솔라나 네트워크 안정화를 위한 개선 방안을 제시하다

요약

• 솔라나는 스패밍(spamming)에 취약한 구조적인 한계로 인해 올해에만 총 20차례가 넘는 네트워크 장애를 겪었음
• 이러한 문제를 해결하기 위해 솔라나는 QUIC(Quick UDP Internet Connection), QoS(Stake Weighted Quality of Service), 그리고 Fee Market 도입을 준비하고 있음
• 해당 솔루션들이 도입된다면 네트워크 안정화, $SOL 수요 상승, 그리고 매출 상승을 기대해볼 만함
• 다만, 최근 다양한 이벤트로 L2 내러티브가 힘을 얻고 있는 가운데 개선안 도입 이후에도 여전히 네트워크 장애가 발생한다면 전망은 매우 불투명해질 것

잦은 네트워크 장애로 이슈가 끊이질 않는 솔라나. 그럼에도 꾸준히 생태계를 꾸준히 확장해나가고 각종 창의적인 시도들을 통해 (예: Saga 폰 출시, 오프라인 매장 개점 등) Web3의 대중화를 위해 노력하는 모습이 인상적이다. 최근에는 솔라나의 네트워크 불안정성을 해결하기 위해 대대적인 개선 작업에 착수하였는데, 해당 업데이트를 통해 도입될 주요 개선 방안과 그 영향에 대해 알아보자.

장단점이 확실한 블록체인

솔라나는 샤딩, 레이어2(L2) 없이도 확장성 한계를 해결할 수 있다고 주장하는 모놀리틱 L1블록체인이다. 솔라나는 증권사, 거래소, 트레이딩 플랫폼 등 전통 금융 시스템에서 도입되는 것이 목표인 만큼 빠른 속도와 낮은 수수료를 제공한다는 것이 특징이다. PoH(Proof-of-History)를 비롯한 8여 개의 기술을 접목하여 (Xangle Crypto Rating Solana 리포트 참고) 0.4초 블록타임과 50,000이 넘는 TPS(이론상 최대 TPS는 약 71만이라고 주장)를 달성하는 동시에 약 $0.00025 수준의 저렴한 트랜젝션 수수료를 제공한다. 이러한 강점에 힘입어 솔라나는 작년 하반기를 기점으로 놀라운 성장세를 보여주었으며 지금까지도 굳건하게 시총 기준 가상자산 10위권을 지키고 있다.

그러나, 솔라나는 강점이 확실한 만큼 단점도 확실한데, 그것은 바로 네트워크 장애를 자주 겪는다는 점이다. 솔라나는 올해만 총 20 차례가 넘는 네트워크 장애를 겪었고, 그 중에서도 두 차례는 네트워크가 블록 생성을 멈추는 셧다운 사태로 이어졌다. 이러한 이유로 수많은 프로젝트들이 솔라나를 선택하는 것을 꺼리고 있으며, 크립토 시장에 진입하려는 대기업들은 두말할 필요도 없이 해당 부분에 대한 우려를 하고 있는 상황이다.

네트워크 장애가 발생하는 주요 원인

그렇다면 솔라나에서만 유독 네트워크 장애가 자주 발생하는 이유가 무엇일까? 솔라나는 구조적으로 확장성을 극대화하는데 초점이 맞춰져 있어 네트워크 장애가 발생할 수 있는 요소들이 여러 가지 있다. 그러나, 그 중에서도 가장 큰 문제점으로 거론되는 것은 스패밍(spamming)이다. 솔라나는 봇(bot) 스패밍과 대량의 패킷(데이터 조각)을 생성하여 시스템을 마비시키는 DDoS(Distributed Denial of Service) 공격 리스크에 노출되어 있다. 실제로, 올해 솔라나가 장애를 겪었던 이유를 살펴보면 “트랜젝션 증가에 따른 네트워크 속도 저하”가 대부분인 것을 확인할 수가 있다.

