2018.08.17

블록체인 2단계 : 블록체인은 확장되는가?

Lucas Mearian | Computerworld
여러 조직에서 블록체인이 직면한 난제인 느린 거래 성능을 개선하기 위해 노력 중이다.

블록체인 분산 원장은 각각 그 앞의 레코드와 불가분하게 묶이는 전자 레코드 체인을
연결하는 방식으로 작동한다. 각 새로운 항목 집합 또는 “블록”은 피어 투 피어(P2P) 네트워크에서 합의 프로세스를 거친 후에만 해시태그로 시간 스탬프가 찍히고 완료된다.

체인이라는 특성상 블록체인에 삽입되는 새로운 각 레코드는 직렬화되어야 한다. 즉, 블록체인의 규모가 커지면 업데이트 속도는 데이터를 병렬로 업데이트할 수 있는 전통적인 데이터베이스보다 느려진다.



현재 세계에서 가장 인기 있는 암호화폐 원장인 비트코인과 이더리움은 새 블록을 인증하는 방법으로 노드(서버)가 복잡한 수학 문제를 완료해야 하는 작업 증명(proof of work, PoW) 합의 모델을 사용한다(웹 사이트에서 방문자가 사람인지 확인하기 위해 사용하는 문제/해답 메커니즘인 CAPTCHA와 비슷함).

PoW 메커니즘은 태생적으로 느리다. 예를 들어 비트코인에서 새 레코드 또는 블록을 원장에 추가하는 경우 항목당 허용되는 데이터가 1MB에 불과함에도 평균 약 10분이 필요하다. 이더리움에는 블록 크기 제한이 없지만(장기간에 걸쳐 동적으로 조정됨) 초당 약 20개의 거래만 처리가 가능하다. 비교하자면 비자(Visa)의 금융 네트워크는 피크 부하 시 초당 약 1만 개의 거래를 처리한다.

게다가 비트코인이나 이더리움 P2P 네트워크는 애초에 대량의 데이터를 저장하도록 설계됐다. 이로 인해 전자 원장이 유기적으로 커짐에 따라 이를 지탱하기 위해 필요한 계산 및 전력 용량도 커지게 된다.

저장 문제를 해결하고 거래 프로세스 속도를 높이기 위해 블록 크기를 늘리는 것부터 PoW에서 지분 증명(proof of stake, PoS)으로 합의 메커니즘을 바꾸는 안까지 여러 가지 솔루션이 제안됐다. 후자는 블록체인 합의 또는 투표 커뮤니티의 일원으로 참여하려면 먼저 담보금을 예치해야 하는 “담보부 검증자(bonded validator)” 또는 사용자를 생성한다. 담보부 검증자는 블록체인에서 정직하게 행동하는 한 합의 커뮤니티에 남을 수 있다. 그러나 시스템을 기만하려고 시도하는 경우 지분(돈)을 잃게 된다.

정답을 찾아서
이더리움은 작년 “캐스퍼(Casper)”라는 테스트넷에 PoS 메커니즘을 도입했다.



카네기 멜론 대학(CMU) 컴퓨터과학부 부교수인 바이풀 고얄은 “지분 증명 알고리즘은 확실히 작업 증명을 추월할 잠재력을 지녔다”면서 “그러나 그에 앞서 극복해야 하는 몇 가지 중대한 연구 과제가 아직 남아 있다”고 말했다.

(PoW와 PoS 메커니즘을 결합하는 혼합 모델도 있다. 기득권을 가진 사람에게 차별성을 부여하지만 전자 원장의 모든 사용자에게 어느 정도의 거래 검증을 허용한다.)

올해 초 이더리움 재단은 확장의 어려움을 해결하고자 외부 개발자들과 접촉하기도 했다.

