앙화의 희생을 대가로 높은 확장성을 달성한다. WDN은 사설 블록체인의 낮은 수준의 탈중앙화를 보완하면서도 높은 수준의 확장성을 유지하기 위해 제안된다. WDN은 탈중앙화가 약한 사설 블록체인에서 분산 원장에 대한 임의의 위조, 변경, 삭제를 방지할 수 있다. 그러나 WDN과 사설 블록체인 사이의 트랜잭션 처리량 격차는 사설 블록체인과 함께 WDN을 운영하는 데 있어 중요한 장애물이 될 수 있다. 따라서 본 연구의 WDN은 분산 네트워크 환경에서 사설 블록체인의 데이터를 실시간으로 백업하도록 설계되었다. WDN은 세 단계의 합의 과정을 신속하게 완료할 수 있는 네트워크 인지형 합의 프로토콜을 특징으로 한다. 이를 위해 GossipSub, 빠른 UDP 인터넷 연결(QUIC), Google 원격 프로시저 호출(GRPC)과 같은 최신 네트워크 기술을 WDN에 적절히 채택하였다. WDN의 시스템 성능을 입증하기 위해, 블록체인 시스템을 docker 컨테이너의 형태로 완전히 구현하였다. 또한 분산 응용프로그램(DApps)을 개발하여 WDN의 실행 가능성을 검증하였다.

Web 3.0은 주로 블록체인 기술에 기반한 새로운 인터넷 패러다임이다. Web 3.0 애플리케이션은 신뢰할 수 없고 허가가 필요 없는 네트워크에서 동작하도록 설계되기 때문에 분산된 제어 구조와 투명성과 같은 상당한 장점을 가질 수 있다. 이에 따라 기존 웹 애플리케이션은 Web 3.0 기술을 사용하여 재현되고 있다. 반면, 실시간 서비스는 여전히 Web 2.0 아키텍처로 구현되고 있다. 특히 Web 3.0 미디어 스트리밍을 구현하려면, 일부 기술적 어려움이 존재하므로 기존 미디어 스트리밍 시스템의 서비스 아키텍처에 대한 수정이 필요하다. 예를 들어, 데이터가 중앙 집중형 데이터 센터에서 분산 저장소로 이동함에 따라 사용자의 품질경험(quality of experience)은 심각하게 저하될 수 있다. 또한 interplanetary file system, 암호화폐 지갑, Ethereum JavaScript API와 같은 Web 3.0 스택을 구성하는 소프트웨어 구성요소는 다양한 OS, 미디어 플레이어, 브라우저의 조합과 호환되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 서비스 품질의 저하를 방지하도록 설계된 Web 3.0 실시간 서비스를 위한 종단 간(end-to-end) 시스템 아키텍처를 제안한다. 더 나아가, Web 3.0 기술을 사용하여 완전히 개발된 미디어 NFT 마켓플레이스인 Retriever를 제시한다( https://retriever.live ). Retriever는 데이터의 프라이버시를 보장하고 디지털 지적재산권을 관리함으로써, 사용자가 비디오 콘텐츠를 시청하는 것에서 더 나아가 중개자 없이 자신의 콘텐츠를 직접 거래할 수 있도록 한다. 특히 Retriever는 사용자 경험을 희생하지 않으며 다수의 모바일 기기와 호환된다.

