2020.02.06

"블록체인 거래속도 4배 빨라진다"…MIT, 라우팅 기술 ‘스파이더’ 개발

Lucas Mearian | Computerworld
그동안 블록체인 업계와 컨소시엄, 공급 업체 등은 규모와 효율성 측면에서 블록체인 기반 암호화폐 거래 확장 문제를 해결하기 위해 노력해왔다. 이 문제를 해결할 수 있다면 디지털 화폐가 전통적인 은행과 경쟁하는 것은 물론, 심지어 신용카드의 대항마가 될 수도 있다. 개인의 은행 계좌와 신용을 은행이 아니라 블록체인 업계가 통제하는 퍼블릭-프라이빗 키 인프라에 연결해 운영할 수 있기 때문이다.
 
ⓒ Getty Images Bank

그러나 암호화폐 도입과 사용이 증가하지만, 블록체인을 사용해 대규모 결제를 빠르게 수행하는 것은 여전히 과제로 남아있다. 이를 위해 MIT 연구진은 “스파이더(Spider)”라는 더 효율적인 라우팅 체계를 개발했다. 연구진은 암호화폐 거래 속도를 4배 높일 수 있다고 주장하는데, 오는 2월 말 네트워크 시스템 설계 및 구현 분야 유제닉스(USENIX) 심포지엄에서 이 기술에 대한 상세한 내용을 소개할 예정이다.
 
현재 암호화폐 네트워크는 블록당 소량의 데이터만 허용하며, 각 거래를 처리하는 데 몇 분이 걸린다. 예를 들어, 비트코인 원장은 평균 3.3~7TPS(Transactions Per Second), 이더리움은 10~30TPS를 처리한다. 이에 비해 비자(Visa) 네트워크는 평균 1,700TPS, 최대 로드 시에는 그 이상을 처리한다. 블록체인은 피어 투 피어 분산 원장 기술로 거래를 실시간으로 누구나 열람할 수 있어 효율적이지만, 실질적인 성능에 문제가 있음을 알 수 있다. 블록체인의 모든 엔트리에 대해, 모든 노드가 동일한 거래를 처리 해야 하거나, 합의에 도달해야 하므로 많은 시간이 걸리는 것이다.
  
이런 한계로 라이트닝(Lightning) 네트워크나 레이든(Raiden) 네트워크와 같은 확장 가능한 양방향 결재 채널 네트워크(Payment Channel Network, PCN)가 등장했지만 완벽한 대안이 되지 못했다. PCN을 제어하는 스마트 계약 스크립트는 가장 짧은 경로를 따라 트랜잭션을 자동으로 라우팅하기 때문에 양방향 PCN은 여전히 “채널 포화”에 직면해 있다. 그 결과 일부 에스크로 계좌는 다른 계좌보다 빨리 고갈된다. 이처럼 현재의 비효율적인 라우팅 방식은 사용자의 계좌 잔고를 자주 고갈시키므로, 각 계좌에 많은 돈을 유지하거나 블록체인에서 계좌 잔고를 자주 확인하고 조정해야 한다.
 
PCN은 양 당사자가 돈을 주고받을 수 있는 양방향 공동 계좌에 크게 의존하므로 모든 사용자 간에 돈이 전송될 수 있다. 사용자 B는 사용자 A와 공동 계좌를 보유하는 동시에, 사용자 C와 별도로 연결할 수도 있다. 연구진에 의하면, 사용자 A와 C는 직접 연결되지 않지만, A는 A-B와 B-C의 공동 계좌를 통해 C에게 송금할 수 있다.
 
이에 따라 MIT 연구팀은 가장 빠른 경로 라우팅의 해법을 찾는 데 집중했다. MIT 컴퓨터·AI 연구소(CSAIL)의 수석 저자이자 대학원생인 빕하락쉬미 시바라만은 “가장 빠른 경로 라우팅은 주요 결제 채널을 고갈시키고 시스템을 마비시켜 계좌 간에 불균형을 초래할 수 있다. 각 공동 계좌에 있는 두 사용자의 자금이 균형을 이루도록 돈을 라우팅하면 동일한 초기 자금을 재사용해 가능한 많은 트랜잭션을 지원할 수 있다”라고 말했다.
 
연구진은 또 데이터센터 정체를 모니터링해 정체된 계좌의 큐잉(버퍼링) 지연을 파악해 트랜잭션 속도를 조절하는 알고리즘을 채택했다.
 
연구진은 “사용자 A가 B를 통해 C에게 자금을 보내는데 대기열이 긴 상황을 가정해보자. 수신자 C는 발신자 A에게 결제 확인과 함께 B에서의 트랜잭션 대기 시간을 나타내는 1비트의 정보를 보낸다. 대기 시간이 너무 길면, 사용자 A가 B를 통해 더 적은 트랜잭션을 라우팅한다. 대기 시간이 줄어들면 계좌 A는 B를 통해 더 많은 트랜잭션을 라우팅한다. 이처럼 스파이더는 대기열을 감시하는 방식으로 트랜잭션 속도가 균형을 이루면서 가능한 한 높게 유지한다"라고 말했다.
 
