리더 기반 합의의 타이밍 게임을 막는 이중 블록 제안 메커니즘

초록

본 논문은 블록체인 리더 기반 합의에서 발생하는 ‘타이밍 게임’ 문제를 해결하기 위해 두 명의 제안자를 동시에 선정하고, 빠른 전파에 따라 보상을 공유하는 2‑Prop 메커니즘을 제안한다. 동질 네트워크 환경에서는 지연 없이 블록을 제안하는 것이 내시 균형이며, 이질 환경에서도 빠른 제안자는 상대가 매우 느릴 때만 지연을 선택한다는 분석을 통해 2‑Prop이 타이밍 게임을 효과적으로 억제함을 보인다.

상세 분석

이 논문은 블록체인 프로토콜에서 리더(블록 제안자)가 사전에 알려지는 구조를 이용해, 네트워크 전파 지연을 악용해 블록 제안을 의도적으로 늦추는 ‘타이밍 게임’ 현상을 문제화한다. 기존 프로토콜은 단일 제안자에게 τ₁(예: 이더리움에서는 4초) 내에 블록을 전파하도록 요구하지만, 저지연 네트워크를 보유한 제안자는 0<δ<τ₁ 만큼 지연함으로써 추가 거래 수수료와 MEV를 획득한다. 이는 다음 슬롯의 제안자가 받을 수 있는 보상을 빼앗아 중앙집중화를 촉진하고, 전체 블록 생산 효율성을 저하시킨다.

논문은 이를 해결하기 위해 ‘2‑Prop’이라는 이중 제안자 메커니즘을 설계한다. 매 슬롯마다 두 명의 제안자를 무작위로 선택하고, 각각 블록을 제안하도록 한다. attestor들은 τ₁ 이내에 도착한 블록에 대해 서명하고, K명 이상의 서명을 모은 블록만이 확정된다. 두 블록이 모두 K 서명을 받으면 무작위 선택으로 최종 블록을 결정하고, 보상은 전파 속도에 비례해 공유한다. 이 설계는 (i) 어느 블록이 먼저 도착했는가에 따라 attestor들의 선택을 유도하고, (ii) 늦게 전파된 블록은 보상이 감소하므로 제안자가 지연을 선택할 유인을 감소시킨다.

게임 이론적 분석에서는 두 제안자를 플레이어로 하는 ‘Latency Game’을 정의하고, 각 플레이어의 전략을 지연 시간 δ∈