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2018년 22번재 주 - P2P Network

이 포스팅은 그냥 지난 한 주간 읽었던 것들을 정리하는 포스트입니다. 그냥 예전에 봤던 글 중 나중에 필요한데 뭐였는지 기억 안 나는 글들이 있어서 쓰기 시작했습니다.
보통 하는 일과 관련된 글들이 올라오겠지만 딱히 정해둔 주제는 없고, 그때그때 관심 있었던 것을 읽었기 때문에 지난주에 쓰인 글일 수도 있고 몇 년 전에 쓰인 글일 수도 있습니다.지난주에 이어 이번 주는 P2P를 주제로 발표했다. 이번에도 발표자료를 만들면서 참고한 자료를 공유하도록 하겠다.Chord: a scalable peer-to-peer lookup protocol for internet applicationsTapestry: A Resilient Global-scale Overlay for Service DeploymentPastry: Scalable, decentralized object location and routing for large-scale peer-to-peer systemsA Scalable Content-Addressable NetworkP2P 네트워크 중에서도 네트워크 토폴로지가 특정한 규칙에 의해서 구성되는 네트워크를 structured 네트워크라고 말한다. Structured network는 unstructured network에 비해 특정 노드에 부하가 걸리거나 의존하는 것을 방지하면서 잘 분산된 네트워크를 구성할 수 있다. 위의 4 논문은 각기 Chord, Tapestry, Pastry, Content Addressable Network(a.k.a. CAN)라는 대표적인 structured 네트워크 오버레이를 제시하는 논문이다.Kademlia: A Peer-to-Peer Information System Based on the XOR MetricKademlia는 위의 네 논문을 개선하는 네트워크 오버레이를 제시한다. BitTorrent, eDonkey, 이더리움 등 많은 P2P 시스템이 kademlia 방식을 이용한다. 실질적으로 P2P 네트워크에서 가장 …

2018년 21번째 주 - Consensus algorithm

이 포스팅은 그냥 지난 한 주간 읽었던 것들을 정리하는 포스트입니다. 그냥 예전에 봤던 글 중 나중에 필요한데 뭐였는지 기억 안 나는 글들이 있어서 쓰기 시작했습니다.
 보통 하는 일과 관련된 글들이 올라오겠지만 딱히 정해둔 주제는 없고, 그때그때 관심 있었던 것을 읽었기 때문에 지난주에 쓰인 글일 수도 있고 몇 년 전에 쓰인 글일 수도 있습니다.회사에서 이런 거 하느라 바빠서 한동안 다른 글은 읽을 시간이 없네요. 발표는 몇 주 동안 계속할 거라서 당분간은 발표자료 만들면서 참고했던 자료들을 공유할 것 같습니다.Impossibility of distributed consensus with one faulty process분산 환경에서 합의 알고리즘을 말할 때 빼놓을 수 없는 논문이다. 합의 알고리즘에 필요한 기본적인 속성은 크게 safety와 liveness가 있다. Safety는 잘못된 합의가 이루어지지 않는다는 것이고, liveness는 언젠가는 합의가 반드시 이루어진다는 것이다. 위 논문은 비동기 네트워크에서 하나의 fail-stop failure 노드만 있어도 이 합의가 이루어질 수 없다는 것을 보였다. 이를 FLP impossibility라고 부른다.Consensus in the presence of partial synchrony첫 번째 논문이 비동기 네트워크에서 safety와 liveness를 보장하는 합의 알고리즘이 불가능하다는 FLP impossibility를 보였다. 그래서 이 논문은 partial synchronous model을 만들어 특정한 가정 아래서 safety와 liveness를 같이 보장하는 합의 알고리즘을 만들 수 있게 해줬다. Partial synchronous model은 메시지가 언젠가는 도착하는 것을 보장하지만 그 도착하는 시간이 언제인지 알 수 없는 모델이다.The Byzantine generals problemByzantine failure라는 용어의 어원이 된 논문이다. 이 논문 이전 논문은 기껏해야 메시지가 드…