결국 암호화폐 네트워크 사용자는 스파이더 토폴로지를 통해 네트워크와 관련된 각 계좌에 자금의 일부만 투자하고, 블록체인에서 잔고를 재조정하기 전에 약 4배의 “오프체인” 트랜잭션을 처리할 수 있다.
 
스파이더 라우팅 방식은 트랜잭션을 “패킷화”하고 다중 경로 전송 프로토콜을 사용해 PCN에서 높은 처리량의 라우팅을 달성한다. 논문에 따르면, 패킷화를 통해 스파이더는 시간이 지남에 따라 저용량 결제 채널에서 대규모 트랜잭션까지 완료할 수 있다. 또한, 다중 경로 정체 제어 프로토콜은 채널의 균형을 이룬 사용과 흐름의 공정성을 보장한다. 연구진은 “궁극적으로 PCN 라우팅이 균형을 이룰수록 높은 트랜잭션 처리량에 필요한 용량, 즉 모든 공동 계좌의 전체 자금이 더 줄어든다”라고 말했다.
 
가트너 리서치 부사장 아비바 리탄은 “MIT 연구진의 네트워크 성능 개선 기술은 ‘통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 패킷 스위칭’과 ‘많은 시스템/네트워크 관리 솔루션에서 사용되는 대기열 관리’와 유사하다. 데이터 센터 및 기타 데이터 집계 지점에서 네트워크 혼잡 및 트래픽을 완화한다”라고 설명했다.
 
연구진은 광범위한 시뮬레이션을 통해 스파이더가 기존 라우팅 방식에 필요했던 운영비용의 25%만으로 전체 트랜잭션의 95%를 처리했음을 증명했다고 설명했다. 라우팅된 만 개의 트랜잭션당 단 1개의 온체인(on-chain) 트랜잭션만으로 불균형한 수요에 대한 전체 처리를 할 수 있었다.
 
리탄은 “MIT 연구진은 네트워크 성능을 개선하기 위해 일반적으로 사용하는 기존 기술을 메인 넷(Main Net) 트랜잭션 양과 그에 따른 성능 병목 현상을 없애기 위해 개발된 블록체인 채널 솔루션에 현명하게 적용하고 있다. MIT에는 똑똑한 수학자와 컴퓨터 과학자가 많으므로, 블록체인 트랜잭션을 위해 이만큼 혁신적인 솔루션을 개발하는 것은 놀라운 일이 아니다”라고 말했다. editor@itworld.co.kr


2020.02.06

"블록체인 거래속도 4배 빨라진다"…MIT, 라우팅 기술 ‘스파이더’ 개발

Lucas Mearian | Computerworld
그동안 블록체인 업계와 컨소시엄, 공급 업체 등은 규모와 효율성 측면에서 블록체인 기반 암호화폐 거래 확장 문제를 해결하기 위해 노력해왔다. 이 문제를 해결할 수 있다면 디지털 화폐가 전통적인 은행과 경쟁하는 것은 물론, 심지어 신용카드의 대항마가 될 수도 있다. 개인의 은행 계좌와 신용을 은행이 아니라 블록체인 업계가 통제하는 퍼블릭-프라이빗 키 인프라에 연결해 운영할 수 있기 때문이다.
 
ⓒ Getty Images Bank

그러나 암호화폐 도입과 사용이 증가하지만, 블록체인을 사용해 대규모 결제를 빠르게 수행하는 것은 여전히 과제로 남아있다. 이를 위해 MIT 연구진은 “스파이더(Spider)”라는 더 효율적인 라우팅 체계를 개발했다. 연구진은 암호화폐 거래 속도를 4배 높일 수 있다고 주장하는데, 오는 2월 말 네트워크 시스템 설계 및 구현 분야 유제닉스(USENIX) 심포지엄에서 이 기술에 대한 상세한 내용을 소개할 예정이다.
 
현재 암호화폐 네트워크는 블록당 소량의 데이터만 허용하며, 각 거래를 처리하는 데 몇 분이 걸린다. 예를 들어, 비트코인 원장은 평균 3.3~7TPS(Transactions Per Second), 이더리움은 10~30TPS를 처리한다. 이에 비해 비자(Visa) 네트워크는 평균 1,700TPS, 최대 로드 시에는 그 이상을 처리한다. 블록체인은 피어 투 피어 분산 원장 기술로 거래를 실시간으로 누구나 열람할 수 있어 효율적이지만, 실질적인 성능에 문제가 있음을 알 수 있다. 블록체인의 모든 엔트리에 대해, 모든 노드가 동일한 거래를 처리 해야 하거나, 합의에 도달해야 하므로 많은 시간이 걸리는 것이다.
  
