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블록체인 트릴레마, 레이어-3 스케일링 솔루션으로 푼다
Henry He
등록일: 2019-07-23  수정일: 2019-07-23

"토대가 없는 집을 어떻게 지을 수 있나요?!" 이것은 대부분의 야심찬 기업가들이 분산화된 애플리케이션을 개발하기 위한 프로젝트를 공개했을때 특히 투자자들로부터 받는 피드백입니다. 확장성이라는 것이 블록체인 기술의 광범위한 채택을 가로막는 현재 최대 이슈라는 것은 더이상 비밀이 아닙니다. 합리적인 사용을 하는 대부분의 분산화된 애플리케이션은 현재 시장에서 사용중인 이더리움과 같은 분산 원장보다 더 높은 초당 트랜잭션 수(TPS)를 필요로 합니다.


그림-1 에 설명된 "블록체인 트릴레마(trilemma)" 의 문제 때문에 스케일링은 중요한 문제입니다. 블록체인 시스템은 보안, 분산, 확장성 등 세 가지 속성 중 최대 두 가지만 가질 수 있기 때문에 대부분의 블록체인은 보안과 분산을 선택하고 확장성을 희생합니다.

그림-1: 블록체인 트릴레마


확장성 문제를 다루는 중요한 연구와 많은 프로젝트가 있지만, 거의 모든 프로젝트는 VRF, 샤딩, 플라즈마, state channel 및 기타 솔루션과 같은 레이어-1 또는 레이어-2 솔루션에 초점을 맞추고 있습니다. 안타깝게도 이러한 솔루션은 출시되거나 시장에서 언제든지 곧 사용할 수 있을 것 같지는 않습니다.


레이어-3 (애플리케이션) 계층에서는 확장성 문제를 해결할 수 있을까요? 레이어-3 에 최적화된 일부 분산화된 애플리케이션은 차단되거나 레이어-1 또는 레이어-2 솔루션이 구축되어 사용 가능해지기를 기다리는 대신에 확장해 나갈 수 있을까요? 대부분의 분산화된 애플리케이션에 대한 응답은 YES입니다.


블록체인 Tetralemma


레이어-3 스케일링 솔루션의 가장 큰 장점은 기존에 존재하는 기본 블록체인 인프라를 변경할 필요가 없다는 것입니다. 이것은 시스템이 그림 1과 같이 세 가지 특성을 모두 가질 수 있다는 것을 의미합니다. 어떻게 이게 가능할까요? 블록체인 시스템을 최적화하는데 있어서 반드시 균형을 맞춰야 하기 때문에 직관적이지는 않습니다.


명백하지는 않지만, 블록체인 트릴레마에는 암묵적인 가정이 있습니다. 이는 모든 트랜잭션이 가능한 한 빠르게 온-체인 결제(settlement )가 필요함을 가정하는 것이며, 블록체인 시스템이 on-chain settlement times(OCST) 을 희생해서는 안된다는 것입니다. 3가지 속성 트릴레마에 OCST 속성을 추가하면 실제로 그림-2와 같이 Tetralemma가 됩니다.


그림2 : 블록체인 Tetralemma


이 tetralemma는 전체적인 문제를 시스템 수준의 문제로 취급하는 반면, 트릴레마는 문제를 인프라 전용 문제로 취급합니다. 이러한 서로 다른 철학적인 사고는 "블록체인 인프라 레이어의 확장성 문제로 인해서 현실에 영향을 미치는 분산화된 애플리케이션이 아직 개발되거나 구축되지 않은" 현재의 환경을 빠르게 변화시킬 수 있는 많은 새로운 솔루션을 구현하는데 매우 중요합니다.


레이어-3 스케일링 솔루션은 보안, 분산 및 확장성을 동시에 제공하기 위해 on-chain settlement times (OCST)를 희생해야 합니다. 때문에, 이러한 솔루션의 혜택을 누릴 수 있는 것은 빠르게 작동하는 온-체인 결제(settlement ) 시간이 필요하지 않은 애플리케이션입니다. 다행히도, 대부분의 애플리케이션은 이러한 요구 사항을 충족합니다.


예를 들어, 아마존과 같은 커머스 애플리케션같은 경우에, 그 즉시 결정되는 것이 아니라 하루 동안에 커머스 트랜잭션을 확정짓고 결정할 수 있는 사용자 환경이 조성되어 있습니다. 따라서 Amazon은 많은 트랜잭션을 하나의 온-체인 결제 트랜잭션으로 일괄 처리하여 블록체인 인프라 레이어에서 확장성의 한계를 극복 할 수 있었습니다. 그리고 만약 온-체인 결제(settlement)가 문제를 일으킬 경우에, 아마존은 항상 선적을 보류하거나 다른 조치를 취할 수 있습니다. 이는 신용카드 트랜잭션이 확정되기를 기다리는 것과 크게 다르지 않습니다.


데자뷰


기술의 역사를 되돌아 보면, 오늘날 블록체인이 직면한 확장성 문제는 초창기 다른 기술에서 여러 번 발생했습니다. 애플리케이션 레이어의 스마트 솔루션은 기본 인프라 레이어의 처리량 한계를 극복하기 위해 개발되었습니다. 역사적으로 보면, 애플리케이션은 제한된 기반 인프라가 완전히 개발될 때까지 기다리지 않고 항상 미래 지향적인 솔루션을 모색하여, 결국 새로운 인프라를 구축하고 새로운 애플리케이션을 활성화하게 되었고, 소위 앱-인프라스트럭처 사이클을 시작 및 운영해 왔습니다.