재단이 살펴본 가능한 해결책은 두 가지다. 첫 번째는 계층 2라는 방법으로, 네트워크 참여자 간의 거추장스러운 왕복 프로세스를 전담할 별도의 블록체인 또는 데이터베이스를 두는 방법이다. 이렇게 해도 주 블록체인, 즉 계층 1 블록체인은 최종 거래 결과(이를 테면 1이더 또는 1비트코인을 구입했다는 결과)를 기록할 수 있다. “상태 채널”이라고도 하는 계층 2는 일상적인 프로세스를 체인 외부로 옮기면서 블록체인의 태생적 신뢰성을 유지함으로써 효율성을 대폭 높일 수 있다.

또 다른 가능성: ‘샤딩(Sharding)’
두 번째 잠정적 해결책은 PoS로 전환하고 “샤딩(sharding)”을 추가하는 방법이다. 샤딩은 네트워크의 노드를 파티션으로 분할하고, 각 파티션은 각 거래의 작은 조각을 맡아 처리해서 동시에 훨씬 더 많은 거래를 병렬로 처리할 수 있도록 한다. 또한 이더리움의 공동 창시자인 비탈릭 부테린은 블로그에서 샤딩은 “블록체인의 바람직한 탈중앙화와 보안 특성을 대부분 유지하므로” 블록체인의 태생적 보안을 약화시키지 않는다고 말했다.

그러나 이더리움의 또 다른 공동 창시자 조셉 루빈에 따르면 샤딩은 복잡하며 실제 사용
가능한 체계를 만드는 데 시간이 걸릴 것으로 보인다.

루빈은 “지분 증명과 샤딩을 통해 당장 확장성을 얻지는 못한다. 이는 이더리움 생태계에서 3단계에 추진될 예정”이라면서 “매우 난해한 작업이 될 것으로 예상된다. 그러나 계층 2 솔루션이 견고한 디딤돌 역할을 해줄 것”이라고 말했다.

비트코인과 이더리움 개발자들 모두 거래 데이터를 보조 데이터베이스 또는 블록체인으로 옮기는 안을 제안했다. 이 경우 “체인 외부”로 자금 전송이 가능해지고 자금 검증 프로세스만 체인에 유지된다. 비트코인 개발자들은 올해 초 거래와 소액거래가 별도의 P2P 네트워크에서 거의 즉각적으로 처리될 수 있는 “보조 계층” 결제 프로토콜로 라이트닝 네트워크(Lightning Network)를 제안했다.

루빈은 지난 달 홍콩에서 열린 라이즈(Rise) 컨퍼런스 연설에서 이더리움용 2계층 확장 해결책인 플라즈마(Plasma)를 언급했다. 플라즈마는 처리를 위한 제3의 블록체인을 주 블록체인, 즉 계층 1 블록체인에 추가한다. 플라즈마는 부테린, 그리고 비트코인에서 제안된 라이트닝 네트워크를 만들기도 한 조셉 푼이 2017년에 처음 소개했다.

루빈은 패널 토론 중 “이더리움이 계층 1 신뢰 시스템 역할을 하고, 계층 2 시스템에서 수십 만 건의 거래가 이뤄지게 되는 환경으로 가고 있다. 올해 그 결과를 볼 수 있을 것”이라고 말했다.
Computerworld와의 인터뷰에서 루빈은 이더리움이 계층 2 프로토콜을 향해 가고 있음을 확인했다. 게임 또는 암호화폐 교환을 위한 목적으로 플라즈마를 사용해 구축되고, 이는 다시 스마트 계약을 통해 계층 1 이더리움 블록체인으로 연결될 수 있다. (스마트 계약은 사전에 정해진 규칙에 따라 실행되는 비즈니스 자동화 스크립트다.)



스마트 계약은 루트 또는 계층 1 블록체인과 계층 2 블록체인 간의 거래 이동을 담당할 수 있다. 또한 스마트 계약은 해시 레코드로 표현되는 디지털 토큰이 두 번 이상 소비되지 않도록 하는 등의 규칙을 유지할 수도 있다. 계층 2 블록체인은 PoS, 나아가 권위 증명(Proof of Authority)과 같은 다른 합의 메커니즘을 사용해서 주 블록체인에서 보조 블록체인으로 이동하는 거래를 검증할 수 있다.