Safety & Liveness - FLP impossibility으로 보는 블록체인

블록체인이 유행하면서 블록체인의 수만큼 다양한 합의 알고리즘이 나오고 있다. 이는 어째서일까? 애초에 왜 다양한 블록체인이 나오고 있는 것일까? 이는 근본적으로 합의 알고리즘이 무엇을 할 수 있고 무엇을 할 수 없는가에서 기인한다. 좋은 합의 알고리즘은 무엇을 보장해야 할까?FLP impossibility우선 아무 문제 없는 두 노드가 서로 다른 값으로 합의하면 안 된다. 다른 값을 합의했다는 것은 블록체인 관점에서 보면 같은 높이에 서로 다른 블록이 생성됐다는 것이다. 이런 특성을 분산 시스템에서는 consensus의 safety라고 말한다.또한, 합의가 언젠가는 이루어져야 한다. 분산 시스템에서 합의는 노드 간의 메시지를 주고받으며 각 노드의 상태를 변경시키며 이루어진다. 이때 문제없는 노드들은 무한 루프에 빠지지 않고 반드시 상태 변경이 종료돼야 한다. 모든 노드가 문제없이 합의를 할 수 있으면 이 시스템은 liveness가 보장된다고 말한다.쉽게 풀어 말하면 safety는 "문제없는 노드 사이에서는 잘못된 합의가 이루어지지 않는다"라는 것이고, liveness는 "문제없는 노드들은 반드시 합의를 한다"라는 것이다. 문제는 byzantine failure가 아닌 fail-stop failure가 하나만 있어도 safety와 liveness를 둘 다 만족하는 합의 알고리즘이 존재할 수 없다. 이를 FLP impossibility 혹은 FLP theorem이라고 한다. 따라서 합의 알고리즘을 선택한다는 것은 사실상 safety와 liveness 중 무엇을 선택하고 무엇을 버릴까 하는 문제이다.Liveness over Safety비트코인이 사용하는 합의 알고리즘은 사토시 나카모토가 처음 제안하였기 때문에 nakamoto consensus라고도 불린다. Nakamoto consensus는 언제나 더 어려운 문제를 푼 체인이 있으면 그 체인을 유효한 체인으로 판단한다. 즉, 지금 있는 체인보다 더 긴 체인을 만들 해시 파워만 …

2 phase commit

Two Phase Commit(a.k.a. 2PC)은 distributed system에서 atomic commit을 보장하는 프로토콜이다. 2PC는 나름 많은 에러 상황을 버티고, 괜찮은 성능을 보이기 때문에 많이 사용된다.2PC에서 노드는 한 개의 coordinator와 여러 개의 cohort로 나누어진다. Coordinator는 commit 할 transaction을 만드는 노드고, cohort들은 coordinator가 보낸 transaction을 commit 하거나 revert 한다. 2PC는 이때 fail 하지 않은 모든 cohort가 같은 상태를 유지하도록 하는 것이다. 즉, fail 하지 않은 모든 노드는 다 같이 commit 하거나 revert 한다.이때 coordinator를 어떻게 선정할지는 2PC의 영역이 아니다. 고정된 coordinator를 계속 사용할 수도 있고, 차례대로 돌아가면서 coordinator가 될 수도 있고, 별도의 leader election을 사용하여 coordinator를 선정할 수도 있다. 2PC는 어떻게든 coordinator가 선정된 뒤의 일이다.2PC는 이름 그대로 2가지 phase로 나누어져 있다. 첫 번째 phase는 voting phase라고 부르고, 두 번째 phase는 commit phase라고 불린다. 각 phase의 시작은 coordinator가 보내는 메시지로 시작한다.Voting phase에서 coordinator는 commit 하고 싶은 transaction을 commit 할지 말지 투표하는 요청을 cohort에게 보낸다. VOTE 메시지를 받은 cohort들은 이 transaction을 바로 commit 하지 않는다. 해당 transaction을 커밋할 수 있으면 YES 메시지를, 없으면 NO 메시지를 coordinator에게 보낸다.Voting phase에서 coordinator가 quorum 이상의 YES 메시지나 NO 메시지를 모으면 commit phase를 시작한다. 이때 일부 c…

