모듈러 블록체인과 Celestia
- 기존 블록체인의 문제점
2021년에는 느리고 비싼 이더리움에 대항하여 많은 Layer 1 블록체인들이 등장하였고, 각 블록체인은 각자의 강점을 내세우며 성장하였다. Layer 1 블록체인에서는 블록 생성과 검증에 관련된 합의, 트랜잭션에서 비롯된 각종 데이터를 저장, 트랜잭션을 실행하는 연산 과정을 거친다. 하지만 현재 대부분의 블록체인은 이러한 3가지 과정을 혼자서 수행하는 단일(Monolithic)한 형태를 띄고 있다. 한정된 리소스 위에서 3가지 일을 한꺼번에 수행해야 하니 사용자가 많아진다면 체인에 과부화가 올 것이고, 블록체인 상용화에 있어 병목으로 작용할 것이다. 때문에 이 3가지 테스크를 나눠서 처리하는 것의 필요성이 대두되면서 모듈러(Modular) 블록체인이 탄생하기 시작했고, 이번 글을 통해 그 중 하나인 Celestia를 살펴보고자 한다.
2. 확장성 개선의 노력
알려진 바로는 현재 전 세계적으로 생성된 블록체인 지갑의 수는 1억개가 채 되지 않는다. 최근 몇 년간 폭발적으로 증가하긴 했으나 그 뒷편에는 터무니 없이 비싼 체인의 이용료와 느린 속도 등 해결해야 할 문제가 아직 많이 남아있다. 가장 대중화된 체인인 이더리움은 이러한 문제를 각각 Layer 1(샤딩)과 Layer 2(롤업) 단에서 해결하고 있다. 샤딩은 메인체인의 여러 벨리데이터를 몇몇의 소그룹으로 나누어 병렬적으로 데이터 처리 및 저장을 하는기술을 말하고, 롤업은 메인체인이 아닌 별도의 체인에서 트랜잭션을 실행한 후 결과값을 이더리움에 저장하는 기술이다.
3. Celestia 및 Celestium 의 구조
Celestia는 위에서 나열한 블록체인의 기능들 중 데이터 접근성(Data availability) 부분을 전담하여 기존의 단일 블록체인보다 향상된 데이터 처리량(Data throughput) 제공을 목표로 하고 있다.
Celestia는 블록체인의 기능 중 데이터 접근성 만을 보장하고, 트랜잭션 검증이나 실행과 같은 다른 작업들은 다른 체인에게 맡긴다. 데이터 접근성을 간단히 요약하면 다음과 같다. 블록체인 상에서 일어난 트랜잭션은 기록되기 이전에 노드에서 검증하는 과정을 거치는데, 이러한 노드는 풀 노드와 라이트 노드로 나눌 수 있다. 풀 노드는 모든 트랜젝션 히스토리를 가지고 있기에 검증하려는 트랜잭션이 유효한지 바로 알 수 있지만, 라이트 노드는 블록 헤더만을 가지고 있기 때문에 독자적인 검증을 할 수 없으며, 트랜잭션 검증을 위해서는 풀 노드의 도움이 필요하다. 만약 유효하지 않은 트랜잭션이 있다면 풀 노드는 해당 트랜잭션의 메타데이터가 포함된 fraud proof를 라이트 노드에게 보내고, 라이트 노드는 풀 노드로부터 받은 fraud proof를 이용해 트랜잭션 유효성 검증을 수행하게 된다. 이와 같은 방식은 악의적인 블록 생성자가 고의로 특정 트랜잭션을 블록에서 제외시켜 fraud proof 자체를 생성할 수 없을 때 문제가 된다. 데이터 접근성을 보장한다는 의미는 블록 생성자가 이러한 악의적인 행동을 하지 못하도록 보장한다는 의미이며, 이는 곧 트랜잭션의 투명성에 기여를 하게 된다.
Celestia는 이를 새롭게 도입한 Data availability sampling을 통해 이러한 기능을 보장하였다. 이는 크게 Namespaced merkle tree와 2-Dimensional Reed-Solomon Merkle Tree로 구분된다(논문).