루빈은 “이 시스템에서 문제가 발생할 경우, 플라즈마 기술은 사용자가 시스템에서 복구된 가치의 마지막 체크포인트를 기준으로 자신의 토큰을 빼낼 수 있도록 한다. 사용자가 각자의 가치를 구제할 수 있는 이러한 기능은 계층 2 시스템의 관리자가 어떻게 해도 막을 수 없다”고 말했다.

암호 키를 분실하는 경우
시스템이 해킹되거나 사용자가 개인 암호 키를 분실하는 경우의 암호화폐 복구는 분산 전자 원장이 처음 만들어질 때부터 따라다닌 문제다. 개인 키를 분실하면 암호화폐에 액세스할 수 없다.

계층 2 이더리움 블록체인의 예로, 커피숍에서 분당 10원에 와이파이 액세스를 구매할 수 있도록 하는 애플리케이션을 들 수 있다. 고객은 카페에 들어와서 이더리움을 지원하는 애플리케이션을 사용해 와이파이 서비스에 로그인한다. 애플리케이션은 고객이 이더리움 스마트 계약을 통해 자신의 계좌에서 특정 금액을 따로 챙겨둘 수 있도록 한다. 1분이 지날 때마다 계층 2 블록체인의 스마트 계약은 와이파이 서비스 청구 비용에 추가되는 10원을 기록 또는 검증한다. 고객이 카페에서 나가면 전송된 최종 금액이 주 이더리움 블록체인에 기록된다. 서비스가 끝날 때 스마트 계약에 의해 자동으로 거래에 서명이 되면서 카페 소유주는 그 금액에 대한 권리를 획득한다.

블록체인은 게임에서도 인기 플랫폼으로 부상했다. 예를 들어 초창기부터 나온 가장 인기 있는 블록체인 기반 게임으로 가상 고양이를 수집, 교배, 거래하는 크립토키티(CryptoKitties)가 있다. 각각의 고양이는 대체 불가능한 디지털 토큰을 나타낸다. 스펠스 오브 제네시스(Spells of Genesis), 포스 오브 윌(Force of Will)과 같은 카드 트레이딩 게임 역시 블록체인 기반이다.
또한 플라즈마 네트워크에서는 사용자가 두 개의 서로 다른 블록체인 기반 게임 사이를 오갈 수 있다.

루빈은 “예를 들어 두 가지 다른 플라즈마 기반 네트워크에 두 가지 게임이 있다고 치자. 한 게임에서 희귀한 검을 사용하고 있다면 이 검을 이더리움으로 가져와서 다른 사람에게 팔거나 다른 게임으로 옮길 수 있다”고 말했다.

현재까지 가장 유망한 계층 2 이더리움 프로젝트는 올해 초부터 가동된 SDK 키트인 룸 네트워크(Loom Network)다. 룸 네트워크에서는 고도로 확장 가능한 게임 및 사용자 대면 디앱(DApp)을 만들 수 있다. 이 계층 2 기술은 PoS 합의 메커니즘을 사용해 새 블록을 인증한다.

여전히 실험 단계
루빈은 이더리움이 서둘러 계층 2 프로토콜을 구현하지는 않는다면서, 현재 아키텍처를 사용해 효율성을 높이는 다른 “가지 메커니즘”도 있다고 말했다.

루빈은 “아직 실질적인 위험 상황은 아니다. 시스템은 당분간 더 확장할 수 있다”면서 “결점에도 불구하고 지금보다 성능을 2~3배는 더 높일 수 있을 것이라고 생각한다”고 말했다.

예를 들어 다음 이더리움 버전에서는 블록 크기가 50% 또는 70% 커져 더 많은 데이터가
체인에 저장되도록 할 가능성이 있다. 루빈은 “지금으로서는 그 방법을 추진 중”이라고 말했다. editor@itworld.co.kr
 

2018.08.17

블록체인 2단계 : 블록체인은 확장되는가?