우리는 블록체인 플랫폼의 확장성을 향상시키기 위한 서비스 인지형 동적 샤딩(service-aware dynamic sharding) 접근법을 제안한다. 제안된 접근법의 목적은 사용자 트랜잭션에 대한 서비스 지연(service latency)을 감소시키고, 기존 블록체인 플랫폼의 트랜잭션 처리량(transaction throughput)을 증가시키는 것이다. 샤딩(sharding)은 블록체인 확장성 문제에 대한 잘 알려진 해결책이다. 샤딩된 블록체인에서는 서로 다른 샤드(shard)에서 트랜잭션을 병렬로 처리할 수 있다. 그러나 샤딩된 블록체인에서는 불가피하게 생성되는 샤드 간 트랜잭션(cross-shard transactions)이, 샤드 내 트랜잭션(intra-transactions)에 비해 상대적으로 긴 시간 뒤에 확정된다. 이러한 특성은 전체적인 성능 저하로 이어질 수 있다. 샤드 간 트랜잭션이 블록체인 시스템의 성능에 미치는 영향을 완화하기 위해, 본 연구에서 제안하는 접근법은 샤드 간 트랜잭션을 통해 접근되는 데이터를 동일한 샤드로 동적으로 재배치한다. 또한 서로 긴밀히 연관된 두 개 이상 샤드를 적응적으로 병합하여 단일 샤드로 구성하거나, 또는 단일 샤드를 더 작은 서로 분리된 샤드들로 분할하여 병렬로 샤드를 충분히 활용할 수 있도록 한다. 제안된 접근법의 효용성을 검증하기 위해, 기존 샤딩 블록체인의 설계 개념을 바탕으로 Hyperledger-Fabric 플랫폼을 사용하여 샤딩 블록체인을 구현하였다. 실험 결과는, 제안된 접근법이 동적 상태 변경(dynamic state changes) 동안에도 원장(ledger)의 일관성(consistency)을 유지하면서 기존 블록체인의 확장성을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

블록체인 시스템에서(또는 데이터베이스 관리 시스템에서) 동시 제출된 트랜잭션의 실행 순서는 애플리케이션에 중대한 영향을 미치며, 서로 다른 실행 순서가 전혀 다른 결과를 초래할 수 있기 때문이다. 그러나 Hyperledger Fabric과 Arbitrum에 있는 트랜잭션 시퀀서와 같은 기존의 트랜잭션 시퀀서는 도착 시간에만 근거하여 트랜잭션 순서를 결정한다. 그 결과 애플리케이션 개발자들은 논리적 일관성을 유지하고 원하는 실행 결과를 달성하기 위해 종종 서비스별 로직을 애플리케이션에 내장하도록 강제받는다. 본 연구에서는 서비스 의도를 자율적으로 해석하고 이에 따라 트랜잭션 순서를 결정하는 에이전트 기반 블록체인 트랜잭션 시퀀서를 설계한다. 애플리케이션 개발자는 블록체인 시스템과의 직관적인 상호작용을 통해 서비스 의도를 명시함으로써 원하는 실행 결과를 얻을 수 있다. 주요 과제 중 하나는 AI 에이전트의 추론에 채택되는 대규모 언어 모델(LLM)이 트랜잭션 순서 결정 과정에서 상당한 지연을 유발할 수 있다는 점이다. 이를 해결하기 위해, 우리는 에이전트가 이전 블록의 추론 완료를 기다리며 차단(blocking)하지 않고 독립적인 컨텍스트 하에서 서로 다른 블록에 대한 추론을 병렬로 처리하도록 설계한다. 필요할 경우, 시스템은 AI 에이전트 추론을 우회하고 기존의 규칙 기반 시퀀싱 메커니즘으로 폴백하여 적시에 트랜잭션 처리가 이루어지도록 한다. 타당성을 입증하기 위해, 제안된 에이전트 기반 시퀀서를 Hyperledger Fabric에 통합한다. 에이전트 프레임워크로 CrewAI를 채택하고, 전체 시스템은 Hyperledger Fabric, Kafka, Watchdog을 포함한 다수의 오픈소스 구성 요소를 사용하여 구현한다. 실험 결과는 제안된 에이전트 시퀀서가 다양한 복잡한 서비스 요구사항에 효과적으로 적응할 수 있음을 보여준다.