이런 한계로 라이트닝(Lightning) 네트워크나 레이든(Raiden) 네트워크와 같은 확장 가능한 양방향 결재 채널 네트워크(Payment Channel Network, PCN)가 등장했지만 완벽한 대안이 되지 못했다. PCN을 제어하는 스마트 계약 스크립트는 가장 짧은 경로를 따라 트랜잭션을 자동으로 라우팅하기 때문에 양방향 PCN은 여전히 “채널 포화”에 직면해 있다. 그 결과 일부 에스크로 계좌는 다른 계좌보다 빨리 고갈된다. 이처럼 현재의 비효율적인 라우팅 방식은 사용자의 계좌 잔고를 자주 고갈시키므로, 각 계좌에 많은 돈을 유지하거나 블록체인에서 계좌 잔고를 자주 확인하고 조정해야 한다.
 
PCN은 양 당사자가 돈을 주고받을 수 있는 양방향 공동 계좌에 크게 의존하므로 모든 사용자 간에 돈이 전송될 수 있다. 사용자 B는 사용자 A와 공동 계좌를 보유하는 동시에, 사용자 C와 별도로 연결할 수도 있다. 연구진에 의하면, 사용자 A와 C는 직접 연결되지 않지만, A는 A-B와 B-C의 공동 계좌를 통해 C에게 송금할 수 있다.
 
이에 따라 MIT 연구팀은 가장 빠른 경로 라우팅의 해법을 찾는 데 집중했다. MIT 컴퓨터·AI 연구소(CSAIL)의 수석 저자이자 대학원생인 빕하락쉬미 시바라만은 “가장 빠른 경로 라우팅은 주요 결제 채널을 고갈시키고 시스템을 마비시켜 계좌 간에 불균형을 초래할 수 있다. 각 공동 계좌에 있는 두 사용자의 자금이 균형을 이루도록 돈을 라우팅하면 동일한 초기 자금을 재사용해 가능한 많은 트랜잭션을 지원할 수 있다”라고 말했다.
 
연구진은 또 데이터센터 정체를 모니터링해 정체된 계좌의 큐잉(버퍼링) 지연을 파악해 트랜잭션 속도를 조절하는 알고리즘을 채택했다.
 
연구진은 “사용자 A가 B를 통해 C에게 자금을 보내는데 대기열이 긴 상황을 가정해보자. 수신자 C는 발신자 A에게 결제 확인과 함께 B에서의 트랜잭션 대기 시간을 나타내는 1비트의 정보를 보낸다. 대기 시간이 너무 길면, 사용자 A가 B를 통해 더 적은 트랜잭션을 라우팅한다. 대기 시간이 줄어들면 계좌 A는 B를 통해 더 많은 트랜잭션을 라우팅한다. 이처럼 스파이더는 대기열을 감시하는 방식으로 트랜잭션 속도가 균형을 이루면서 가능한 한 높게 유지한다"라고 말했다.
 
결국 암호화폐 네트워크 사용자는 스파이더 토폴로지를 통해 네트워크와 관련된 각 계좌에 자금의 일부만 투자하고, 블록체인에서 잔고를 재조정하기 전에 약 4배의 “오프체인” 트랜잭션을 처리할 수 있다.
 
스파이더 라우팅 방식은 트랜잭션을 “패킷화”하고 다중 경로 전송 프로토콜을 사용해 PCN에서 높은 처리량의 라우팅을 달성한다. 논문에 따르면, 패킷화를 통해 스파이더는 시간이 지남에 따라 저용량 결제 채널에서 대규모 트랜잭션까지 완료할 수 있다. 또한, 다중 경로 정체 제어 프로토콜은 채널의 균형을 이룬 사용과 흐름의 공정성을 보장한다. 연구진은 “궁극적으로 PCN 라우팅이 균형을 이룰수록 높은 트랜잭션 처리량에 필요한 용량, 즉 모든 공동 계좌의 전체 자금이 더 줄어든다”라고 말했다.
 
가트너 리서치 부사장 아비바 리탄은 “MIT 연구진의 네트워크 성능 개선 기술은 ‘통신 시스템에서 일반적으로 사용되는 패킷 스위칭’과 ‘많은 시스템/네트워크 관리 솔루션에서 사용되는 대기열 관리’와 유사하다. 데이터 센터 및 기타 데이터 집계 지점에서 네트워크 혼잡 및 트래픽을 완화한다”라고 설명했다.
 
연구진은 광범위한 시뮬레이션을 통해 스파이더가 기존 라우팅 방식에 필요했던 운영비용의 25%만으로 전체 트랜잭션의 95%를 처리했음을 증명했다고 설명했다. 라우팅된 만 개의 트랜잭션당 단 1개의 온체인(on-chain) 트랜잭션만으로 불균형한 수요에 대한 전체 처리를 할 수 있었다.
 
리탄은 “MIT 연구진은 네트워크 성능을 개선하기 위해 일반적으로 사용하는 기존 기술을 메인 넷(Main Net) 트랜잭션 양과 그에 따른 성능 병목 현상을 없애기 위해 개발된 블록체인 채널 솔루션에 현명하게 적용하고 있다. MIT에는 똑똑한 수학자와 컴퓨터 과학자가 많으므로, 블록체인 트랜잭션을 위해 이만큼 혁신적인 솔루션을 개발하는 것은 놀라운 일이 아니다”라고 말했다. editor@itworld.co.kr


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