Lucas Mearian | Computerworld
여러 조직에서 블록체인이 직면한 난제인 느린 거래 성능을 개선하기 위해 노력 중이다.

블록체인 분산 원장은 각각 그 앞의 레코드와 불가분하게 묶이는 전자 레코드 체인을
연결하는 방식으로 작동한다. 각 새로운 항목 집합 또는 “블록”은 피어 투 피어(P2P) 네트워크에서 합의 프로세스를 거친 후에만 해시태그로 시간 스탬프가 찍히고 완료된다.

체인이라는 특성상 블록체인에 삽입되는 새로운 각 레코드는 직렬화되어야 한다. 즉, 블록체인의 규모가 커지면 업데이트 속도는 데이터를 병렬로 업데이트할 수 있는 전통적인 데이터베이스보다 느려진다.



현재 세계에서 가장 인기 있는 암호화폐 원장인 비트코인과 이더리움은 새 블록을 인증하는 방법으로 노드(서버)가 복잡한 수학 문제를 완료해야 하는 작업 증명(proof of work, PoW) 합의 모델을 사용한다(웹 사이트에서 방문자가 사람인지 확인하기 위해 사용하는 문제/해답 메커니즘인 CAPTCHA와 비슷함).

PoW 메커니즘은 태생적으로 느리다. 예를 들어 비트코인에서 새 레코드 또는 블록을 원장에 추가하는 경우 항목당 허용되는 데이터가 1MB에 불과함에도 평균 약 10분이 필요하다. 이더리움에는 블록 크기 제한이 없지만(장기간에 걸쳐 동적으로 조정됨) 초당 약 20개의 거래만 처리가 가능하다. 비교하자면 비자(Visa)의 금융 네트워크는 피크 부하 시 초당 약 1만 개의 거래를 처리한다.

게다가 비트코인이나 이더리움 P2P 네트워크는 애초에 대량의 데이터를 저장하도록 설계됐다. 이로 인해 전자 원장이 유기적으로 커짐에 따라 이를 지탱하기 위해 필요한 계산 및 전력 용량도 커지게 된다.

저장 문제를 해결하고 거래 프로세스 속도를 높이기 위해 블록 크기를 늘리는 것부터 PoW에서 지분 증명(proof of stake, PoS)으로 합의 메커니즘을 바꾸는 안까지 여러 가지 솔루션이 제안됐다. 후자는 블록체인 합의 또는 투표 커뮤니티의 일원으로 참여하려면 먼저 담보금을 예치해야 하는 “담보부 검증자(bonded validator)” 또는 사용자를 생성한다. 담보부 검증자는 블록체인에서 정직하게 행동하는 한 합의 커뮤니티에 남을 수 있다. 그러나 시스템을 기만하려고 시도하는 경우 지분(돈)을 잃게 된다.

정답을 찾아서
이더리움은 작년 “캐스퍼(Casper)”라는 테스트넷에 PoS 메커니즘을 도입했다.



카네기 멜론 대학(CMU) 컴퓨터과학부 부교수인 바이풀 고얄은 “지분 증명 알고리즘은 확실히 작업 증명을 추월할 잠재력을 지녔다”면서 “그러나 그에 앞서 극복해야 하는 몇 가지 중대한 연구 과제가 아직 남아 있다”고 말했다.

(PoW와 PoS 메커니즘을 결합하는 혼합 모델도 있다. 기득권을 가진 사람에게 차별성을 부여하지만 전자 원장의 모든 사용자에게 어느 정도의 거래 검증을 허용한다.)

올해 초 이더리움 재단은 확장의 어려움을 해결하고자 외부 개발자들과 접촉하기도 했다.