본 논문에서는 동시적 확장성과 탈중앙화 강화를 가능하게 하는 워치독 블록체인 네트워크(WDN)를 제시한다. 블록체인 트릴레마로 인해 높은 수준의 보안, 확장성, 탈중앙화를 동시에 달성하는 것은 어렵다. 일반적으로 공개 블록체인은 확장성의 희생을 대가로 완전한 탈중앙화를 제공하는 반면, 사설 블록체인은 탈중앙화의 희생을 대가로 높은 확장성을 달성한다. WDN은 사설 블록체인의 낮은 수준의 탈중앙화를 보완하면서도 높은 수준의 확장성을 유지하기 위해 제안된다. WDN은 탈중앙화가 약한 사설 블록체인에서 분산 원장에 대한 임의의 위조, 변경, 삭제를 방지할 수 있다. 그러나 WDN과 사설 블록체인 사이의 트랜잭션 처리량 격차는 사설 블록체인과 함께 WDN을 운영하는 데 있어 중요한 장애물이 될 수 있다. 따라서 본 연구의 WDN은 분산 네트워크 환경에서 사설 블록체인의 데이터를 실시간으로 백업하도록 설계되었다. WDN은 세 단계의 합의 과정을 신속하게 완료할 수 있는 네트워크 인지형 합의 프로토콜을 특징으로 한다. 이를 위해 GossipSub, 빠른 UDP 인터넷 연결(QUIC), Google 원격 프로시저 호출(GRPC)과 같은 최신 네트워크 기술을 WDN에 적절히 채택하였다. WDN의 시스템 성능을 입증하기 위해, 블록체인 시스템을 docker 컨테이너의 형태로 완전히 구현하였다. 또한 분산 응용프로그램(DApps)을 개발하여 WDN의 실행 가능성을 검증하였다.

Web 3.0은 주로 블록체인 기술에 기반한 새로운 인터넷 패러다임이다. Web 3.0 애플리케이션은 신뢰할 수 없고 허가가 필요 없는 네트워크에서 동작하도록 설계되기 때문에 분산된 제어 구조와 투명성과 같은 상당한 장점을 가질 수 있다. 이에 따라 기존 웹 애플리케이션은 Web 3.0 기술을 사용하여 재현되고 있다. 반면, 실시간 서비스는 여전히 Web 2.0 아키텍처로 구현되고 있다. 특히 Web 3.0 미디어 스트리밍을 구현하려면, 일부 기술적 어려움이 존재하므로 기존 미디어 스트리밍 시스템의 서비스 아키텍처에 대한 수정이 필요하다. 예를 들어, 데이터가 중앙 집중형 데이터 센터에서 분산 저장소로 이동함에 따라 사용자의 품질경험(quality of experience)은 심각하게 저하될 수 있다. 또한 interplanetary file system, 암호화폐 지갑, Ethereum JavaScript API와 같은 Web 3.0 스택을 구성하는 소프트웨어 구성요소는 다양한 OS, 미디어 플레이어, 브라우저의 조합과 호환되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 서비스 품질의 저하를 방지하도록 설계된 Web 3.0 실시간 서비스를 위한 종단 간(end-to-end) 시스템 아키텍처를 제안한다. 더 나아가, Web 3.0 기술을 사용하여 완전히 개발된 미디어 NFT 마켓플레이스인 Retriever를 제시한다( https://retriever.live ). Retriever는 데이터의 프라이버시를 보장하고 디지털 지적재산권을 관리함으로써, 사용자가 비디오 콘텐츠를 시청하는 것에서 더 나아가 중개자 없이 자신의 콘텐츠를 직접 거래할 수 있도록 한다. 특히 Retriever는 사용자 경험을 희생하지 않으며 다수의 모바일 기기와 호환된다.

