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작성자: 김민성 (블록체인 밸리 2기, link), 백용기 (디사이퍼 9기, link), 이윤서 (하이블록 1기, link), 이주원 (이화체인 7기, link)

목차 
레이어 1이란
레이어 1 스케일링
레이어 1의 종류

레이어 1이란

블록체인을 공부할 때 레이어 1과 레이어 2에 대해 들어보셨을 것 같습니다. 레이어 1과 레이어 2는 서로 다른 블록체인, 프로젝트, 개발 도구들을 기술적으로 이해하는 것에 도움이 되는 용어들입니다.

레이어 1은 우리가 통상적으로 아는 블록체인으로 비트코인, 이더리움과 같은 기반 네트워크를 의미합니다. 레이어 1 블록체인은 다른 네트워크의 도움 없이도 자체적으로 트랜잭션을 검증하고 완결 상태로 만들 수 있으며, 해당 생태계의 기반이 되는 주요 네트워크로 작용합니다. 

저번 블록헤더스 아티클에서 다뤘던 블록체인 트릴레마를 통해 알 수 있듯, 레이어 1 블록체인의 확장성을 개선하는 것은 어렵습니다. 레이어 1의 낮은 확장성을 개선하기 위해 대표적으로 레이어 1 자체 스케일링 솔루션, 오프체인 또는 레이어 2가 존재합니다. 

오늘은 레이어 1의 스케일링 솔루션과 레이어 1의 종류에 대해서 알아보겠습니다.

레이어 1 스케일링

위에서 설명드렸듯이, 대부분의 레이어1 네트워크는 낮은 확장성(Scalability)이라는 문제점을 지니고 있습니다. 여기서 확장성은 블록체인 네트워크의 규모(사용자 수 및 거래 수)가 증가했을 때 데이터를 처리할 수 있는 능력을 의미합니다. 확장성을 측정할 수 있는 중요한 지표는 TPS(Transactions Per Second)로, 블록체인이 1초당 처리할 수 있는 트랜잭션 수를 의미합니다. 비트코인의 경우 약 7 TPS정도로, 1초 당 7개의 트랜잭션을 처리할 수 있습니다. Visa의 경우 약 24,000 TPS로 거래 처리 속도차이가 많이 난다는 것을 확인할 수 있습니다.

출처: A Deep Dive Into Blockchain Scalability

비트코인과 같은 대부분의 레이어1 블록체인은 낮은 TPS 때문에 수요가 증가하는 시기에 거래를 처리하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 특히 이더리움의 경우, 디앱(dApp)활용, NFT 민팅 및 거래 등 트랜잭션이 활발히 발생합니다. PoS 전환 전 이더리움은 15 ~ 20 TPS 정도로 낮은 TPS를 지원하였습니다. 그렇기 때문에 사용자가 자신의 트랜잭션을 우선적으로 처리하고 싶다면, 높은 수수료(Gas)를 지불하여 치열하게 경쟁해야 하는 구조를 띄고 있었습니다.

이러한 문제점을 해결하고자, 블록체인 개발자들은 확장성 솔루션에 대해 많은 논의를 진행하고 있습니다. 레이어1 블록체인 자체 스케일링 예시들은 다음과 같습니다.

SegWit (Segregated Witness)

비트코인 커뮤니티에서는 네트워크의 확장성을 개선하기 위해 블록의 크기를 키우거나 블록 내 트랜잭션들을 최대한 많이 담고자 했습니다. 먼저 트랜잭션을 블록에 많이 담기 위해서 블록의 크기를 키우고자 논의했지만, 만약 블록(1MB → 1GB)의 크기가 커지면 블록 총 데이터가 커지므로, 비트코인과 같은 PoW구조에서 채굴하기 위해 감당해야할 데이터 총 양이 증가합니다. 블록 데이터의 크기가 증가하면, 노드를 돌리기 위해 많은 양의 저장공간이 필요하기 때문에 고사양의 디바이스를 구축할 수 있는 사람들만 노드를 돌릴 수 있게됩니다. 이는 누구나 노드를 돌릴 수 있어야 하는 탈중앙화 특성에 적합하지 않기 때문에 다른 방안들이 논의됐습니다.