재단이 살펴본 가능한 해결책은 두 가지다. 첫 번째는 계층 2라는 방법으로, 네트워크 참여자 간의 거추장스러운 왕복 프로세스를 전담할 별도의 블록체인 또는 데이터베이스를 두는 방법이다. 이렇게 해도 주 블록체인, 즉 계층 1 블록체인은 최종 거래 결과(이를 테면 1이더 또는 1비트코인을 구입했다는 결과)를 기록할 수 있다. “상태 채널”이라고도 하는 계층 2는 일상적인 프로세스를 체인 외부로 옮기면서 블록체인의 태생적 신뢰성을 유지함으로써 효율성을 대폭 높일 수 있다.

또 다른 가능성: ‘샤딩(Sharding)’
두 번째 잠정적 해결책은 PoS로 전환하고 “샤딩(sharding)”을 추가하는 방법이다. 샤딩은 네트워크의 노드를 파티션으로 분할하고, 각 파티션은 각 거래의 작은 조각을 맡아 처리해서 동시에 훨씬 더 많은 거래를 병렬로 처리할 수 있도록 한다. 또한 이더리움의 공동 창시자인 비탈릭 부테린은 블로그에서 샤딩은 “블록체인의 바람직한 탈중앙화와 보안 특성을 대부분 유지하므로” 블록체인의 태생적 보안을 약화시키지 않는다고 말했다.

그러나 이더리움의 또 다른 공동 창시자 조셉 루빈에 따르면 샤딩은 복잡하며 실제 사용
가능한 체계를 만드는 데 시간이 걸릴 것으로 보인다.

루빈은 “지분 증명과 샤딩을 통해 당장 확장성을 얻지는 못한다. 이는 이더리움 생태계에서 3단계에 추진될 예정”이라면서 “매우 난해한 작업이 될 것으로 예상된다. 그러나 계층 2 솔루션이 견고한 디딤돌 역할을 해줄 것”이라고 말했다.

비트코인과 이더리움 개발자들 모두 거래 데이터를 보조 데이터베이스 또는 블록체인으로 옮기는 안을 제안했다. 이 경우 “체인 외부”로 자금 전송이 가능해지고 자금 검증 프로세스만 체인에 유지된다. 비트코인 개발자들은 올해 초 거래와 소액거래가 별도의 P2P 네트워크에서 거의 즉각적으로 처리될 수 있는 “보조 계층” 결제 프로토콜로 라이트닝 네트워크(Lightning Network)를 제안했다.

루빈은 지난 달 홍콩에서 열린 라이즈(Rise) 컨퍼런스 연설에서 이더리움용 2계층 확장 해결책인 플라즈마(Plasma)를 언급했다. 플라즈마는 처리를 위한 제3의 블록체인을 주 블록체인, 즉 계층 1 블록체인에 추가한다. 플라즈마는 부테린, 그리고 비트코인에서 제안된 라이트닝 네트워크를 만들기도 한 조셉 푼이 2017년에 처음 소개했다.

루빈은 패널 토론 중 “이더리움이 계층 1 신뢰 시스템 역할을 하고, 계층 2 시스템에서 수십 만 건의 거래가 이뤄지게 되는 환경으로 가고 있다. 올해 그 결과를 볼 수 있을 것”이라고 말했다.
Computerworld와의 인터뷰에서 루빈은 이더리움이 계층 2 프로토콜을 향해 가고 있음을 확인했다. 게임 또는 암호화폐 교환을 위한 목적으로 플라즈마를 사용해 구축되고, 이는 다시 스마트 계약을 통해 계층 1 이더리움 블록체인으로 연결될 수 있다. (스마트 계약은 사전에 정해진 규칙에 따라 실행되는 비즈니스 자동화 스크립트다.)



스마트 계약은 루트 또는 계층 1 블록체인과 계층 2 블록체인 간의 거래 이동을 담당할 수 있다. 또한 스마트 계약은 해시 레코드로 표현되는 디지털 토큰이 두 번 이상 소비되지 않도록 하는 등의 규칙을 유지할 수도 있다. 계층 2 블록체인은 PoS, 나아가 권위 증명(Proof of Authority)과 같은 다른 합의 메커니즘을 사용해서 주 블록체인에서 보조 블록체인으로 이동하는 거래를 검증할 수 있다.