우리는 블록체인 플랫폼의 확장성을 향상시키기 위한 서비스 인지형 동적 샤딩(service-aware dynamic sharding) 접근법을 제안한다. 제안된 접근법의 목적은 사용자 트랜잭션에 대한 서비스 지연(service latency)을 감소시키고, 기존 블록체인 플랫폼의 트랜잭션 처리량(transaction throughput)을 증가시키는 것이다. 샤딩(sharding)은 블록체인 확장성 문제에 대한 잘 알려진 해결책이다. 샤딩된 블록체인에서는 서로 다른 샤드(shard)에서 트랜잭션을 병렬로 처리할 수 있다. 그러나 샤딩된 블록체인에서는 불가피하게 생성되는 샤드 간 트랜잭션(cross-shard transactions)이, 샤드 내 트랜잭션(intra-transactions)에 비해 상대적으로 긴 시간 뒤에 확정된다. 이러한 특성은 전체적인 성능 저하로 이어질 수 있다. 샤드 간 트랜잭션이 블록체인 시스템의 성능에 미치는 영향을 완화하기 위해, 본 연구에서 제안하는 접근법은 샤드 간 트랜잭션을 통해 접근되는 데이터를 동일한 샤드로 동적으로 재배치한다. 또한 서로 긴밀히 연관된 두 개 이상 샤드를 적응적으로 병합하여 단일 샤드로 구성하거나, 또는 단일 샤드를 더 작은 서로 분리된 샤드들로 분할하여 병렬로 샤드를 충분히 활용할 수 있도록 한다. 제안된 접근법의 효용성을 검증하기 위해, 기존 샤딩 블록체인의 설계 개념을 바탕으로 Hyperledger-Fabric 플랫폼을 사용하여 샤딩 블록체인을 구현하였다. 실험 결과는, 제안된 접근법이 동적 상태 변경(dynamic state changes) 동안에도 원장(ledger)의 일관성(consistency)을 유지하면서 기존 블록체인의 확장성을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

본 논문은 5G 네트워크를 통한 모바일 증강현실(AR) 스트리밍 서비스를 대상으로 하는 협력형 가상 3D 객체 모델링 시스템을 제시한다. 제안된 시스템의 목적은 모바일 엣지 클라우드(MEC)와 기기 간 통신(D2D)을 효과적으로 활용함으로써 낮은 지연과 높은 가상 객체 품질을 갖춘 AR 스트리밍 서비스를 제공하는 데 있다. MEC는 가상 객체 슬라이싱과 메쉬 단순화와 같은 계산 집약적인 3D 객체 모델링을 수행하는 데 활용되며, 풍부한 연산 및 저장 자원을 제공한다. 또한 인접 사용자 간에 관심 가상 객체를 공유함으로써 전송 지연을 감소시키기 위해 D2D 통신도 활용된다. 이러한 목표를 달성하기 위해, 사용자의 네트워크 상태를 고려하여 각 파트 세그먼트의 품질과 전송 소스를 제어할 수 있는 파트-세그먼트 품질 선택 알고리즘을 제안한다. 제안된 시스템에서는 AR 클라우드, MEC, 모바일 기기에 있는 모든 요소를 기술적으로 통합하여 원활하게 함께 동작하도록 한다. 마지막으로, 제안된 시스템은 WebGL과 AR.js를 포함한 널리 알려진 오픈소스 프레임워크를 사용하여 완전히 구현되었다. 이후 본 시스템을 실제 무선 네트워크 환경에서 시험하였다. 실험 결과는 제안된 시스템의 성능을 입증하였다. 제안된 시스템은 서비스 지연과 시각적 3D 객체 품질 측면에서 기존 시스템보다 우수함을 보였다.

이 논문은 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(HTTP) 기반 적응형 스트리밍 서비스를 위한 블록체인 보조 신뢰 가능한 품질경험(QoE) 가속기를 제시한다. 제안하는 신뢰 가능한 QoE 가속기는 모바일 사용자를 대상으로 원활하고 에너지 효율적이며 신뢰할 수 있는 스트리밍 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다. 제안하는 QoE 가속기는 논리적으로 모바일 사용자와 미디어 서버 사이 경로의 중간에 배치된다. 중간 지점에서 가속기는 종단 간 전송 제어 프로토콜(TCP) 연결을 차단하고, 미디어 클라우드와 병렬 HTTP 연결을 설정한다. 이어서 가속기는 각 병렬 스트림에 세그먼트 요청을 적절히 할당하여 네트워크 자원을 효과적으로 활용한다. 또한, 제안된 시스템을 신뢰 가능하게 만들기 위해 블록체인 네트워크를 활용한다. 실제 환경 배치를 위한 가능성을 입증하기 위해, 제안된 블록체인 보조 QoE 가속기는 moving picture experts group(MPEG) DASH 오픈소스 플레이어, Hyperledger Fabric 오픈소스 블록체인, Docker, Kubernetes를 사용하여 구현하였고 802.11 네트워크를 통해 면밀히 검증하였다. 실험 결과는 블록체인 보조 QoE 가속기가 정지 이벤트와 시간에 따른 비디오 품질과 같은 QoE 지표 측면에서 기존 접근법보다 우수함을 보여주었다.

