멀티 에이전트 거대 언어 모델 (Multi-Agent LLM) 시스템에서의 동시성 이상 현상 검증 및 방지

멀티 에이전트 LLM 시스템은 메모리 저장소, 벡터 인덱스(vector indices), 도구 레지스트리(tool registries)를 통해 상태를 공유합니다. 우리는 이러한 공유를 결정론적 생성 의미론(deterministic-generation semantics) 하에서의 장기 실행 읽기-생성-쓰기(read-generate-write) 작업으로 모델링합니다. 이는 내구 실행 엔진(durable-execution engines)이 결정론적 재생(deterministic replay)을 통해 강제하는 체제입니다. 또한 TLA+를 사용하여 stale-generation, phantom-tool, causal-cascade, tool-effect reordering이라는 네 가지 동시성 이상 현상(concurrency anomalies)을 공식화하였으며, 이는 고전적인 격리 이상(isolation anomalies)의 구조적 유사체로 각각 TLC 반례를 가집니다. 이러한 이상 현상들에 대한 배제 격자(exclusion lattice)는 자명합니다. 본 연구의 기여는 그 안에서 하나의 최대 체인 $L_0 extstyle ext{ extsubscript{$ ext{ extless}$}} extstyle ext{ extsubscript{$ ext{ extless}$}} extstyle ext{ extsubscript{$ ext{ extless}$}} extstyle ext{ extsubscript{$ ext{ extless}$}}$} L_4$에 대한 기계적으로 검증된 실현 가능성(realizability)과 엄격한 분리이며, 이는 우리가 아는 한 이러한 런타임(runtimes)을 위한 최초의 기계 검증된 일관성 계층(consistency hierarchy)입니다. 274개의 Verus 의무 사항(assume 0개, admit 0개; 신뢰 기반: 두 개의 구조적 공리 및 mutex 대응 관계)을 개발하여, 탐지기(detectors)가 명세(specifications) 및 각 런타임의 회피 집합(avoidance set)에 대해 건전성(sound)과 완전성(complete)을 가짐을 증명합니다. 세 가지 배포된 Rust 런타임은 L0-L1(비관적 잠금(pessimistic locking), 직렬화 가능한 스냅샷 격리(serializable snapshot isolation), 기본 SI(default-SI))을 실현하며, 각각 stale-generation에 대해 검증되고 해당 상태 머신으로 정교화(refined)되었습니다. L2-L4는 의존성 없는 방지 쌍(dependency-free prevention twins)을 통해 실행 모드 검증(exec-mode-verified)되었으며(A3, A6, A2: 0/1000 대 1000/1000), L2는 세 가지 모델 제품군에 걸쳐 라이브로 실행되었습니다(A3는 회수된 120개 세션 모두에서 방지됨). 우리는 ByteDance의 deer-flow에서 발생하는 조용한 유실된 업데이트(lost update)를 재현하고, 그 수정 사항을 검증된 $L_0 o L_1$ 정교화로 공식화하였으며, 수정되지 않은 출력에서 LangGraph의 ToolNode에 나타나는 tool-effect reordering을 보여주었습니다. 이는 L3 커밋 순서 시퀀서(commit-order sequencer)에 의해 제거되었습니다. 검증된 탐지기, 정교화 및 실현 가능성 산출물(artifacts)이 본 연구의 기여이며, 현상과 격자는 고전적인 것입니다.