완벽한 예로 인터넷을 들 수 있습니다. 인터넷 초기에는 대부분의 사람들이 최대 56kbit/s의 이론적 전송 속도를 가진 전화선을 통해 인터넷에 접속했습니다. 대역폭의 한계를 극복하기 위해서, 많은 애플리케이션은 전화선 인터넷 연결을 통해 데이터를 전송하기 전에 압축 기술을 사용하여 데이터를 먼저 압축했습니다. 우수한 압축 기술을 사용하여, 원래 원본 크기의 10%로 압축될 경우 인터넷 처리량이 10배 증가할 수 있었습니다.


주파수는 항상 제한된 자원이기 때문에, 무선 통신은 또 다른 좋은 예를 제공합니다. 동일한 무선 대역폭을 통해 더 많은 데이터를 전송하기 위해, GSM, CDMA, OFDM과 같은 더 나은 무선 데이터 인코딩 기술이 개발되었습니다. 인코딩 기술의 각 세대마다 주파수 효율을 크게 향상시켰습니다.


기존의 레이어-3 스케일링 솔루션


기본 블록체인 인프라의 제한된 리소스를 통해 더 많은 트랜잭션을 처리하는 간단한 방법은 일괄 트랜잭션입니다. 비트코인에서는 한명이 보낸 많은 트랜잭션을 하나의 트랜잭션으로 묶어서 일괄 처리를 하여, 비트코인 트랜잭션 수수료를 최대 80% 절감할 수 있게 되었습니다. (서명 집합, Taproot 등과 같은 보다 발전된 기술이 개발되고 있습니다.) 이더리움에서는 한번에 한 명의 전송인에서 여러 명의 수신자에게 자금을 전송할 수 있는 스마트 계약을 생성함으로써 일괄 처리를 달성합니다. 비록 일괄 처리가 구현하기 쉽지만, 비트코인 트랜잭션 수수료가 사상 최고치를 기록하거나 토큰 프로젝트가 수백 명의 수신자에게 토큰을 보내야 할 때에만 일괄 처리를 사용됩니다. 기본적으로 블록체인 시스템의 일괄 처리는 전화 접속 인터넷의 압축과 유사합니다.


일괄 처리(batch)는 확장성을 향상시킬 수 있지만 기본 블록체인 시스템의 한계에 의해 제한됩니다. 예를 들어 비트코인은 블록 크기에 의해 제한되고, 이더리움은 블록당 가스 캡에 의해 제한됩니다. 최근 이더리움의 설립자인 비탈릭 부테린은 ZK-SNARK를 사용하여 이더리움을 초당 ~500건의 트랜잭션을 처리할 수 있도록 확장할 것을 제안했습니다. 그리고 ZK-SNARK 가 처음 구현된 이후 롤-업, 사이드-체인, 전체 데이터 가용성을 비롯한 많은 새로운 프로젝트에 영향을 미쳤습니다.


ZK-SNARK는 너무 많은 기술적인 세부 사항을 다루지 않고도 컴퓨팅 오프-체인을 압축할 수 있으며 온-체인 결제를 위한 계산 및 데이터 저장용량이 거의 필요하지 않는 뛰어난 기술입니다. 단점은 ZK-SNARK가 개선되고 있음에도 불구하고 지금 당장 구현하는 데는 비용이 많이 든다는 점입니다. 기본적으로, 블록체인 시스템의 ZK-SNARK는 무선 통신의 인코딩 기술과 유사합니다.


특정 애플리케이션에 대한 확장성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 커머스 애플리케이션에서는 많은 트랜잭션이 동일한 수신자, 즉 제품을 판매하는 공급업체와 공유됩니다. 이러한 트랜잭션을 결합하여 총 트랜잭션 크기를 줄일 수 있으므로 확장성이 더욱 향상됩니다. 알다시피, 애플리케이션 스케일링 솔루션을 개발하는 데에는 더 최적화된 프로그래밍이 필요하지만, 아쉽게도 지금은 부족합니다. 그러나, 분산 애플리케이션 개발자들은 레이어-1 또는 레이어-2 확장 솔루션이 개발 및 구축되기를 기다리는 대신 레이어-3 확장 솔루션으로 전환하여 발전 시킬 수 있다는 사실을 알게 되면 빠르게 개선될 것으로 확신합니다.


결론


확장성은 블록체인 기술의 광범위한 채택을 가로막고 있는 가장 큰 문제입니다. 그러나 "블록체인 트릴레마"와 유사한 확장 문제는 이전에도 여러 차례 다른 기술의 초기 개발 과정에서도 여러번 발생했습니다. 인터넷 및 무선 통신 애플리케이션의 성장에서 보았듯이, 기본 블록체인 레이어의 처리량 한계을 극복하기 위해 레이어-3(애플리케이션 레이어)에서의 스마트 스케일링 솔루션이 개발되고 있습니다. 분산 애플리케이션 개발자들에게: 기다림을 멈추고 개발을 시작하세요. 우리는 여러분이 토대 없이 집을 지을 수 있기를 고대하고 있습니다.


감사: Jason Teutsch, Alex Gluchowski, Michael Lapinski, Brandon Bidlack, Danny Yang, Ryan Gentry, Chris Peel. 이 분들의 리뷰, 코멘트, 제안에 감사드립니다.

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