이더리움은 World Computer가 되기 위해서 반드시 샤딩 기술이 필요하다
이더리움 2.0 업데이트, The SURGE : 샤딩(Sharding) 기술에 대해서
CURG | Scott Choo
이더리움의 VISION
비트코인이 21세기 금과 같다면, 이더리움은 제2의 인터넷이라고 비유를 많이 한다.
이더리움은 비트코인의 단점들을 보완하고 컴퓨팅 기능을 넣음으로써 블록체인 상에서 프로그램을 실행시킬 수 있게 되었는데 한마디로 블록체인 네트워크 상에서 프로그램을 구현할 수도 있고 실행시킬 수도 있게 된 것이다.
마치 현재 스마트폰 OS의 양대 산맥인 iOS와 안드로이드처럼 이더리움도 이와 비슷한 플랫폼 역할을 수행한다고 생각하면 된다.
궁극적으로 이더리움은 Smart Contract를 기반으로 한 World Computer가 되어 전 세계를 대상으로 블록체인 위에서 다양한 서비스를 제공할 수 있는 플랫폼을 목표로 하고 있다.
현재 처한 치명적인 문제점
전 세계를 대상으로 한 플랫폼이 되기 위해서는 방대한 트랜잭션을 빠르게 전송하는 것은 매우 당연한 일이다.
하지만, 현재 이더리움은 그만큼의 확장성을 확보하지 못하여 매우 느리며 트랜잭션을 전송하는 데 드는 비용인 수수료(Gas)가 매우 높은 상황이다.
현재 전 세계가 가장 많이 사용하는 카드인 Visa의 TPS는 65,000 이상인 것에 반해, World Computer가 목표인 이더리움의 TPS는 겨우 7–15이다. 세계적으로 다양한 서비스를 이더리움 위에서 운영하려면 최소 비자카드 수준의 거래 처리 역량을 갖춰야 하지만 아직은 그렇지 않은 상황이다.
이렇게 TPS가 매우 낮은 것에 비해 이더리움 네트워크에 대한 수요는 급증하여 거래를 처리할 때 필요한 수수료가 엄청 높아진 상황이다.
그래서 이더리움은 위의 문제점들을 해결하여 궁극적인 목표인 World Computer에 가까워지고자 ‘이더리움 2.0 업데이트’를 진행 중에 있다.
틈을 보고 치고 올라오는 경쟁자들 Feat. 솔라나, 루나, 아발란체, 니어 프로토콜
2021년은 위에서 언급한 이더리움의 문제점인 느린 트랜잭션 처리 속도와 높은 수수료로 사용자들의 불만이 많았던 상황 속에서 이더리움 2.0의 주요 업데이트까지 지연됐던 시기였다.
이렇게 이더리움이 주춤하고 있는 사이에 작년 Layer 1 체인 중 대표 격인 Solunavax(솔라나, 루나, 아발란체; 솔루나백스)가 엄청난 성장을 이뤄내며 빠르게 치고 올라왔다.
이더리움의 경쟁자(?)라고 불릴 수 있는 Layer 1 체인들인 솔라나, 루나, 아발란체 그리고 니어 프로토콜에 대해서 간략하게 알아보도록 하자.
솔라나(Solana; SOL)
a. 빠른 속도와 낮은 수수료
솔라나 평균 속도는 약 5만 TPS로 알려져 있다. 솔라나의 기록 증명(PoH)과 지분 증명(PoS) 모델은 코인 소유권을 기반으로 거래를 확인하며 이러한 검증 방식은 솔라나의 수수료를 거래당 1센트 미만으로 낮추는 데 중요한 역할을 했다.
b. 낮은 탈 중앙성
솔라나는 빠른 속도를 내세우며 등장했지만, 블록체인의 탈 중앙성은 어느 정도 포기할 수밖에 없다. 블록체인 네트워크에서 거래 유효성 검증 역할을 하는 노드 수가 적기에 만약 트랜잭션 과부하가 발생하게 된다면 노드가 모두 멈춰버리는 문제가 발생하기 쉽다. 이더리움같이 상대적으로 노드가 잘 분산되어 있는 안정적인 메인넷 대비 솔라나는 아직 네트워크 환경이 불안정하다는 평이 많다.