Byzantine Fault Tolerance 시스템에서 N = 3f + 1인 이유

분산환경 시스템에서는 다른 노드가 보낸 메시지가 정상적이라고 보장할 수 없다. 이때 잘못된 노드가 모두에게 틀린 메시지를 보낸다면 문제가 쉽게 풀린다. 틀린 메시지를 보내는 노드를 차단하면 된다.하지만 일부 노드에게는 잘못된 메시지를 보내고, 일부 노드에게는 제대로 된 메시지를 보내는 경우는 문제 상황을 찾기 힘들다. 분산 시스템에서 각 노드는 다른 노드의 상태를 모르기 때문이다. 이런 식으로 일부 노드에게만 틀린 메시지를 보내는 노드를 가정하는 모델을 byzantine failure model이라고 부른다.Byzantine failure model은 네트워크에서 가장 풀기 어려운 모델임과 동시에 실제 네트워크에서 반드시 해결해야 하는 문제다. 특히 다른 노드를 신뢰할 수 없는 p2p에서는 반드시 Byzantine failure model을 가정하고 예외 상황을 처리해야 한다.그렇다고 인증된 노드만으로 구성된 분산 시스템이라고 byzantine failure model을 가정하지 않아도 된다는 것은 아니다. 노드 자체는 신뢰할 수 있는 사람이 관리하더라도 해킹당했을 수도 있고, 버그로 잘못된 메시지를 보낼 수도 있고, 하드웨어에 문제가 발생할 수도 있다.Byzantine failure model에서도 정상적으로 돌아가는 시스템을 byzantine fault tolerance (a.k.a. BFT)라고 말한다. 당연히 BFT라고 해도 무한히 많은 faulty 노드에 대해서 동작하지는 않는다. 그래서 보통 어떤 시스템이 BFT라고 말할 때 전체 노드 중 몇 개의 노드에 문제가 있을 때까지 동작하는지를 같이 말한다. 예를 들어 N = 5f라고 말하면, 전체 노드 중 1/5가 byzantine failure일 때 정상 동작하는 시스템이고 N = 3f + 1이라고 말하면, 전체 노드 중 1/3이 byzantine failure일 때까지는 문제없이 돌아가는 시스템을 말한다.같은 BFT라고 한다면, 감당할 수 있는 faulty 노드의 비율이 더 큰 시스템이 더 안전한 시…

2018년 15번째 주

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이 포스팅은 그냥 지난 한 주간 읽었던 것들을 정리하는 포스트입니다. 그냥 예전에 봤던 글 중 나중에 필요한데 뭐였는지 기억 안 나는 글들이 있어서 쓰기 시작했습니다.보통 하는 일과 관련된 글들이 올라오겠지만 딱히 정해둔 주제는 없고, 그때그때 관심 있었던 것을 읽었기 때문에 지난주에 쓰인 글일 수도 있고 몇 년 전에 쓰인 글일 수도 있습니다. 실제로 git을 사용하면서 단순히 커맨드를 외워서 사용하는 사람들을 많이 봤다. 보통 그 이유로 크게 두 가지를 든다. 첫 번째로 git의 mental model이 복잡하다는 것이다. git에서 변경된 내용은 크게 다음 상태 중 하나가 된다.리모트에 존재하는 상태로컬 브랜치에 있는 상태브랜치에 머지되지 않았지만 add 돼 있는 상태변경은 있지만 add 되지는 않은 상태stash에 들어있는 상태예전에 커밋했었지만 지금은 브랜치로 따라갈 수 없는 상태이 중에서 내가 수정했던 내용이 어떤 상태인지 모르는 것이 헷갈리게 하는 첫 번째 이유다.
하지만 반대로 왜 이렇게 많은 상태를 가지게 됐을지 생각해보면 git을 사용하는 데 도움이 된다. 이것들은 전부 그냥 추가된 것이 아니다. 애초에 git을 처음 만든 사람은 Linus Torvalds다. 그의 성격상 쓸모없는 것은 추가되지 않았다. 전부 제각각의 목적을 가지고 있다. 이 목적을 이해하는 것이 중요한데 아쉽게도 글로 잘 설명할 자신이 없다. 사실 이걸 이해하는 가장 빠르고 확실한 방법은 svn을 써보는 것이다. 쓰다 보면 불편한 부분들이 자주 생기는데, git에서는 위에서 말한 것들을 이용해 이를 쉽고 빠르게 해결할 수 있다.사람들이 git을 어려워하는 두 번째 이유는 명령어가 복잡하다는 것이다. 이건 어쩔 수 없다. 사실 git의 명령어는 규칙성 없이 만들어졌다. 그래서 외우는 수밖에 없다. 하지만 어떤 상황에서 어떤 명령어를 써야 한다는 식으로 외우면 끝이 없다. 그보다는 각 명령어가 어떤 상태와 연관이 있는지를 보는 것이 좋다. git 명령어는 대부분 변화된 내용을 위…

