이더리움 2.0 청사진: 모듈러 블록체인 (Modular Blockchain)

[Xangle Originals]

작성자: 포뇨

지난 10여 년간 블록체인 산업은 하나의 메인 체인에서 트랜젝션의 실행(execution), 보안(security), 그리고 데이터 가용성 (data availability) 작업을 모두 처리하는 모놀리틱 블록체인(Monolithic Blockchain)을 중심으로 발전하였습니다. 하지만 오늘날 블록체인 서비스가 증가하고, 사용자 수가 급격하게 늘어나자 모놀리틱 블록체인의 한계가 드러나기 시작했습니다. 단적인 예로 이더리움을 들 수 있습니다. 이더리움의 느린 트랜젝션 속도와 100달러가 넘는 가스비는 블록체인 트릴레마(Blockchain Trilemma)로부터 자유롭지 못하고 매우 비효율적인 블록체인의 현실을 보여주고 있습니다. 이에 업계에서는 실행, 보안, 데이터 가용성을 각각 다른 레이어에서 처리함으로써 기존 모놀리식 블록체인의 문제를 해결할 수 있는 모듈러 블록체인 (Modular Blockchain)으로 나아가려는 움직임을 보이고 있습니다. 위에서 언급한 이더리움 역시 수년 전부터 PoS, 샤딩(sharding), 그리고 롤업(rollup) 기술들을 통해 모듈형 블록체인으로 나아갈 준비하고 있었으며 비콘 체인(Beacon Chain) 도킹을 6개월 정도 앞둔 지금 서서히 그 모습을 드러내고 있습니다.
 

블록체인 트릴레마 (The Blockchain Trilemma)

이상적인 블록체인은 다음 세 가지 요소를 모두 충족해야 합니다: 1) 확장성 2) 탈중앙화 3) 보안성

확장성: 데이터 처리속도. 흔히 TPS (transaction per second)로 계산

탈중앙화: 네트워크 중앙 집권화/분산 정도. 노드 (node) 수로 계산

보안성: 데이터 조작 방지 및 무결성 보장 정도

L1 블록체인별 최대 TPS

그러나 현존하는 모든 블록체인은 기술적인 한계로 인해 트렐레마의 세 가지 요소 중 두 가지 밖에 충족하지 못합니다. 비트코인/이더리움은 노드 수가 많아 (네트워크 활성도가 높아) 보안과 탈중앙화 측면에서 뛰어나지만 그만큼 데이터 검증에 소요되는 시간이 많아 확장성이 미흡합니다. 반면에, 솔라나/BSC는 초당 트랜젝션 처리 속도가 빠르나 중앙 집권화된 구조를 가지고 있다는 단점이 있습니다.

블록체인 트렐레마

블록체인 트릴레마를 해결한다는 것은 동시에 실행, 보안/컨센서스, 그리고 데이터 가용성 세 가지 작업을 완벽히 수행한다는 것을 뜻합니다. 

실행(Execution): 블록체인내 모든 트랜젝션을 실행하고 처리하는 작업. 검증자들이 컨센서스 알고리즘에 따라 멤풀(mempool)에서 대기중인 트랜젝션들을 블록A에 반영하여 블록B로 업데이트하는 것을 뜻하며, 여기서는 최대한 많은 트랜젝션을 빠른 속도로 처리하는 것이 가장 중요.

보안/컨센서스(Security/Consensus): 블록체인 (데이터)의 보안을 유지하는 작업. 현재까지 충분한 수준의 보안과 탈중앙화를 구축한 블록체인은 비트코인과 이더리움이 대표적.

데이터 가용성(Data Availability): 누구나 블록체인에 기록된 데이터를 언제든 확인할 수 있도록 트랜젝션을 영구적, 비가역적으로 기록하는 작업.

모놀리틱 블록체인 (Monolithic Blockchain)과 모듈러 블록체인 (Modular Blockchain)

모놀리틱 블록체인은 실행, 보안, 그리고 데이터 가용성 작업을 하나의 레이어1(L1)에서 모두 처리하는 블록체인을 뜻합니다 (Monolithic은 영어로 ‘하나로 된’을 의미). 하지만 앞서 언급했듯이 하나의 레이어에서 세 가지 작업을 완벽히 처리하는 것은 실질적으로 불가능하며 (노드가 늘어나면 확장성 문제가, 노드가 적으면 보안과 탈중앙화 문제가 발생), 이러한 문제를 해결하기 위해 나온 대안책이 바로 모듈형 블록체인입니다.

모듈러 블록체인은 여러 레이어로 구성된 블록체인입니다. 모듈형 블록체인은 실행, 보안, 데이터 가용성 작업을 각기 다른 레이어에서 처리하여 효율적인 블록체인을 이루는데, 이는 제품 생산 과정에서 노동의 분업을 통해 개별 효율성을 확대하고 생산성을 극대화하는 것과 같은 이치입니다.