이러한 노력으로 Celestia에서는 라이트노드가 풀노드처럼 모든 데이터를 다운로드 할 필요 없이 데이터 접근성 증명이 가능해지도록 만들었다. 때문에 데이터 접근성 검증을 원하는 누군가가 직접 검증에 참여하고 싶다면 스스로 라이트노드를 운영하여 부담없이 네트워크의 데이터 접근성을 증명할 수 있다. 이러한 데이터 접근성은 트랜잭션 실행을 담당하는 롤업 프로토콜에 있어 필수적으로 요구되는 것이기에(옵티미스틱 롤업은 fraud를 발견하기 위해, zk 롤업은 현 체인의 상태를 알아내기위해) 더욱 중요하다.
Celestia에서 데이터 접근성이 증명되면, 이후 데이터가 Celestia에 기록되었다는 서명과 함께 quantum gravity bridge contract를 통해 이더리움에 전달된다. 이더리움의 L2 컨트랙트가 상태를 업데이트 할 때 이더리움의 calldata로 게시되는 트랜잭션 데이터에 의존하지 않고 DA 브릿지 컨트랙트에 쿼리를 보내 Celestia에서 검증된 데이터를 사용할 수 있는지 확인한다. 브릿지 컨트랙트는 이전에 전달된 모든 유효한 증명에 대해서 positive response를 반환하고, 그렇지 않다면 negative response를 반환한다. 이로써 이더리움은 기존의 테스크 부담을 덜 수 있고, 체인의 과부하를 막게 된다.
이러한 방식으로 확장성을 개선하면 가격 측면에서도 효율적이다. Celestium이라 불리는 이더리움 L2 체인은 데이터 접근성을 위해 Celestia를 사용하고, 동시에 검증과정은 이더리움 체인을 이용한다. Celestia는 트랜젝션을 직접 처리하지 않고, 데이터 계층으로만 작용하기에 기존 이더리움처럼 네트워크 비용이 사용하는 컴퓨팅 자원에 비례하지 않고 데이터의 크기를 기준으로 가격을 책정한다는 이점이 생긴다.
사실 이러한 데이터 접근성을 보장하는 기술은 이전에도 있었다. 대표적으로 Layer 2에서 오프체인 저장방식을 채택한 발리디움이 있다. 발리디움을 채택한 Starkware에서는 이더리움의 보안성을 활용하지 않고 트랜잭션의 신뢰성을 보장하는 7개 주체 (Starkware, Consensys, Infura, Nethermind, Iqlusion, Cephalopod, DeversiFi)인 Data Availability Committee (DAC)를 구성하여 확장성을 높였다. 하지만 이러한 기술의 치명적인 단점은 블록체인의 탈중앙성이 훼손된다는 점이다. DAC가 데이터의 접근성을 보장하지 않아도 그들의 평판에 스크래치가 갈 뿐 실질적인 불이익은 전혀 없다. 결국 네트워크 이용자는 이들을 온전히 신뢰해야하는 상황에 이르게 되는데, 이는 현존하는 중앙화 된 방식과 별 다를 바가 없다. 이는 데이터 접근성을 증명하는 밸리데이터를 믿을 수 없다면 자신이 직접 노드가 되어 데이터 접근성을 증명할 수 있는 Celestia와 확연히 대비되는 부분이다.
4. 마치며
DEX를 이용하며 지불하는 비싼 가스비와 자산의 급격한 시세 변동이 있을 때 일어나는 체인의 마비(BSC) 등을 직접 보면서 확장성 문제에 관심을 가지게 되었다. 현재는 몇 년 전 있었던 ICO 붐 때와는 다르게 블록체인 상에서 NFT, Defi, Social, Music, Game 등 다방면에서 사용자에게 나름의 가치를 주고 있고, 그에 맞게 기술 발전과 자본 유입도 상당한 수준으로 이루어지고 있다. 이러한 서비스들이 특정 사람들 뿐 아닌 전 세계적으로 상용화되기 위해서는 앞서 말했던 블록체인의 확장성 문제가 우선적으로 해결되어야 한다고 생각한다. 21년에는 솔라나, 루나, 아발란체 등 저마다의 방식으로 확장성 문제를 해결하여 나름의 생태계를 조성한 프로젝트들이 많은 발전을 이루었다. 올해는 비슷한 목표를 가진 Celestia의 발전을 지켜보는 것도 재미있는 관전 포인트가 될 것 같다.
References