2018년 14번째 주

이 포스팅은 그냥 지난 한 주간 읽었던 것들을 정리하는 포스트입니다. 그냥 예전에 봤던 글 중 나중에 필요한데 뭐였는지 기억 안 나는 글들이 있어서 쓰기 시작했습니다.
 보통 하는 일과 관련된 글들이 올라오겠지만 딱히 정해둔 주제는 없고, 그때그때 관심 있었던 것을 읽었기 때문에 지난주에 쓰인 글일 수도 있고 몇 년 전에 쓰인 글일 수도 있습니다.Why you should pick strong consistency, whenever possible지난번 글에서 CP와 AP 중에서 CP를 AP보다 더 선호해야 한다고 썼었다. 이렇게 생각한 사람이 나만 있는 건 아닌 것 같다. 구글 클라우드 플랫폼 팀에서 발표한 Spanner라는 데이터베이스는 external consistency를 보장한다. 이 포스트는 Spanner가 external consistency를 사용한 이유에 관한 글인데 제목은 strong consistency라고 나와 있지만, 이는 strong consistency가 더 일반적으로 사용되는 용어이기 때문에 제목을 이렇게 쓴 것이지 Spanner는 언제나 최신 데이터를 읽을 것을 보장하는 external consistency를 보장한다.MantisTek GK2's Keylogger Is A Warning Against Cheap Gadgets중국 키보드에서 키로거가 검출됐다고 한다. 개인적으로 전자제품 살 때 알리익스프레스를 많이 사용한다. 같은 사양의 제품을 10분의 1도 안 되는 가격으로 살 수 있기 때문이다. 그때마다 친구들과 이거 전부 해킹당하고 있는거 아닌가라는 농담 하면서 구매하고 몇일은 외부로 나가는 네트워크를 감시하고 그랬는데 실제로 키로거 하는 제품이 있었다.There's a biological reason you're bored at work회사 생활에 질리고 권태감이 드는 게 생물학적으로 당연하다고 한다. 사람의 뇌는 언제나 새로운 것을 추구하도록 진화됐다고 한다. 이는 사람뿐만 아니라 동물들에게도 마찬가…

[보안] Alice와 Bob

네트워크 프로토콜을 설명하는 글을 읽으면 AliceBob,Carol, Eve, Mallory 등 많은 이름이 등장한다. 보통 이 이름들은 일정한 규칙을 가지고 부여되기 때문에 각 이름이 무슨 의미를 가지는지 안다면 그 프로토콜이 무엇을 어떻게 풀려고 하는지 조금은 더 이해하기 쉬워진다. 이번 글에서는 많이 네트워크 프로토콜에서 많이 사용되는 이름들이 무슨 의미를 가지는지 간략하게 정리해보았다.네트워크 참여자 - Alice, Bob보통 AliceBob은 서로 통신하려는 사람을 의미한다. 이때 통신하는 메시지는 보통 암호화하여 통신하는 메시지를 의미하는데 비대칭 키를 사용할지, 대칭 키를 사용할지는 그때그때 다르다.다자 간 통신 참여자 - Carol, Dave, Erin, Frank, GrayCarolDaveAliceBob과 함께 통신에 참여하는 경우 사용된다. CarolDave 말고도 CharlieDavid 같은 이름을 사용하기도 하지만 보통 CarolDave를 많이 사용한다.5명 이상의 참여자가 필요한 프로토콜을 묘사할 때는, E, F, G로 시작하는 이름들을 사용한다. 보통 Erin, Frank, Gray 등의 이름이 사용되는데 어떤 이름을 사용할지는 딱히 정해져 있지 않다. 다른 용도로 사용되는 EveFaythe, Grace 등을 제외하고 아무 이름이나 사용된다.공격자 - Eve, Mallory, Oscar, TrudyEve는 보통 네트워크를 감시하여 패킷을 도청하는 공격자를 의미한다. 다만 Eve는 능동적으로 공격을 하지는 않고 AliceBob이 주고받는 대화를 도청하여 무슨 대화를 주고받는지 알아내는 공격자에게 붙이는 이름이다. 이름의 유래는 eavesdrop에서 나왔다.Trudy라는 이름은 Eve보다 조금 더 적극적인 공격자를 지칭할 때 사용된다. AliceBob 사이에 끼어들어 AliceBob의 메시지를 가로채 변조하여 보내거나 지우고 자신이 보내고 싶은 메시지를 보내는 공격자를 의미한다. 이름은 intr…