이더리움 2.0 (Eth2)

Eth2를 살펴보시면 완벽한 모듈러 블록체인의 모습을 띄고 있다는 것을 확인할 수 있으며 1) 컨센서스 레이어 (L1, 비콘 체인) 2) 샤드 (Shard) 레이어, 그리고 3) 무수히 많은 롤업 체인 (L2, 실행 레이어)를 통해 모듈형 블록체인을 구축하고 있습니다. 

1) 컨센서스 레이어 (L1): 지분증명 (PoS) 기반의 메인 체인

이더리움의 근간을 이루는 L1 체인이자 보안과 탈중앙화를 담당하는 체인입니다. 흔히 settlement(세틀먼트) 레이어로도 불리며, 캐스퍼 (PoS) 컨센서스 알고리즘 기반입니다. PoS 기반 비콘 체인과의 통합(merge)은 2022년 4~5월에 예정되어 있습니다. 이더리움 개발진은 최소 1,000만 개의 ETH (혹은 총 312,500개의 노드)가 스테이킹되어 있어야 적정한 수준의 ‘보안성’을 갖출 것으로 예상하고 있습니다. 지분증명 방식은 검증자가 되기 위한 진입장벽을 낮춰 주기 때문에 보안성 뿐만 아니라 확장성 개선에도 도움을 주는데, 작업증명(PoW) 방식에서 지분증명 방식으로 전환만 되어도 초당 트랜젝션 처리 속도가 15에서 1,000 수준으로 증가할 것으로 예상됩니다.

2) 데이터 가용성 레이어: 샤드(Shard) 체인

샤딩은 ‘조각내다’라는 뜻으로 이더리움 네트워크를 여러 개의 샤드로 쪼개어 트랜젝션 분할 처리 및 저장을 통해 확장성을 개선하는 방법입니다. 샤딩의 장점은 크게  두 가지 정도가 있습니다. 첫째, 네트워크 리소스 (노드)를 분산시킬 수 있다는 점, 그리고 두 번째, 노드가 많아질수록 확장성이 악화되는 현 상태와 달리 노드 수와 확장성이 양의 상관관계를 가지고 있다는 점입니다. Eth2에서 각 샤드는 확장성 개선 및 데이터 가용성 레이어로 사용될 예정이며 초기에는 각 샤드에 4,500개 노드를 하나씩 묶어서 총 64개의 샤드를 구축할 예정이고 궁극적으로는 1,024개의 샤드를 구축하는 것을 목표로 합니다.

3) 실행 레이어 (L2): 롤업 (Rollup) 체인

유저들이 제출한 모든 트랜젝션이 실행되고 처리되는 레이어입니다. 실행 레이어는 보안성과 데이터 가용성을 L1과 샤드 체인에 위탁하고, 대신에 확장성에 집중하는 것을 목표로 합니다. 롤업(rollup)이 대표적인 L2인데, 롤업은 별도의 체인에서 트랜젝션을 ‘실행’하고 그 결과값들을 하나의 배치(batch)로 묶은 뒤 해당 배치의 state root (트랜젝션이 성사된 후의 merkle root)만을 L1에 저장하는 기술입니다. 롤업은 크게 옵티미스틱 롤업 (OR)과 영지식증명 롤업 (ZK롤업, Zero knowledge proof based)로 나뉘며, 롤업 외에도 적용 가능한 실행 레이어로 발리디움(Validium)과 볼리션 (Volition - 발리디움과 ZK롤업 모드를 동시에 제공해주는 L2 솔루션) 등이 있습니다. 가장 기대되는 L2는 EVM호환이 가능한 ZK롤업으로 주목받고 있는 StarkNet과 zkSync 2.0입니다.

이렇게 완성된 Eth2의 향후 예상 TPS는 다음과 같습니다.

이더리움2.0의 단계별 기대 TPS

결론

모듈러 블록체인은 아직 개념조차 형성된 지 얼마 되지 않은 상태로 모듈러 블록체인에서 논의되고는 있는 대부분의 기술들도 완전하게 검증된 상태가 아닙니다. 그러나 지금의 L1 블록체인들이 공통적으로 겪고 있는 문제점들과 한계를 비추어 봤을 때 향후 블록체인 산업은 모듈러 블록체인 중심으로 발전할 가능성이 높아 보입니다. 이론상 모듈러 블록체인은 탈중앙화를 유지하면서도 무한에 가까운 확장성을 제공해줄 수 있는 거의 유일한 해결책이기 때문이죠. 

다음 글에서는 모듈러 블록체인의 핵심이자 ‘실행’ 레이어를 담당하게 될 L2 솔루션들을 간략하게 비교해보고 최근에 크게 주목 받고 있는 롤업이 무엇인지에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.

<관련 코인>

- 이더리움 (Ethereum): 프로필 (링크) | 가격 (링크)

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