블록체인이 확장성, 보안성, 그리고 탈중앙화를 동시에 만족할 수 없듯이 트랜젝션 품질에도 트릴레마가 존재한다. 트랜젝션 품질은 1. 스팸(spam) 방지 2. 검열 저항성(censorship resistance) 3. 낮은 수수료에 기인한다. Web2기업들은 검열 저항성을 포기하였고, 비트코인/이더리움은 낮은 수수료를 포기하였으며 솔라나는 스팸 방지를 포기하였다. 트랜젝션 수수료가 낮으면 소비자 부담이 적다는 장점이 있지만, 동시에 스패밍을 발생시키기 위한 경제적인 비용이 낮다는 뜻이기도 하다. 대량의 트랜젝션은 메모리 부족으로 이어져 네트워크 셧다운으로 이어질 수 있다. 수수료 경쟁 매커니즘이 존재하는 이더리움에서는 DDoS 공격이 성공할 가능성이 낮지만, 트랜젝션당 수수료가 $0.0001~$0.01 수준인 솔라나는 위험 부담이 크다.

참고) 그 외 잠재적인 취약점

• 솔라나는 PoH에 의해 블록 생성이 사전에 이루어지기 때문에 (deterministic block creation), 다음 블록 생성자들을 파악하여 그들만 집중적으로 공격하는 것이 가능하다.
• 또 하나의 핵심 기술인 Turbine은 (Bittorent와 유사) 리더 노드로 하여금 패킷을 64kb로 쪼개 탑다운 방식으로 검증자들에게 전송하게 한다 (아래 그림 참고). 예를 들어 128MB 블록일 경우 리더 노드는 해당 블록을 2,000여 개의 64kb 패킷으로 쪼개 검증자1,2에게 전달하고, 이후 검증자 1,2는 또다시 패킷을 검증자 3,4,5,6에게 뿌리는 방식이다. 리더 노드에게 패킷을 가장 먼저 전달 받는 검증자들은 가장 큰 책임이 따르기 때문에 $SOL 스테이킹 비율이 가장 높은 노드들로 구성되어 있다. 이러한 구조상 전체가 아닌 소수의 노드만 악의적인 행동을 하거나 해킹 당해도 전체 네트워크가 위험해질 수도 있다. 솔라나는 이 같은 상황에 대비하기 위해 fanout 알고리즘을 통해 패킷을 (임의로) 매번 다른 루트로 보내지만, 그럼에도 이더리움 대비 해킹 리스크가 높은 것은 사실이다.

솔라나가 제시한 개선 방안과 잠재적 영향은?

솔라나 공동대표 Anatoly Yakovenko는 네트워크 안정성을 위해 올해 2월 17일 최초로 세 가지 개선 방안(QUIC, QoS, Fee Market)을 제시하였으며 v.10 출시를 기점으로 개발 착수 중에 있다. 구체적인 도입 시기는 아직 불분명하나, 그 중 QUIC(Quick UDP Internet Connection)와 QoS(Stake Weighted Transactions)는 근시일 내에 도입될 것으로 보이고 fee market은 그 이후 적용될 예정이다.

1. QUIC (Quick UDP Internet Connection) Protocol

솔라나는 커스텀 UDP(User Datagram Protocol) 프로토콜를 통해 RPC노드(Remote Procedure Call 노드로, 합의 과정에는 참여하지 않고 서버와 클라이언트만 연결해주는 노드)와 리더 노드끼리 통신한다. UDP 프로토콜은 노드간 통신 과정이 단순하고 가벼워 전송 속도가 빠르고 네트워크 부하가 적다는 점이 특징이다. 그러나 UDP는 동시에 신뢰성이 낮고 네트워크의 흐름을 제어할 수 있는 장치들이 없어 트랜젝션 관리에 취약하다. 예로, UDP는 비연결성 프로토콜*(connectionless protocol)이고 흐름 제어(flow control), 오류제어(Error Control), 혼잡제어(Congestion Control) 등과 같은 작업들을 수행하지 않아 패킷이 제대로 전송 되었는지 확인할 수 없을 뿐더러 데이터 처리 속도나 패킷 수가 넘치지 않도록 조절할 수도 없다. 이러한 이유로 UDP는 실시간 스트리밍과 같이 신뢰성보다는 연속성이 중요한 서비스에 자주 사용되며, 보안과 네트워크 안정성이 무엇보다 중요한 블록체인에는 적합하지 않다.