이더리움과 Eclipse attack

p2p 네트워크는 많은 취약점을 가지고 있는데 대표적인 것이 Eclipse attack이다. Eclipse attack은 네트워크 전체를 공격하는 것이 아니라 목표로 하는 노드의 Routing table을 공격하여 목표로 하는 노드와 전체 네트워크 사이에 악의적인 노드를 집어넣는 공격이다. Routing table을 공격하는 방법이기 때문에 routing-table poisoning이라고도 불린다.이더리움도 p2p 네트워크를 사용하여 메시지를 주고받기 때문에 eclipse attack이 가능하리라 생각은 했는데 지난 3월 1일 발표 된 페이퍼에 따르면 단 2개의 노드만으로 하나의 노드를 완전히 고립시키는 것이 가능하다고 한다. 이 페이퍼는 올해 1월 진행됐던 바운티 프로그램에서 나온 문제점들을 정리한 페이퍼로 크게 세 가지 공격방법으로 나눌 수 있다.우선 첫 번째 문제는 이해하기 위해 이더리움이 p2p 네트워크를 어떻게 관리하는지 이해해야 한다. 네트워크 그래프 구성에 가장 중요한 것은 다른 노드를 어떻게 찾을 것인가 하는 것이다. 이를 흔히 node discovery라고 하는데 이더리움은 node discovery를 위해 DHT(Distributed Hash Table) 프로토콜 중 하나인 Kademlia의 일부를 수정해서 사용한다.
Kademlia가 다른 DHT와 다른 가장 큰 특징은 노드 간의 거리를 XOR distance로 측정한다는 것이다. XOR distance의 거리는 symmetric 하므로 노드 아이디만 알고 있으면, 노드 A가 생각하는 노드 B까지의 거리나, 노드 B가 생각하는 노드 A까지의 거리나, 노드 C가 생각하는 노드 A와 노드 B 사이의 거리가 같다. 따라서 각 노드는 자신이 알고 있는 노드 중에서 자신과 가까운 노드들과만 통신하면 적은 연결 수로도 큰 네트워크를 구성할 수 있다는 장점이 있다. Kademlia 페이퍼에는 대략 노드의 개수를 N이라고 할 때 각 노드는 O(log(N))개의 연결만 유지하면 된다고 말한다.
이더리움이…

CAP theorem

CAP theorem은 분산 스토리지는 consistency(a.k.a. C), availability(a.k.a A), partition tolerance(a.k.a. P)를 동시에 만족시킬 수 없다는 것이다. 여기서 C, A, P는 각자 일반적으로 사용되는 용어와 다른 용어로 사용되기 때문에 CAP theorem을 이해하려면 각자가 정의하는 것을 이해하는 것이 중요하다.C는 모든 read operation이 최신 데이터를 받는 것을 보장하는 것이다. C를 보장하는 시스템은 만약 최신 데이터를 돌려줄 것을 보장하지 못한다면 에러를 돌려줘야 한다. 개인적으로 분산 스토리지를 구현할 때 C, A, P 중 가장 구현하기 어려운 특성은 C라고 생각한다.A는 모든 operation이 에러가 아닌 데이터를 돌려주는 것이다. 이때 돌려주는 값은 최신 값이 아니어도 상관없다. 심지어 eventual consistencyA를 보장하는 시스템에서는 실제로 존재할 수 없는 데이터 조합이 생길 수도 있다.P는 partition 상황에서도 시스템이 정상 동작해야 한다는 것이다. 여기서 시스템이 정상 동작한다는 것이 언제나 최신 데이터를 보장하거나 에러가 아닌 값을 준다는 것이 아니다. 그것은 CA가 보장하는 것이고 partition 상황에서도 partition이 아닌 상황과 같은 것을 보장하면 P를 보장한다고 할 수 있다.근데 여기서 partition은 정말 네트워크 레이어에 문제가 생겨 물리적으로 다른 망이 구성되는 상황을 말하는 것이 아니다. partition은 일부 메시지가 전달되지 않는 상황도 포함된다. 이는 분산환경에서 매우 흔히 발생하는 일이고 P를 포기한다는 것은 결국, 분산 환경을 포기한다는 말이 되기 때문에 분산 데이터 스토리지를 만들 때는 결국 CPAP 중 하나를 선택해야 한다.개인적으로 생각하기에 CPAP 중 구현하기 더 어려운 것은 CP라고 생각된다. 모든 노드가 언제나 같은 상태를 유지하게 하는 것은 생각보다 어렵고 비싸다. 게다가 CP는 근…