그 결과, 비트코인 커뮤니티는 블록 데이터가 구성되는 방식을 변경하여 트랜잭션 처리량을 증가시킬 수 있는 SegWit 스케일링 솔루션을 채택했습니다. SegWit 방식은 블록의 트랜잭션 내역과 전자서명 데이터가 뭉쳐 있는 구조로부터 전자서명 데이터를 분리시켜 트랜잭션의 크기를 줄였습니다. SegWit를 통해 블록의 크기를 유지하면서 블록에 담을 수 있는 트랜잭션의 양을 늘릴 수 있었습니다.

출처: 백종찬 brunch

레이어 1에서 자체적으로 개선을 구현하려면 상당한 작업들(아이데이션-제안-합의-구현 등)이 필요합니다. 하지만 모든 네트워크 사용자가 변경 사항에 동의하지는 않습니다. 이로 인해 비트코인이 비트코인 사토시 비전, 비트코인 캐시 등으로 나뉜 것 처럼 커뮤니티 분할(하드 포크)이 발생할 수 있습니다.

샤딩 (Sharding)

샤딩은 트랜잭션의 처리량을 증가시키는데 널리 사용되는 레이어 1 스케일링 솔루션입니다. 이 기법은 블록체인의 분산 원장에 적용될 수 있는 데이터베이스 파티셔닝의 한 형태 입니다. 데이터베이스 파티셔닝이랑 전체 데이터를 ‘파티션’이라는 작은 단위로 나누어 성능을 끌어올릴 수 있는 데이터 관리 기술입니다. 샤딩은 전체 데이터를 ‘샤드’라고 불리는 파티션 단위로 나누어 처리할 수 있게 합니다.

Ethereum Sharding: https://www.web3.university/article/ethereum-sharding-an-introduction-to-blockchain-sharding

샤딩 과정에서, 네트워크와 노드는 일을 분산하여 처리하고, 트랜잭션 속도를 향상시키기 위해서 서로 다른 샤드로 나뉩니다. 각 샤드는 전체 네트워크 활동의 하위 집합을 관리하며 이는 그들이 자체 트랜잭션, 노드 그리고 별도의 블록을 가지고 있음을 의미합니다. 샤딩을 사용하면 각 노드가 블록체인의 전체 복사본을 보유할 필요가 없어집니다. 

레이어 1의 종류

레이어 1은 추구하는 가치에 따라 합의 프로토콜의 개선이나 샤딩 같은 확장성 솔루션을 채택하기도 하고 아예 다른 방식을 채택하기도 하며 발전해왔습니다. 

이렇듯 다양한 종류의 레이어1 체인들이 존재하지만, 오늘은 비트코인과 이더리움을 제외한 레이어1 블록체인들에 대해 간단히 알아보겠습니다. 

솔라나(SOL) - 역사증명(PoH)의 도입을 통한 확장성의 극대화

‘이더리움 킬러’를 표방했던 EOS의 부진 이후, 블록체인 생태계에서는 우후죽순 이더리움 킬러를 자처하며 다양한 레이어 1 블록체인들이 속속 등장하기 시작했습니다. 솔라나는 대표적인 이더리움 킬러 체인 중 하나입니다.

솔라나는 역사증명 (PoH)이라는 특별한 방식을 합의 알고리즘으로 사용하여 높은 TPS(Transaction Per Second)를 실현했습니다. PoH은 시간의 경과와 이벤트가 특정 타임라인에 속하는 지점을 암호학적으로 증명하여 타임스탬프에 대한 검증을 돕습니다. PoH는 PoW나 PoS 같은 다른 알고리즘과 함께 사용되어 합의를 더욱 효율적이고 탄력적으로 수행할 수 있게 합니다. 솔라나는 PoH를 통해 확장성을 최대화 하는 전략을 선택했고 이더리움 킬러들 중에서도 견고한 에코시스템과 압도적인 성장성을 보여주고 있습니다.

