[Blockchain] 블록체인 트릴레마 해결 방법?

블록체인에서 가장 유명한 네트워크는 비트코인과 이더리움입니다. 하지만 사용자들이 증가함에 따라 한계점을 명확하게 보여주고 있습니다. 바로 확장성의 문제입니다. 사용자는 늘어나는데, 네트워크가 처리할 수 있는 성능은 제한적이라 네트워크 사용은 점점 비싸지게 됩니다. 

블록체인 트릴레마는 확장성, 보안성, 탈중앙성 3가지 모두를 갖추기는 힘든 상황을 의미합니다. 대부분의 블록체인은 3가지 중 2가지 속성을 충족합니다. 비트코인과 이더리움은 보안성과 탈중앙화를 가진 대신 확장성을 희생한 사례입니다. 블록체인이 다양한 산업군에서 사용되기 위해서는 트릴레마 문제를 해결해야 합니다. 이에 대해 해결책으로 제시되는 방법이 레이어1(Layer-1), 레이어2(Layer-2) 입니다.

 

 

예를 들어 기존 도로(네트워크) 위에 통행량이 늘어나게 되면 도로를 사용하는 비용이 증가합니다. 교통량을 늘리기 위한 방법은 크게 2가지가 있습니다. 우선 도로 자체를 뜯어고치는 것입니다. 기존 4차선의 도로를 8차선으로 늘리면 통행량을 늘릴 수 있습니다. 두번째 방법은 추가 도로를 만들어 기존도로에 연결하거나 새로운 교통수단을 도입하는 방법이 있습니다. 

레이어1 솔루션은 기존 블록체인 네트워크를 개선하는 작업입니다. 레이어2 솔루션은 레이어1 네트워크에서 새로운 방법을 만들어 연결하는 방법입니다. 

 

 

블록체인 트릴레마 레이어 1 솔루션

 

레이어1 솔루션은 기존 블록체인 메커니즘을 직접적으로 개선하는 방법입니다. 블록체인 메인넷을 개발하는 코어팀에서 개선할 수 있으며, 참여자들의 합의과정이 필요합니다. 대표적으로 이더리움은 PoW에서 PoS 방식으로 합의 알고리즘을 개선하고 있는데, 이게 레이어1 솔루션입니다.

 

① 합의 알고리즘 개선

비트코인과 이더리움은 모두 PoW(작업증명방식) 합의 알고리즘을 도입하고 있습니다. 하나의 트랜잭션이 메인 체인에 연결되기 위해서는 여러 노드의 검증과 채굴 과정이 필요합니다. 대표 블록을 선정하기 위해서 상상을 초월하는 해시 파워가 필요합니다.

이런 방식은 보안성과 탈중앙화를 가지게 되었지만 확장성이 떨어집니다. 비트코인의 경우 TPS가 7개에 불과합니다. 우리가 기존에 사용하던 VISA 카드에서는 24,000 TPS를 처리합니다. 실제 비즈니스 영역에 비트코인이 도입되기 힘든 가장 큰 이유가 바로 확장성 문제입니다. 

이 때문에 이더리움은 PoS(지분 증명) 합의 알고리즘으로 개선을 준비하고 있습니다. 이로써 기존 탈중앙성과 보안성을 유지하면서 확장성을 개선할 수 있습니다. 하지만 이 과정에서 기존에 채굴노드들의 반발이 심할 것은 불보듯 뻔한 상황입니다. 개선을 위해서는 기존 노드들과의 적절한 합의가 필요합니다. 

 

② 샤딩(Sharding)

몽고DB에서 데이터베이스의 성능을 개선하기 위해 수평적 확장이 가능하게 만드는 기술입니다. 현재 가장 인기있는 레이어 1 확장 솔루션으로 손꼽히고 있습니다. 샤딩(sharding)은 쉽게 말해 트랜잭션들을 샤드라는 작은 조각으로 쪼개서 병렬로 처리하는 방식입니다. 동시에 많은 트랜잭션을 순차적으로 작업할 수 있습니다. 

 

 

샤딩은 모든 노드가 제네시스 블록의 사본을 가지는 대신 서로 다른 노드에 의해 블록 사본을 분할해서 유지하고 각 노드는 그 자체로 하나의 일관성을 가지게 됩니다. 샤드는 메인체인에 증거를 제공하면서 교차 샤드 통신 프로토콜을 사용해서 잔액과 상태를 공유하기 위해 서로 상호작용하게 됩니다. 

 

 

블록체인 트릴레마 레이어 2 솔루션

 

블록체인 트릴레마를 개선하기 위한 레이어 2 솔루션은 블록체인 위에 구축된 새로운 네트워크입니다. 확장성과 효율성을 개선할 수 있는 방법입니다. PoW(작업증명방식) 네트워크의 확장성 문제를 극복하는 가장 효율적인 솔루션입니다.

 

① 중첩 블록체인

하나의 분산형 네트워크 인프라입니다. 메인 블록체인을 활용해 더 큰 네트워크에 대해 매개변수를 설정합니다. 실행은 보조 체인으로 연결된 웹에서 수행하게 됩니다. 다수의 블록체인 레벨이 존재하게 되며 각 레벨의 네트워크들은 부모~자식 관계를 가지게 됩니다. 