2018년 9번째 주

이 포스팅은 그냥 지난 한 주간 읽었던 것들을 정리하는 포스트입니다. 그냥 예전에 봤던 글 중 나중에 필요한데 뭐였는지 기억 안 나는 글들이 있어서 쓰기 시작했습니다.
 보통 하는 일과 관련된 글들이 올라오겠지만 딱히 정해둔 주제는 없고, 그때그때 관심 있었던 것을 읽었기 때문에 지난주에 쓰인 글일 수도 있고 몇 년 전에 쓰인 글일 수도 있습니다.Lifetime Safety: Preventing Leaks and DanglingHerb Sutter와 Neil MacIntosh가 쓴 C++에서 memory leakdangling pointer를 어떻게 없앨 수 있는지에 관한 글이다. 일반적으로 C++의 포인터는 매우 강력하기 때문에, memory leak이나 dangling pointer를 없애기 위해서 C++의 기능을 일부 제한하거나 새로운 문법을 추가하거나 한다. 하지만 이 글에서는 언어를 바꾸지 않으면서 런타임 오버헤드 없이 컴파일 타임에 분석할 수 있는 알고리즘을 제시한다.
 특히 이 알고리즘은 프로그램 전체를 분석하는 것이 아니라 함수 단위, 정확히는 블록 단위로 적용할 수 있고, 변수 재사용 등 많은 스타일 가이드에서 권하지 않지만 실제로는 많이 사용되는 패턴들에 대해서도 고려돼있기 때문에 레거시 코드에 적용하기도 좋다.
 기계적인 작업이기 때문에 툴을 만드는 것이 가장 좋을 것이다. 하지만 툴을 만들 여유가 없더라도 포인터나 레퍼런스를 어떻게 써야 안전한지 보여주는 좋은 글이기 때문에 일단 읽어보는 것을 추천한다.GitHub DDoS 공격당함 지난 2018년 2월 28일, GitHubDistributed Denial-of-Service(a.k.a. DDoS) 공격을 당해 약 10분 정도 서비스가 멈췄었다. 이 공격은 memcached를 이용한 공격으로 중국의 0kee team이 찾은 Deluge라는 기법을 이용한 공격이었다.
 Deluge는 다른 서버에 설치된 memcached에 데이터를 요청할 때 source IP를 목표가 되는 서버의 …

Diffie-Hellman Key Exchange - 공개된 정보만으로 secret key 만들기

네트워크상의 두 노드가 암호화된 통신을 하기 위해선 먼저 두 노드가 어떤 암호화 방식으로 어떤 키를 이용해서 암호화할지 합의해야 한다. 보통 암호화 방식은 사용하는 애플리케이션에 따라 고정된 방식을 사용하거나 두 노드가 처음 통신을 시작할 때 암호화하지 않은 패킷을 이용해 합의하거나 한다. 이후 패킷은 양쪽 노드밖에 모르는 암호키를 이용해 암호화할 것이기 때문에 암호화 방식은 암호화되지 않은 방식으로 합의를 해도 안전하다. 하지만 어떤 키를 사용할지는 암호화되지 않은 방식으로 합의해선 안 된다. 키가 공개되면, 이 비밀키를 이용해서 제삼자가 패킷을 위조할 수 있기 때문이다. 그렇다면 이 비밀키는 어떻게 안전하게 교환할 수 있을까?
 이에 대한 해답으로 나온 것 중 하나가 Diffie-Hellman key exchange(a.k.a. DH)다. 사실 이외에도 다른 방법들이 많이 있지만, 개인적으로 생각하기에 가장 범용적으로 안전하게 사용할 수 있는 것은 DH라고 생각한다. 또한, 이후 이것에 대해 많은 변종이 나왔지만, DH만 이해하면 나머지는 이해하는 데 별문제 되지 않는다. 그렇다면 DH는 어떻게 동작할까? 우선 DH가 성립하기 위해서는 특별한 수학적 성질을 만족하는 generator가 필요하다. 이 generator는 하나의 입력을 받아 하나의 출력을 내뱉는다. 이 generator가 g라고 하고, 입력 x에 대해서 출력 Y를 내뱉는 Y=g(x)가 있을 때, x로부터 Y를 가지고 오는 것은 빠르고 쉽게 계산할 수 있지만, Y로부터 x를 가지고 오는 것은 어려운 일이어야 한다. 즉, 수학적으로는 역함수가 없는 함수여야 하고, 결괏값의 스페이스가 매우 커서 brute-force로 찾는 것이 매우 힘들어야 한다. 사실 이외에도 만족해야 할 수학적 성질이 여러 개 있지만 이번 포스팅에서는 그에 대한 설명은 생략하고 넘어가겠다. DH가 처음으로 제시한 방법은 generator로 modular exponentiation을 사용했다. modular expone…