그렇다고 인터넷에서 사용되는 표준 통신 프로토콜인 TCP(Transmission control protocol)를 사용할 수는 없다. TCP는 서버와 클라이언트간 수 차례 handshake 과정(아래 그림 참고)이 있는 연결성 프로토콜이라 신뢰도가 높은 대신 속도가 느리고 네트워크 부담이 크며, 무엇보다 HOL(Head of Line) Blocking 문제가 있기 때문이다. HOL blocking이란 데이터 전송이 실패할 경우 해당 문제가 해결될 때까지 그 이후에 요청된 데이터가 전부 기다려야 한다는 것을 뜻한다. 이러한 방식은 블록체인의 속도를 현저히 저하시킬 뿐더러 Sealevel을 통해 독립적인 트랜젝션을 병렬 처리하는 솔라나의 설계 구조와 적합하지 않다.

*참고: 비연결성 프로토콜이란 서버와 클라이언트가 지속적으로 통신하지 않는 프로토콜로, 클라이언트가 요청을 주고 받을 때에만 서버와 연결하고 응답이 끝나면 연결을 끊어버린다.

이에 솔라나는 구글에서 야심 차게 출시한 QUIC를 채택하기로 결정하였다. QUIC는 UDP기반의 신규 통신 프로토콜로, UDP의 빠른 속도를 살리는 동시에 네트워크 신뢰도를 높이고 제어 장치들을 추가하여 UDP의 단점을 보완하였다. QUIC는 연결성 프로토콜이나 handshake 과정이 TCP 대비 간소하여 응답 속도가 빠르고 서버와 클라이언트간 연결 상태를 유지해주는 세션(session) 기능과 흐름 및 혼잡 제어 장치들이 있어 신뢰도가 높고 데이터 흐름 제어가 가능하다. 또한, QUIC에서는 패킷 손실이 발생한 스트림만 재전송을 기다리고 나머지 스트림은 전송을 계속 진행하기 때문에 HOL Blocking 문제가 발생하지 않는다.

2. QoS (Stake Weighted Quality of Service)

UDP 프로토콜을 사용하는 솔라나는 트랜젝션 종류나 출처(source)과 상관없이 먼저 요청이 들어온 트랜젝션들을 우선적으로 처리 및 검증하는 first come first serve 방식을 사용하고 있다. 그것이 설령 봇에 의해 발생된 반복적이고 의미 없는 트랜젝션이라 할지라도 말이다. 이러한 방식 때문에 솔라나는 현재 봇 활동을 제어할 수 있는 방법이 없다.

그러나 QUIC 프로토콜로 변경되면 솔라나는 검증자들의 IP를 식별할 수 있게 되고, 해당 기능을 이용하면 대량의 봇 트래픽을 발생시키는 검증자 노드를 찾아내고 해당 노드가 전송할 수 있는 패킷의 양을 제한할 수 있다. 검증자 노드들이 최대 전송 가능한 패킷의 양은 스테이킹한 $SOL 수에 비례한다. 이것이 QoS다. 예를 들어, 검증자A의 스테이킹 비중이 0.5%일 경우 A가 전송할 수 있는 패킷의 최대치도 0.5%로 제한된다. 따라서, 이전에는 검증자A가 네트워크 용량의 50%를 차지할 만큼 많은 양의 트랜젝션을 리더 노드에게 전송할 수 있었다면, QoS 도입 이후 이것이 불가능해진다. 또한, 스테이킹 비중이 높은 검증자 노드일지라도 전송하는 트랜젝션 수가 급증한다면 네트워크 품질을 유지하기 위해 다른 검증자들이 해당 노드와의 연결을 일시적으로 끊어버릴 수도 있다. 따라서, QoS가 도입되면 검증자 노드들은 알아서 자신의 트래픽 퀄리티를 조절할 것으로 예상된다.

3. Fee Market

현재 솔라나는 고정 가스비 방식으로 운영되고 있다. 고정 가스비는 수수료를 일정하게 유지해준다는 장점이 있지만, first come first serve basis라 블록스페이스 경쟁이 심할 경우 트랜젝션이 실패할 수도 있다. 솔라나 사용자들이 하나의 트랜젝션이라도 통과시키기 위해 봇을 이용하여 네트워크를 스패밍하는 것도 해당 구조 때문이며, 결과적으로 네트워크 과부하로 이어진다.

