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블록체인

블록체인 신흥 강자 ‘솔라나’와 기반 아키텍처 탐구

Matthew Tyson | CIO 2022.08.02
‘솔라나(Solana)’는 (현존하는 블록체인 가운데) 가장 빠른 블록체인으로 꼽히며, 처리량이 많은 온-체인(on-chain) 애플리케이션 개발에서 이더리움과 경쟁하고 있다. 솔라나 그리고 솔라나의 빠르고 혁신적인 블록체인 아키텍처를 살펴본다. 

블록체인 개념이 암호화폐를 넘어 소프트웨어 애플리케이션으로 확장되면서, 트랜잭션 처리 성능을 향상시키는 것이 중요한 R&D 영역으로 자리 잡았다. 이 영역에서 비전 있는 개선사항 중 하나가 바로 솔라나 블록체인이 도입한 ‘역사 증명(Proof of History; PoH)’이다. 

여기에서는 ‘역사 증명(PoH)’이 트랜잭션 속도를 향상시키는 방법 그리고 ‘작업 증명(Proof of Work)’ 및 ‘지분 증명(Proof of Stake)’ 등 다른 블록체인 메커니즘과 연동되는 방법을 포함해 솔라나와 역사증명 개념을 소개한다.
 
ⓒGetty Images Bank

솔라나 블록체인이란?
웹3 용어에서 ‘솔라나’는 ‘레이어 1 체인(Layer 1 Chain)’으로, 다른(레이어 2) 네트워크가 구축할 수 있는 블록체인 네트워크의 기본 구조를 제공한다는 의미다. 다른 레이어 1 네트워크의 예로는 비트코인과 이더리움이 있다.

솔라나는 스마트 계약을 실행하고, 분산형 애플리케이션(dApp)을 연결하기 위한 토큰 솔(Sol) 그리고 분산형 시스템을 모두 제공한다는 점에서 이더리움 블록체인과 유사하다. 자세히 살펴보면, 솔라나의 블록체인 아키텍처는 몇 가지 새로운 아이디어를 도입하는 동시에 이더리움의 경쟁자이기도 하다.

솔라나의 통화는 현 시가총액 기준 5위를 기록하고 있다. 기사 작성 시점인 현재 2022년 크립토 윈터(가상화폐 시장 침체기) 속에서도 (솔라나의) 시가총액은 미화 150억 달러에 달한다. 솔라나는 온-체인 애플리케이션을 개발하는 데 가장 많이 사용되는 블록체인 중 하나이기도 하다.

블록체인 합의 메커니즘 
블록체인은 노드가 암호화된 개인 키로 식별되는 분산 데이터 저장소라고 할 수 있다. 이는 모든 노드가 수학적으로 고유한 ID 번호를 가지고 있다는 의미다. 노드에는 2가지 기본 역할이 있다. 클레임을 제기하고 이를 검증하는 것이다. 클레임을 제기할 때 노드는 클라이언트 애플리케이션의 역할을 한다. 블록체인 용어로 이런 종류의 노드를 ‘지갑(wallet)’이라고 한다. 지갑은 개인 키를 가지고 네트워크에 클레임을 제기한다. 

예를 들면 지갑은 일정 금액의 통화를 보유한 블록체인 주소의 소유권을 주장할 수 있다. 그다음 네트워크는 해당 클레임을 검증하는 작업을 수행한다. 유효성 검사를 담당하는 노드는 완전 노드(Full node) 또는 유효성 검사 노드(validator node)다.

지갑의 클레임 등 데이터 포인트를 가져와 분산 소프트웨어 시스템에 안정적으로 전파하는 프로세스는 어렵기로 악명 높은 문제다. 블록체인은 ‘합의 메커니즘’을 사용하여 네트워크를 통해 클레임을 전송한다. 네트워크의 합의 메커니즘은 공유된 버전의 진실에 도달하기 위해 사용하는 알고리즘이다.

솔라나의 ‘역사증명’ 
합의 메커니즘은 블록체인의 근본적인 특성이자 차별화 요소다. 솔라나의 합의 메커니즘은 몇 가지 새로운 특징이 있는데, 특히 역사증명(PoH) 알고리즘을 통해 처리 시간을 단축하고 거래 비용은 낮춘다.

PoH의 작동 방식을 이해하는 건 어렵지 않다. 처리 시간과 거래 비용이 어떻게 개선되는지 이해하는 게 조금 더 어렵다. 솔라나 백서는 세부 사항을 자세하게 다루고 있다. 그러나 나무만 보다간 숲을 놓칠 수 있다.

개념적으로 역사증명은 시간의 경과와 이벤트가 해당 타임라인에 속하는 위치를 암호학적으로 증명하는 방법을 제공한다. 이 합의 메커니즘은 작업증명(PoW) 또는 지분증명(PoS) 등 다른 전통적인 알고리즘과 함께 사용된다. 역사증명을 통해 솔라나에서는 지분증명을 더욱더 효율적이고 탄력적으로 수행할 수 있다.

역사증명과 궁극적 일관성
PoH를 암호화 시계(cryptographic clock)라고 생각할 수 있다. 해시를 사용해 트랜잭션에 타임스탬프를 지정하여 트랜잭션이 발생한 시점의 유효성을 보증한다. 이는 전체 네트워크가 노드의 임시 클레임 확인을 잊고, 해당 체인의 현재 상태 조정을 연기할 수 있다는 것을 의미한다. 

아울러 PoH는 대규모 네트워크 파티션(또는 포크)에도 궁극적 일관성을 위한 강력한 메커니즘을 제공하여 네트워크의 내결함성을 허용한다고 말할 수 있다. 노드는 트랜잭션에 순서를 매기기 위해 시스템 구조를 활용할 수 있기 때문에 블록을 효율적으로 처리하고, 유효한 블록을 원장으로 가져오는 데 더 많은 에너지를 할애할 수 있다.