Raft - leader election

Raft에서는 모든 결정을 leader가 한다. 클라이언트의 모든 요청은 리더를 통해서만 가능하고, 새로운 로그를 추가하는 것도 새로운 노드가 추가되거나 기존의 노드를 지우는 것도 리더를 통해서 결정된다. leader의 명령을 따르는 노드들은 follower라고 하는데 follower들은 leader의 명령을 그대로 따른다. Follower는 leader가 보낸 명령에 따라 자신의 상태를 변경하고, 새로운 클라이언트가 접속하면, 클라이언트에게 어떤 노드가 리더인지 알려준다. Raft에서는 의도적으로 follower가 할 수 있는 일이 별로 없도록 만들었고 덕분에 프로토콜을 단순하게 만들 수 있었다. Leader인 노드는 일정 주기로 follower들에 heartbeat을 보낸다. follower들은 leader의 heartbeat을 듣고 있다가 일정 시간 동안 heartbeat을 듣지 못하면 leader가 죽었다고 생각하고 자신을 후보로 추천하며 다른 노드들에 자신을 leader로 뽑아달라고 RequestVote 요청을 보낸다. 이렇게 자신을 RequestVote 요청을 받은 노드를 candidate이라고 부른다. RequestVote를 받은 노드는 현재 자신의 상태를 보고 candidate이 더 최신 상태라면 새 leader를 지지하는 응답을 보내고, 그렇지 않으면 거절하는 응답을 보낸다. 반 이상의 노드가 자신을 지지한다고 응답하면 이 candidate은 leader가 된다. RequestVote를 보내고 일정 시간 동안 leader가 되지 못한 candidate은 다시 한번 모든 노드에게 RequestVote를 보낸다. 이때 얼마 만에 다시 RequestVote를 보낼지는 특정 범위 내에서 랜덤하게 결정된다. 랜덤한 timeout을 사용한다는 것은 Raft를 효율적으로 동작하게 하는데 매우 중요하다. 만약 고정된 시간을 사용한다면 모든 후보가 자기 자신에게 투표하라고 주장하며 선거가 끝나지 않을 수 있다. Candidate이 더 최신인지 아닌지는 te…

Raft - 이해하기 쉬운 consensus algorithm

분산 시스템을 구축할 때, 모든 노드가 독립적으로 돌아가는 시스템을 설계한 것이 아니라면, 공유된 상태를 합의하기 위한 모종의 방법이 필요하다. 이런 식으로 분산 환경에서 상태를 공유하는 알고리즘을 consensus algorithm이라고 한다.
 consensus algorithm 중에서 가장 유명한 알고리즘은 Paxos다. 하지만 Paxos는 구현은커녕 이해하는 것 자체가 어렵기 때문에, Paxos를 구현한 라이브러리가 거의 없었고, 일부 분산 시스템들이 내부적으로 사용하는 정도였다.
 그래서 분산 시스템을 구축할 때 현실적으로 사용할 수 있는 방법은 Zab algorithm을 사용하는 Zookeeper를 이용하는 것이었다. Zookeeper는 매우 훌륭하다. 사실 지금까지도 분산 환경에서 consensus를 위해 사용할 수 있는 검증 된 거의 유일한 라이브러리라고 말할 수도 있을 정도다. 하지만 Zookeeper는 메시지의 순서가 보장돼야 하기 때문에 반드시 TCP를 사용해야만 한다. 또한, Zab algorithm이 Zookeeper의 구현과 긴밀하게 엮여 있기 때문에 다른 구현을 만들기 힘들어 반드시 JVM을 띄워야 하는 문제가 있다.Raft는 구현체를 만들기 어렵다는 기존 consensus algorithm의 문제를 해결하기 위해 이해하기 쉬운 것을 최우선으로 설계된 consensus algorithm이다.
 Raft에서는 노드 간 공유될 state를 append-only state machine으로 본다. 따라서 노드 간에 상태가 합의됐다는 것은 이 state machine을 변경시키는 append command가 같은 순서로 적용됐다는 것을 의미한다. append command를 추가하는 것을 로그를 추가한다고 하고, 모든 노드가 같은 state를 가지게 하는 것을 log replication이라고 한다. 이때 어떤 append command를 추가할 것인지를 모든 노드가 일치한 정보를 가지는 것이 중요한데, Raft는 리더를 선출하여 모든 …