블록체인 네트워크가 확장될수록 효율적이고 공정한 트랜잭션 처리를 보장하는 것은 점점 더 어려워진다. Hyperledger Fabric과 같은 기존 시스템은 거래 의도에 대한 완전한 이해가 결여된 중앙집중형 오더러(orderer)에 의존하여, 실패와 불공정한 실행을 초래할 수 있다. 본 연구는 Hyperledger Fabric에서 오더러를 대체하거나 이를 보완하는 트랜잭션 정렬(오더링) 시스템을 제안한다. 제안 시스템은 트랜잭션의 내부 의도를 분석하여 충돌을 최소화하고, 발생 가능성이 높은 실패에 대해 조기 피드백을 제공하며, 정렬 과정에서 사용자 공정성(user fairness)을 고려한다. 이러한 접근은 트랜잭션 실패율을 감소시키고 전략적 행동을 완화함으로써, 허가형(permissioned) 블록체인 환경에서 시스템 효율성과 사용자 경험 모두를 향상시킨다.

L2 (Layer-2) 블록체인은 기존 L1 (Layer-1) 블록체인의 낮은 확장성 문제를 해결하는 스케일링 솔루션이다. L2 블록체인은 우선적으로 다수의 트랜잭션들을 배치 처리하고, 처리된 트랜잭션들의 요약된 결과만을 L1블록체인에 기록하는 분리된 과정을 통하여 L1 블록체인의 낮은 확장성 문제를 해결한다. 그러나 향상된 TPS (transactions per second)에도 불구하고 여전히 길게 유지되는 TTF(Time-to-Finality) 시간이 블록체인을 사용하는 사용자의 경험을 저해하는 요인으로 남아있다. 이는 트랜잭션의 처리과정을 제외한 L2 블록체인의 트랜잭션 검증 및 합의 과정이 L1 블록체인에 의존적이기 때문이다. 따라서 L2 블록체인에서의 트랜잭션 처리 정보만을 가지고 거래 확정을 시도한다면 L1 블록체인에서 거래 확정이 되지 않아 거래가 롤백 (Rollback)되어야 하는 문제가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 빠른 거래 확정을 요구하는 웹 서비스에 적합한 블록체인 플랫폼을 제안한다. 실험 결과를 통해 제안하는 블록체인이 높은 TPS는 물론 낮은 TTF를 보이는 것을 검증하였다.

본 논문에서는 WebGPU를 활용하는 작업 증명(Proof of Work, PoW) 채굴 시스템을 제안한다. 현재 PoW 블록체인의 노드로 참여하기 위해서는 최신 ASIC 또는 GPU가 필요하며, 상당한 저장 공간도 요구되고, 고수준의 에너지를 지속적으로 소비하게 된다. 그 결과 거래는 점차 거래소 서비스나 제3자 제공업체에 의해 처리되는 경향이 커지고, 채굴은 마이닝 풀에 집중되어 탈중앙화가 저하된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 보상이 독점되는 전통적인 경쟁적 채굴 모델에서 벗어나는 새로운 합의 메커니즘을 도입한다. 대신 사용자는 WebGPU API를 사용하여, 자신이 제출하는 거래에 대해 웹 브라우저를 통해 직접 채굴에 참여하며, 그 과정에서 얻는 보상이 자신의 거래 비용을 상쇄한다. 이 접근은 ASIC 또는 최신 GPU의 필요성을 줄이고, 합의 과정에서의 에너지 소비를 감소시키는 것을 목표로 한다. 본 시스템을 제안함에 있어, 비트코인의 전체 구조를 기반으로 Web Graphics Shader Language(WGSL) 위에서 SHA256d 기반 연합( federated ) 채굴을 구현하였다. 또한 난이도 재조정(difficulty retargeting) 메커니즘과 보상 분배 모델을 본 새로운 접근 방식에 부합하도록 수정하였다.