테라(Terra; LUNA) (이제는…)
a. Luna에 대해서 제대로 이해하기 위해서는 Terra(테라) 블록체인과 그 생태계를 먼저 이해해야만 한다.
b. 테라 블록체인 위에서 발행되는 스테이블 코인은 테라 토큰(UST)이며 이 UST와 LUNA는 서로의 가치를 안정화시켜주는 알고리즘 메커니즘 위에 있는 관계이다.
c. 이 알고리즘 메커니즘은 쉽게 말해, UST의 가치가 기존($1)보다 낮아지면($0.98) LUNA 토큰이 시장에 더 풀리며 UST의 가치가 기존($1)보다 높아지면($1.1) LUNA 토큰이 시장에서 소각되는 시스템이다.
아발란체(Avalanche; AVAX)
a. 뛰어난 확장성을 갖추고 낮은 지연속도(2초), 높은 트랜잭션 처리 속도(4,500 TPS)
b. 3가지의 체인으로 구성
1) Exchange (X) Chain : 거래 전용 Chain. 아발란체의 메인 네트워크이며 사용자들이 가장 많이 거래하는 네트워크이다.
2) Platform (P) Chain : 자기가 직접 블록체인을 구성할 수 있도록 하는 Chain. 특히 서브넷이라는 개념을 제공하며, 검증자들을 조정할 수 있고, 여러 블록체인을 밑에 둘 수 있다. (일종의 메인넷이 될 수 있다는 개념)
3) Contract © Chain : 스마트 컨트랙트용 Chain. 아발란체는 EVM(이더리움 가상머신)에 쓰는 Solidity 기반의 스마트 컨트랙트를 지원한다. 즉, 이더리움에서 쓰던 것을 그대로 아발란체로 가져올 수 있다는 이야기이다.
c. 이더리움과의 호환성이 굉장히 잘 되어있는 Layer 1 체인이다.
니어 프로토콜(Near Protocol; NEAR)
a. Night Shade 샤딩
샤드를 필요할 때마다 늘리거나 합병해서 적절한 TPS를 제공하고자 한다. 하나의 샤드는 800~1000 TPS를 지원하며, 샤드를 무한정 늘리면 이론상 TPS는 무한대에 이르게 된다.
b. 개발자 친화적 메인넷
1) 개발자는 스마트 컨트랙트 수수료 30%를 획득
2) 솔리디티뿐 아니라, Rust, Assembly Script 등 인기 프로그래밍 언어를 지원
c. Rainbow Bridge: 다른 생태계와의 호환성. 특히, 이더리움과 호환 가능!
d. 1조 원 생태계 조성 자금 확보
이더리움 킬러(?)라고 불릴 만한 Layer 1 체인들의 성장세를 보며 이더리움 재단은 약간의 위기의식을 느꼈을 것이고 이더리움 2.0 업데이트가 최대한 신속하게 이루어져야 한다고 생각이 들었을 것이다.
이더리움 2.0 업데이트 로드맵
이더리움 2.0 업데이트가 반드시 필요하다는 것을 알게 되었는데 그렇다면 어떠한 로드맵을 갖고 업데이트가 진행되고 있는지 알아보도록 하자.
1. 이더리움 2.0의 전체 로드맵
이더리움 2.0 전체 로드맵은 크게 4단계로 이루어져 있으며 현재는 4단계인 Serenity Phase가 진행 중이다.
✔️ 1단계. Frontier (프론티어)
2015년 07월 30일 제네시스 블록 생성과 함께 시작했다. 이때 이더리움 네트워크의 코인 ETH(이더)의 채굴이 이뤄졌다.
✔️ 2단계. Homestead (홈스테드)
2016년에 시작되었으며, 이더리움 네트워크에서 DApp(디앱)이 만들어지기 시작했다.
✔️ 3단계. Metropolis (메트로폴리스)
2017년부터 현재까지 이더리움 네트워크의 효율적인 확장을 위해 PoW(작업 증명)에서 PoS(지분 증명)으로 전환을 준비하는 단계에 있다. 세부적으로는 비잔티움, 코스탄티노플, 이스탄불 등 하드포크를 진행했다.
✔️ 4단계. Serenity (세레니티)
이더리움의 최종 단계로, 2019년부터 시작됐다. 세레니티는 1~3단계와 가장 큰 차이점이 있는데, 세레니티는 실질적인 PoS로의 전환을 의미한다. 진정한 ‘이더리움 2.0’이 바로 이 단계라고 할 수 있다.
2. Serenity Phase의 세부 로드맵
이더리움 2.0 마지막 단계인 Serenity Phase에서 더 세부적인 로드맵을 알아보자.