이오스(EOS) - 확장성 솔루션을 위해 합의 프로토콜 개선(dPOS)

비트코인 이후, 이더리움이 스마트 컨트랙트 플랫폼을 표방하며 시장에 등장했지만, 실질적으로 사용하기 위한 확장성 문제에 봉착했습니다. 당시 이더리움은 PoW 방식으로 작동하고 있었고, 느린 처리 속도와 높은 수수료 문제를 안고 있었습니다.

EOS의 dPOS 모델 (출처: 스팀잇)

이를 해결하기 위한 대안으로 EOS의 댄 라리머는 위임 지분증명 방식(DPoS)을 도입한 합의 프로토콜과 디앱을 구동할 수 있는 플랫폼을 제공함으로써 범용 블록체인 운영체제를 만드는 것을 목표로 제시했습니다.

- 위임 지분증명 (DPoS): Delegated Proof of Stake는 PoS 방식에 대표자들을 선정해 이들에게 토큰을 위임하여 의사결정을 내리는 방식을 도입한 합의 알고리즘입니다.

이후 EOS는 ‘이더리움 킬러’라는 공격적인 문구를 앞세워, 성공적으로 ICO(투자자를 모집하고 그 대가로 코인을 나눠주는 행위)를 진행했으나 Block.one과 EOS 개발자 커뮤니티 간의 마찰, 전무하다시피한 투자 등의 갈등을 겪으며 추락하게 됐습니다.

니어(NEAR)

앞의 레이어 1들이 합의 알고리즘의 개선을 통해 확장성을 개선했다면, NEAR는 샤딩을 통한 확장성 개선에 초점을 맞춘 레이어 1 블록체인입니다. 최근 이더리움의 로드맵이 샤딩을 통한 확장성 개선이 아닌 롤업 방식으로 방향성이 바뀌면서, 샤딩이라는 솔루션에 대한 관심이 적어졌지만 여전히 샤딩은 레이어 1의 확장성 개선을 위한 중요한 솔루션입니다.

NEAR가 나아가는 길에 대한 그림 (출처: 니어 코리아)

NEAR는 고유한 샤딩 기술인 나이트셰이드(Nightshade)를 사용해 보안에 영향을 주지 않으면서 높은 TPS를 감당할 수 있는 네트워크를 구축해냈습니다. NEAR는 Nightshade을 통해 높은 TPS와 네트워크 안정성을 제공하며, 확장성을 극대화할 수 있는 메인넷을 표방하고 있습니다. 그리고 사용자 친화적이며, 지속적으로 확장 가능한 블록체인을 구축하기 위한 노력을 지속하고 있습니다.

레이어 2

레이어 2는 레이어 1 블록체인의 보안성과 합의에 의존한 상태에서 해당 레이어 1의 확장성을 개선하는 솔루션을 의미합니다. 레이어 2 프로토콜들은 사용자들이 메인 체인에 기록하기 전에 자유롭게 거래를 할 수 있게 해줍니다. 레이어 2는 레이어 1의 확장성을 해결하고자 하는 방식에 따라 롤업, 플라즈마 등으로 나뉩니다. 

레이어 2에 대한 자세한 설명은 추후 아티클에서 다루도록 하겠습니다.

-> '레이어 1이란?' 원문 보러가기

※ 참고자료

What Is Layer 1 in Blockchain?

A Deep Dive Into Blockchain Scalability

사토시 나카모토의 의도

EOS dPOS (Delegated Proof-of-Stake)

역사 증명: 블록체인을 위한 시계

Near가 나이트쉐이드 샤딩을 출시하여 Mass Adoption의 길을 열었습니다.