이에 솔라나는 수수료 시장(fee market) 제도를 도입하여 스패밍 활동에 종지부를 찍을 예정이다. 수수료 시장이 적용되고 나면 사용자들은 자신의 트랜젝션이 가장 빨리 통과될 수 있도록 수수료에 프리미엄을 붙일 수 있게 된다. 검증자들은 수수료를 가장 높게 제시한 사용자들의 트랜젝션부터 가져갈 것이기 때문에 경쟁이 심할 경우 스패밍에 필요한 비용이 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 수수료 매커니즘은 ‘lamports_per_signature’이다.

다만, 솔라나의 수수료 시장 제도는 이더리움의 방식과는 사뭇 다르다. 이더리움은 어떠한 액션(예: NFT 민팅)에 대한 수요가 높아 가스비가 증가할 경우 전체 네트워크에 영향을 주는 글로벌 수수료 시장(global fee market) 방식을 취하고 있다. 2022년 5월 1일 BAYC의 Otherdeeds 랜드 세일 당시 이더리움의 전체 가스비가 미친듯이 치솟았던 이유도 바로 이 때문이다.

반면, 솔라나는 특정 디앱, 마켓, 옥션, 혹은 AMM풀에만 국한하여 수수료 경쟁을 붙이는 로컬 수수료 시장 (local fee market) 방식을 채택하였다. 로컬 수수료 시장의 장점을 꼽으면 특정한 액션에 대한 수요가 높아 블록스페이스 경쟁이 심화되더라도 전체 네트워크에는 큰 영향을 끼치지 않는다는 점이다. 예를 들어, NFT A의 인기가 높아 민팅 가스비가 치솟는다 하더라도 Raydium에서 토큰 스왑을 하는데 필요한 수수료는 크게 영향이 없을 것이다.

마지막으로, 수수료 시장 제도의 도입은 스패밍 방지 외에도 $SOL 수요 및 supply-side (검증자) 매출 증가로 이어진다. 현재 솔라나의 트랜젝션당 가스비는 약 5,000 lamport (0.000005 $SOL) 정도로 매우 낮은 수준이다. 사용자들은 사실상 1 $SOL만 보유하고 있어도 수백, 수천 번의 트랜젝션을 실행하는데 필요한 모든 비용을 충당할 수 있어 $SOL에 대한 실제 수요는 낮을 수밖에 없다. 마찬가지로 검증자들 역시 블록 생성에 따른 수익이 미미한 편이다. 그러나 로컬 수수료 시장 제도가 도입된다면 사용자들은 $SOL을 더 많이 구매해야 할 것이고, 검증자들의 보상이 증가하여 보다 많은 검증자들의 편입을 유도할 수 있을 것이다. 따라서, 해당 제도는 네트워크 탈중앙화에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

다시 한 번 봄이 찾아올 수 있을까?

현재 $SOL 가격 상승을 가로막고 있는 주요 문제점은 1) 네트워크 불안정성에 따른 신뢰도 하락과 2) 값싼 수수료로부터 기인하는 $SOL 수요 부족이라고 판단된다. 실제로 솔라나 누적 트랜젝션 수는 898억 개로 이더리움 대비 약 53배 높은 것에 비해 매출액은 300배 정도 차이가 나는 상황이다 (솔라나 $45.5M vs 이더리움 $14.3B, 2020년 4월~2022년 7월 합산 기준). 솔라나는 이러한 문제를 해결하기 위해 QUIC, QoS, 그리고 Fee Market 총 세 가지 솔루션을 내놓았으며 QUIC와 QoS는 네트워크 안정화에, fee market은 스패밍 방지 및 $SOL 수요 상승 (매출 상승)에 기여할 수 있을 것이다.

그러나, 반대로 개선안 도입 이후에도 여전히 동일한 이유로 네트워크 장애가 발생한다면 솔라나의 전망은 불투명해질 것으로 보인다. 이더리움 merge, 폴리곤의 부상, L2토큰 출시 등 다양한 이벤트로 인해 L2 내러티브가 점점 힘을 얻고 있는 가운데 모놀리틱 L1 블록체인의 안정성을 증명해내지 못한다면 향후 Web3의 대중화를 이끌어나갈 글로벌 대기업 및 기관들이 솔라나를 선택할 이유가 전혀 없기 때문이다.

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