✔️ The Merge : PoW → PoS로의 전환
이더리움 2.0에서 가장 심플하지만 가장 중요한 업데이트이다. 현재 트랜잭션 검증 방식인 PoW(작업 증명)에서 PoS(지분 증명)으로 바꿈으로써 플랫폼 블록체인의 역할에 더욱 집중할 수 있게 된다.
✔️ The Surge : Sharding(샤딩) 기술 도입
쉽게 말해서, 높은 보안성을 여전히 유지하며 하나의 블록체인을 여러 블록체인으로 나눠 트랜잭션 처리 속도를 확실하게 높일 수 있는 업데이트이다.
✔️ The Verge : Merkle trees(머클 트리) → Verkle trees(버클 트리)로 전환
머클 트리의 목적은 간단하게 데이터의 간편하고 확실한 인증을 위해 사용한다고 생각하면 된다.
버클 트리로의 전환을 통해 블록체인에서 더 심플한 검증이 가능해지며 검증이 더욱 확장 가능하고 빠르고 쉽게 실행되어 네트워크를 더욱 탈 중앙화되게끔 만든다.
✔️ The Purge : History Expiry(기록 만료)
이 업데이트는 모든 노드들이 모든 기록을 블록에 영구적으로 저장하지 않게끔 만든다. 이를 통해 노드에 대한 하드웨어 사양을 감소시키고 네트워크의 대역폭도 감소하게 된다.
✔️ The Splurge : EVM 획기적인 개선
이더리움의 엔진이라고 할 수 있는 EVM을 더욱 효율적이고 사용자가 더 쉽게 접근할 수 있도록 만들 수 있는 업데이트이다. 자세한 내용으로는 PBS, VDF, 영지식 증명 등이 포함되어 있다.
Sharding(샤딩) 기술에 대해서 알아보자
이더리움 2.0 업데이트에서 물론 The Merge, Surge, Verge, Purge, Splurge 등등 대부분 업데이트가 중요하겠지만 그중에서 개인적으로 이더리움이 World Computer가 되기 위해서 The Surge 업데이트의 Sharding(샤딩) 기술이 가장 중요하다고 생각한다.
비탈릭 부테린은 블록체인 트릴레마를 해결하기 위한 방법으로 샤딩 기술과 Layer2를 이용한 모듈형 블록체인 구조를 제시하였다.
현재 대부분 L1 블록체인은 각 노드마다 네트워크 내 모든 트랜잭션을 처리하고 있는데 이 방법은 보안성이 뛰어나다는 장점이 있으나, 동시에 모든 노드들이 같은 Data(사용자 자금, 컨트랙트 코드, 스토리지 등)를 저장해야 하고 각 트랜잭션에 대해 합의를 봐야 하기 때문에 확장성 측면에서 분명한 한계가 나타난다.
샤딩(Sharding)은 말 그대로 L1 블록체인을 여러 개의 체인, 혹은 샤드(Shards)로 쪼개는 것을 의미한다.
쉽게 말해, 이더리움 체인을 여러 개의 하위 체인(샤드; Shard)들로 분할한 뒤 노드들을 그룹 별로 나눠 샤드 당 검증자 한 그룹 씩 배치시켜 소속되어 있는 샤드의 트랜잭션만 검증하고 저장하게끔 한다.
샤딩 기술의 장점
샤딩 기술로 인해 노드 수가 증가하면 확장성, 탈 중앙화, 보안성이라는 세 마리의 토끼를 동시에 잡을 수 있게 되며 결과적으로 네트워크를 검증하는 부담을 줄이고 효율성이 증대되는 효과가 생긴다.
검증 속도 증가
기존의 L1 블록체인은 노드 수가 증가하면 (혹은 보안성이 증가하면) 검증 속도가 느려져 (혹은 확장성이 떨어져) 하나를 얻게 되었을 때, 하나를 포기해야 하는 구조를 띄고 있다.
반면, 샤드 체인의 검증자 그룹인 committee는 검증해야 하는 블록 수가 정해져 있어서 노드 수가 증가하게 되면 committee 수도 증가하게 되어 이는 곧 더 많은 블록을 동시에 검증할 수 있음을 의미한다.
이렇게 되면 노드 수가 증가하더라도 오히려 검증 속도가 빨라지게 된다.
탈 중앙화 및 보안성 개선
또한, 샤딩 기술로 인해 노드는 방대한 크기의 전체 블록체인에 연결할 필요가 없어지게 되어 검증할 수 있는 노드가 되기 위한 하드웨어 최소 사양이 대폭 낮아진다.