루빈은 “이 시스템에서 문제가 발생할 경우, 플라즈마 기술은 사용자가 시스템에서 복구된 가치의 마지막 체크포인트를 기준으로 자신의 토큰을 빼낼 수 있도록 한다. 사용자가 각자의 가치를 구제할 수 있는 이러한 기능은 계층 2 시스템의 관리자가 어떻게 해도 막을 수 없다”고 말했다.

암호 키를 분실하는 경우
시스템이 해킹되거나 사용자가 개인 암호 키를 분실하는 경우의 암호화폐 복구는 분산 전자 원장이 처음 만들어질 때부터 따라다닌 문제다. 개인 키를 분실하면 암호화폐에 액세스할 수 없다.

계층 2 이더리움 블록체인의 예로, 커피숍에서 분당 10원에 와이파이 액세스를 구매할 수 있도록 하는 애플리케이션을 들 수 있다. 고객은 카페에 들어와서 이더리움을 지원하는 애플리케이션을 사용해 와이파이 서비스에 로그인한다. 애플리케이션은 고객이 이더리움 스마트 계약을 통해 자신의 계좌에서 특정 금액을 따로 챙겨둘 수 있도록 한다. 1분이 지날 때마다 계층 2 블록체인의 스마트 계약은 와이파이 서비스 청구 비용에 추가되는 10원을 기록 또는 검증한다. 고객이 카페에서 나가면 전송된 최종 금액이 주 이더리움 블록체인에 기록된다. 서비스가 끝날 때 스마트 계약에 의해 자동으로 거래에 서명이 되면서 카페 소유주는 그 금액에 대한 권리를 획득한다.

블록체인은 게임에서도 인기 플랫폼으로 부상했다. 예를 들어 초창기부터 나온 가장 인기 있는 블록체인 기반 게임으로 가상 고양이를 수집, 교배, 거래하는 크립토키티(CryptoKitties)가 있다. 각각의 고양이는 대체 불가능한 디지털 토큰을 나타낸다. 스펠스 오브 제네시스(Spells of Genesis), 포스 오브 윌(Force of Will)과 같은 카드 트레이딩 게임 역시 블록체인 기반이다.
또한 플라즈마 네트워크에서는 사용자가 두 개의 서로 다른 블록체인 기반 게임 사이를 오갈 수 있다.

루빈은 “예를 들어 두 가지 다른 플라즈마 기반 네트워크에 두 가지 게임이 있다고 치자. 한 게임에서 희귀한 검을 사용하고 있다면 이 검을 이더리움으로 가져와서 다른 사람에게 팔거나 다른 게임으로 옮길 수 있다”고 말했다.

현재까지 가장 유망한 계층 2 이더리움 프로젝트는 올해 초부터 가동된 SDK 키트인 룸 네트워크(Loom Network)다. 룸 네트워크에서는 고도로 확장 가능한 게임 및 사용자 대면 디앱(DApp)을 만들 수 있다. 이 계층 2 기술은 PoS 합의 메커니즘을 사용해 새 블록을 인증한다.

여전히 실험 단계
루빈은 이더리움이 서둘러 계층 2 프로토콜을 구현하지는 않는다면서, 현재 아키텍처를 사용해 효율성을 높이는 다른 “가지 메커니즘”도 있다고 말했다.

루빈은 “아직 실질적인 위험 상황은 아니다. 시스템은 당분간 더 확장할 수 있다”면서 “결점에도 불구하고 지금보다 성능을 2~3배는 더 높일 수 있을 것이라고 생각한다”고 말했다.

예를 들어 다음 이더리움 버전에서는 블록 크기가 50% 또는 70% 커져 더 많은 데이터가
체인에 저장되도록 할 가능성이 있다. 루빈은 “지금으로서는 그 방법을 추진 중”이라고 말했다. editor@itworld.co.kr
 

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