솔라나는 비잔틴 내결함성 문제(BFT)에 관한 독특한 공격이기도 하며, 구성원 모두가 선의로 행동하지 않을 수 있는 그룹 내 합의를 다루는 것으로 요약될 수 있다(이는 처음에 비트코인의 개발에 박차를 가했던 이중지출의 문제와 동일하다).

역사증명 그리고 작업증명 알고리즘 
PoH를 살펴보는 또 다른 방법은 블록 순서와 관련해 작업증명 알고리즘의 개선 사항이라고 간주하는 것이다. 비트코인의 작업증명 구현에서는 블록 마이닝과 유효성 검사를 사용하여 순서를 매긴다. 네트워크는 블록당 약 10분의 속도로 유효한 블록을 생성하도록 조정된다. 이는 병목 현상이라고 할 수 있다. 즉, 블록 유효성 검사가 빨라지면 블록 충돌이 더 많이 발생하여 결국에는 수익을 감소시킨다. 또 블록체인은 순서를 매기기 위해 개별 유효성 검사 노드의 작업을 활용한다.

역사증명은 ‘만약 트랜잭션이 들어오는 대로 서명하는 암호화 시계를 제공할 메커니즘을 가지고 있다면 어떨까?’라는 질문을 던진다. 유효성 검사 노드는 여전히 트랜잭션으로 들어오는 클레임이 합법적인지 확인해야 한다. 하지만 시간 및 순서와 관련해 보고 있는 트랜잭션이 양호하다고 가정할 수 있다. 또한 작업증명 병목 현상을 제거한다.  

지분증명 및 검증 가능한 지연 함수
솔라나는 여전히 역사증명 이상의 합의 메커니즘을 필요로 하며, 지분증명을 사용한다. 하지만 유효성 검사는 ‘검증 가능한 지연 함수(VDF)’로 서명된 블록에 검증 작업을 수행한다. VDF의 핵심 아이디어는 실제로 함수를 실행하지 않고는 예측할 수 없는 입력을 받아 출력을 생성하는 함수를 실행하는 것이다. 그다음 함수를 함께 체인으로 묶는다. 즉, 마지막 함수의 출력이 다음 함수에 입력을 제공한다(프로세스에는 랜덤 데이터 포인트가 시드된다).

체인은 암호화 해싱 기능을 사용하여 수행된다. 또한 적시에 암호화된 방식으로 검증 가능한 순간의 지속적인 스트림을 제공한다. 이러한 시점에 정보를 해시 입력에 통합하여 추가 정보를 쉽게 추가할 수 있다. 솔라나 블록체인은 각 VDF 실행마다 도착하는 트랜잭션을 통합한다. 이 모든 것을 다음의 <그림 1>에서 이상적인 형태로 볼 수 있다. <그림 1>을 설명하자면 아래와 같다. 
 
<그림 1> VDF 타임 스탬프 트랜잭션의 이상적인 형태

• 실제 구현에서 네트워크는 VDF 서버(일명 ‘리더(Leader)’ 또는 PoH 생성기)를 들어오는 트랜잭션, 유효성 검사 노드 클러스터, 네트워크 장애 처리 및 VDF 서버 롤오버 프로세스와 조정해야 한다.

• 모든 트랜잭션은 PoH 생성기에 도달하여 ‘스탬프’된(stamped) 다음, 합의를 위해 분산 검증자 클러스터로 전달된다. PoH는 트랜잭션을 해시 출력으로 일괄 처리하기 때문에 유효성 검사자는 트랜잭션 순서가 유효한지 확인할 수 있다. 

• 그다음 유효성 검사 네트워크는 트랜잭션에 대한 표를 PoH 생성기로 반환하고, 트랜잭션은 유효한 것으로 간주된다.

• 네트워크 공격을 물리치기 위한 메커니즘과 함께, 실패 시 새로운 검증자를 리더 위치로 승격시키는 것을 조정하는 거버넌스 시스템이 구현된다.


결론적으로 PoH를 사용하면 잠재적인 블록 검증 시간이 획기적으로 증가한다. 하지만/아울러 이는 아키텍처의 복잡성이 증가했음을 의미하기도 한다. 이러한 복잡성은 솔라나의 평균 가동 중단률보다 높은 가동 중단률의 원인일 수 있다.

솔라나의 성능 이점 
솔라나 블록체인은 여전히 베타 상태다. 수십억 달러의 자산이 움직이는 네트워크를 (여전히) 시범 운영한다는 게 놀라울 수 있지만 이것이 웹3다. 솔라나는 역사증명 개념을 바탕으로 높은 수준의 안정성을 확보하기 위해 버그를 제거하는 과정을 거치고 있는 것으로 보인다.
 
<표 1> 평균 블록 검증 시간
비트코인 10분
이더리움 1.0 10~19초
이더리움 2.0 12~14초
솔라나 800밀리초

솔라나 PoH 메커니즘의 성능 이점을 알고 싶다면 <표 1>을 참조하라. 솔라나의 블록 처리량은 인상적이며, 이미 많은 주목을 받고 있다. 기관 투자자는 올해에만 솔라나에 1억 달러 이상을 쏟아부었다

솔라나는 기술적으로 매혹적이며, 계속 성숙해짐에 따라 지켜볼 만한 흥미로운 프로젝트가 될 것이다.
ciokr@idg.co.kr
 
 Tags 블록체인 솔라나 이더리움 온체인 역사증명 작업증명 지분증명 암호화폐 비트코인 스마트 계약 분산형 애플리케이션 토큰 크립토 윈터 합의 메커니즘
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