이렇게 되면 노드가 될 수 있는 진입장벽이 낮아져 노드 수가 증가할 것이고 이는 블록체인의 탈 중앙화 및 보안성이 크게 개선되는 효과가 있다.
51% 공격에 취약하지 않을까
하지만, 장점이 있다면 단점도 있는 법.
샤딩의 가장 큰 문제점 중 하나는 해커들이 전체 네트워크의 51%를 공격할 필요 없이 1개의 샤드 내에서 51%만 확보하게 되면 공격이 가능하다는 것이다.
이렇게 되면 샤딩 기술을 통해 확장성은 크게 확보했을지라도 보안성에 치명적인 문제가 생기게 된다.
랜덤 샘플링 기술
51%의 공격에 취약한 샤드 기술에 이더리움은 ‘랜덤 샘플링’ 기술을 활용해 블록체인의 보안성을 유지하고자 한다.
PoS 블록체인 내 검증자 수가 10,000명, 검증해야 하는 블록이 100개가 있다고 가정해 보자.
가장 먼저 해야 할 일은 검증자 순서를 무작위로 섞는 것이다. 이후 검증자 목록에 포함되어 있는 검증자들을 순서대로 100명씩 묶어 한 블록씩 검증을 담당하게 한다.
이렇게 하면, 블록마다 한 개의 샤드에 배정하고 검증자들은 자기가 소속되어 있는 샤드의 블록만 검증하면 된다.
샤드 체인은 랜덤 샘플링을 통해 블록체인 해커들이 한 샤드만 집중적으로 공격하는 것을 방지할 수 있게 된다.
위의 그림과 같이, 랜덤 샘플링을 적용하지 않았을 경우 통계적으로 네트워크에 참여하고 있는 전체 검증자 노드 수 중 30~40%가 해커면 과반 수 이상의 해커들이 committee에 침투하여 공격할 가능성이 있게 된다.
반면, 랜덤 샘플링을 적용했을 경우 그 가능성이 현저하게 낮아지며, 30% 이하면 아예 불가능하다.
기술적 의의
샤드 체인은 주로 Data Availability(데이터 가용성) 레이어를 작동할 것이라고 알려져 있지만, 사실 샤딩이 주목받는 이유는 “탈 중앙화를 해치지 않으면서도 L1 블록체인을 무한에 가까운 확장성을 제공해 줄 수 있는 방법이며, 이더리움이 World Computer가 되기 위해서는 반드시 실현되어야 할 핵심 기술”이기 때문이다.
요즘 Crypto 가격으로 인해 힘드신 분들도 계실 거라고 생각이 든다. (사실 필자 또한 말도 안 되는 수익률을 갖고 있어서 마음이 좋지 않다😭)
하지만, 이럴수록 더 기본에 더 충실해야 된다고 생각한다.
이쪽 세상에서 기본이라 함은 단순한 코인 호재나 VC 투자 유치 등이 아니라 결국 기술의 발전이다.
기술이 올바르게 발전해야 세상에 더 좋은 가치를 제대로 전달할 수 있고 가격 또한 이를 뒤따라 가기 마련이다.
거시적인 관점에서 지금의 변동성은 사실 큰 의미를 부여하기에는 Crypto 투자자로서 그리고 Web3 주요 플레이어가 되고 싶은 개인으로서 적절하지 못하다고 생각한다.
이럴수록 가격 변동성에 심리적인 부담감을 느끼며 전전긍긍할 것이 아니라, 관련 기술들은 어떻게 발전되고 있는가 어떤 식으로 흘러갈 것인가에 대해서 리서치하는 것이 가장 합리적이며 정답에 가깝다고 생각한다.
그래서 이더리움 2.0 업데이트에 대해서 흥미가 생겼고 더욱 알아보고 싶었다.
절대 필자는 이더리움이 최고고 다른 블록체인은 스캠이야! 라고 생각하지 않는다.
오히려 이더리움도 필요하지만 다른 블록체인들도 필요하며 여러 블록체인이 상호운용성을 가질 때, 더욱 블록체인의 기술이 빛을 발할 것이라고 생각이 든다.
이러한 관점에서 이번 글을 적었으며 많이 부족하지만 많은 사람이 가격이 아닌 기술에 집중하여 Web3 시대를 준비했으면 하는 바램과 함께 글을 줄여본다.
-End-