중간 네트워크는 자식 네트워크의 작업 결과를 부모 네트워크로 보내게 되고 부모 네트워크는 분쟁을 해결해야 하는 상황을 제외하고 네트워크 기능에 참여하지 않습니다. 대표적으로 OMG Plasma 프로젝트가 이더리움이라는 레이어 1에서 레이어 2 중첩 블록체인을 사용합니다. 레벨에 따라 네트워크를 분리함으로써 메인체인의 처리 부담을 획기적으로 줄여주고 확장성을 기하급수적으로 끌어올립니다. 

 

OMG Foundation

 

② 롤업(Rollup)

트랜잭션 실행은 레이어 1 외부에서 진행한 후 결과값(트랜잭션 데이터)을 레이어 1에 저장하는 방식입니다. 롤업을 통해 기존 보안성을 유지하면서 확장성을 증가시킬 수 있습니다. 먼저 레이어 1 외부에서 트랜잭션을 실행 한 후 트랜잭션 데이터가 레이어 1에 저장되면, 저장된 데이터를 가지고 레이어 2에서 정당한 트랜잭션 실행이 가능한 롤업 스마트 계약이 진행됩니다. 

롤업은 옵티미스틱 롤업(Optimistic Rollup)과 ZK롤업(Zero Knowledge Rollup)으로 구분됩니다. 옵티미스틱 롤업은 애플리케이션이 바로 상호작용할 수 있는 구조입니다. 누구나 레이어 1 클론에 연결할 수 있습니다.

ZK롤업은 자체 환경이 존재하고 그 안에 사일로로 존재하게 됩니다. 따라서 사용자들은 자체 롤업을 통해 애플리케이션에 연결해야 합니다. 

 

Reference

옵티미스틱 롤업 '옵티미즘', 1억5000만달러 투자 유치 - 디지털투데이 (DigitalToday)

이더리움 확장성의 열쇠 '롤업' - 코인데스크 코리아

 

③ 사이드 체인

블록체인 인접 트랜잭션 체인입니다. 대규모 배치 트랜잭션에 사용되고 있습니다. 사이드 체인에서는 속도와 확장성을 위해 기존 블록체인에 독립적인 합의 메커니즘을 사용합니다. 사이드 체인의 유틸리티 토큰은 메인체인과 사이드체인간 데이터 전송 메커니즘의 일부로 사용됩니다.

사이드 체인에서 발생하는 트랜잭션은 모든 노드에게 공개적으로 원장에 기록됩니다. 사이드 체인은 독립적인 생태계를 유지하기 때문에 보안 이슈가 발생할 경우 메인체인 혹은 다른 사이드체인에 영향을 주지 않습니다. 메인체인은 전반적인 보안과 분쟁해결만 담당합니다. 다만 사이드 체인을 구축하기 위해서는 밑바닥 부터 인프라를 구축해야 하기 때문에 상당한 시간이 필요합니다. 

 

 

 

 

④ 상태 채널

블록체인의 확장성을 개선하기 위해 다양한 메커니즘을 사용해 블록체인과 오프체인 트랜잭션 채널간 양방향 통신을 지원합니다. 상태 채널은 스마트 컨트랙트나 다중 서명 메커니즘을 사용한 봉인된 네트워크의 인접 리소스기 때문에 트랜잭션을 검증하는 채굴노드가 필요없습니다.

즉 트랜잭션 배치나 트랜잭션이 상태 채널에서 완료되면 채널의 최종 상태, 고유 전환이 기존 블록체인에 연결됩니다. 상태채널은 확장성을 위해 어느정도 탈중앙화를 희생하는 부분도 있지만 비트코인 라이트닝 네트워크(Bitcoin Lightening Network)나 라이덴(Raiden)에서 사용되고 있습니다. 

 

 

 

레이어 2 솔루션들은 레이어 1(메인넷)과 얼마만큼 연결되었는지에 따라 보안성을 어느정도 희생한다고 할 수 있습니다. 가장 높은 보안성을 가진 레이어 2는 ZK 롤업 솔루션입니다. 가장 낮은 보안을 가졌지만 가장 빠른 속도를 가진 솔루션은 사이드 체인입니다.

출처 : coinmonks medium

 

 

블록체인 트릴레마 솔루션 정리

 

블록체인의 확장성, 보안성, 탈중앙화 3마리 토끼를 잡기 위해 여러 솔루션이 개발되고 있고 제안되었습니다. 그 중 레이어1과 레이어2 솔루션은 블록체인 트릴레마를 해결하기 위한 실질적인 솔루션으로 주목받고 있습니다. 각각 장단점이 있는데, 레이어 1의 경우 대규모 개선이 가능하지만 기존 노드들의 반발이 존재합니다.

레이어2의 경우 훨씬 빠르고 효과적으로 트릴레마를 해결할 수 있지만 기존 블록체인의 3가지 요소 중 하나를 어느정도 희생해야 하는 단점을 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 기존 블록체인을 개선하기 위한 방법론은 계속해서 제안되고 있습니다. 향후 블록체인의 발전은 트릴레마를 어떻게 해결하느냐에 달려있습니다. 

 

 

 

 

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