Balanced graph와 unbalanced graph

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사람과 사람 사이의 관계를 그래프로 나타내보자. 그렇다면 사람은 node로 표현될 것이고, 두 사람이 서로를 알고 있다면 두 node 사이의 edge를 그릴 수 있다. 실제로는 내가 모르는 사람이 나를 알고 있을 수도 있고, 내가 아는 사람이 나를 모를 수도 있지만, 그런 복잡한 경우는 생각하지 않고 서로 간에 알고 있는 경우만을 고려하도록 하자.1)
 이때 두 사람은 친구이거나 적일 것이다. 현실적으로는 그냥 아는 사람이고 적인지 친구인지 별생각 없을 수도 있거나, 내가 친구라고 생각하는 사람이 나를 적으로 생각할 수 있지만, 이런 경우 문제가 복잡해지니 생각하지 않도록 하자.
 그러면 친구인 사람 사이의 edge에는 +사인을, 적인 사람 사이의 관계에는 -사인을 추가하여 signed undirected graph2)로 표현할 수 있다.  사람 사이의 관계를 signed graph로 표현한다면, 이는 아래의 4가지 모습 중 하나일 것이다.
 만약 친구일 확률과 적일 확률이 똑같이 1/2로 랜덤하게 그래프를 생성하였다면, 모두가 친구로 생각하거나 모두가 적으로 생각할 확률은 각각 1/8이고, 한 명은 다른 두 명을 적이라고 생각하는데 두 사람은 서로 친구라고 생각하거나, 친구로 생각하는 두 사람이 서로 적일 확률은 각각 3/8으로 나타날 것이다.
 하지만 실제 인간관계를 그래프로 그렸을 때는 첫 번째나 세 번째 삼각형이 나올 확률은 기대했던 것보다 높게 나오고, 두 번째나 네 번째 삼각형이 나올 확률은 기대했던 것보다 낮게 나온다. 이 두 삼각형은 다른 삼각형으로 쉽게 변하기 때문이다.

 내가 친구라고 생각하는 두 사람이 서로를 적으로 생각하는 경우를 보자. 이 경우 나에게 압박이 가해져서 한쪽 관계를 끊거나, 적으로 돌아서기 쉽다. 3명이 서로를 모두 적으로 생각하는 경우도 쉽게 변한다. 이런 경우 공동의 적을 상대하기 위해 적이었던 두 사람이 손을 잡기 쉽다.
 이렇게 변하기 쉬운 삼각형을 unbalanced triangle이라고 부르고, 이런 삼각형이 …

OSI 모델은 무엇인가

OSI 모델은 추상화를 위해 프로토콜을 여러 계층의 layer로 나누고, 각 layer에서 자신이 책임진 일만 하도록 설계한 네트워크 모델이다. 각 layer는 완전히 독립되어 있으며, 각 layer에서 수행해야 하는 일만 제대로 된다면 그 구현은 다른 구현으로 대체 될 수 있도록 설계되어야 한다.OSI 7 layer  OSI layer는 보통 7계층으로 나누어지기 때문에 OSI 7 layer라고 불리기도 한다. 각 layer의 이름은 가장 아래부터 physical layer, data link layer, network layer, transport layer, session layer, presentation layer, application layer다. 이를 다시 크게 둘로 나누어서 network layer까지의 아래 3개 layer는 media layer라고 하고, transport layer부터 위의 4개 layer를 host layer라고 한다. media layer는 네트워크상에서 원하는 머신을 찾아 데이터를 보내는 역할을 하고, host layer는 전송된 데이터를 안전하게 사용하는 방법에 대한 역할을 한다. 그러면 이제부터 각 layer에 대해 자세한 설명을 할 것인데 명심해야 할 것은 어떤 네트워크 프로토콜을 만들 때 OSI 모델을 지키는 것이 필수적인 것은 아니라는 것이다. 실제로 많이 사용되는 네트워크 프로토콜 중에서도 완벽하게 OSI의 원칙에 따라 설계된 프로토콜도 거의 없고, 7개 계층을 전부 구현하여 사용하는 것도 본 적이 없다. 그냥 네트워크 프로토콜은 이러한 역할이 필요하고, 그것은 이러한 순서로 지켜지는 게 안전하다는 가이드 정도로 생각하는 것이 좋다.physical layer  우선 가장 아래 계층은 physical layer다. physical layer에서는 전달 매체를 통해 전달된 신호를 어떻게 0과 1로 바꾸는지를 담당한다. 데이터의 전달 매체에 따라서 0과 1이 반드시 bit일 필요도 없고, 사실 전기 신호일 …