블록체인 트릴레마

Academy Author

2023년 11월 24일,2분

Basics

The 블록체인 트릴레마, 또한 확장성 트릴레마로 알려진 이는 분산 시스템을 확장하는 데 있어 핵심적인 과제를 공식화한 개념입니다. 문제는 블록체인의 세 가지 핵심 속성(탈중앙화, 보안, 생산성)이 동시에 모두 충족되도록 보장될 수 없다는 데 있습니다. 탈중앙화된 네트워크는 이 세 가지 특성 중 두 가지에 대해서만 높은 수준을 가질 수 있습니다. 즉, 한 측면이 강화되면 다른 측면은 필연적으로 희생됩니다.

이야기를 이어가기 전에 crypto trilemma의 세부적인 내용을 살펴보기 앞서, 먼저 확장성, 보안, 탈중앙화를 일반적인 의미로 정의해보겠습니다.

블록체인의 확장성은 더 많은 거래를 처리할 수 있는 능력을 의미합니다.
보안은 블록체인 데이터를 다양한 공격으로부터 보호하고 이중 지출을 방지하는 능력을 의미합니다.
탈중앙화는 네트워크가 제한된 수의 주체에 의해 통제되지 않도록 보장하는 네트워크 중복성의 한 형태입니다.

Bitcoin이 이를 잘 보여줍니다. 이 블록체인에서는 초당 거래 수가 약 7건으로 상당히 적고, 블록은 10분마다 채굴됩니다. 네트워크가 혼잡해지면 수수료가 낮은 거래는 처리하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 그 결과 보안과 탈중앙화 수준은 높지만, 생산성(즉, 확장성)은 낮습니다.

성능을 향상시키려면 블록 크기를 늘릴 수 있습니다. 하지만 그러면 복잡성이 급격히 증가하고, 결국에는 대형 채굴 풀만이 네트워크에 남을 수 있게 됩니다. 그 결과 시스템은 더 중앙화됩니다. 그리고 처리 시간을 줄이면 보안이 약화됩니다. 노드가 다음 블록이 채굴되기 전에 합의에 도달할 충분한 시간을 갖지 못할 수 있기 때문입니다.

확장성

네트워크는 이론적으로 다양한 문제를 해결하는 데 필요한 무한에 가까운 연산 능력을 가진 여러 컴퓨터로 구성됩니다. 네트워크 처리량은 단위 시간당 처리되는 거래 수를 측정하므로 근본적으로 중요한 지표입니다.

보안

외부 노출로부터의 보안은 암호화를 통해 확보됩니다. 블록체인 알고리즘은 현대 암호학을 활용합니다. 모든 거래(블록체인에 기록되는 항목)는 Proof-of-Work 합의 알고리즘을 활용하는 채굴 절차를 통해 검증됩니다. 즉, 각 거래는 블록체인에 추가되기 전에 암호화됩니다. 오늘날 폐쇄형 암호 키를 깨는 알려진 방법은 없습니다. 공격자가 이를 제한된 시간 안에 수행해야 하기 때문입니다.

탈중앙화

이 기능은 내부 노출로부터의 안전을 보장합니다. 데이터베이스(블록체인)는 모든 참여자의 컴퓨터에 동시에 저장됩니다. 이는 블록체인의 주요 특성 중 하나입니다. 이는 네트워크에 대한 결정을 내리는 중앙화된 기관, 개인 또는 서비스가 없다는 것을 의미합니다. 네트워크의 작업은 노드들 사이에 분산되며 완전히 탈중앙화되어 있습니다. 네트워크 알고리즘은 네트워크 내 데이터의 현재 상태에 관해 개별 노드 간 합의를 달성하기 위한 절차를 제공합니다. 이 메커니즘은 합의 메커니즘으로 알려져 있습니다. 정보를 소급하여 변경하려면 해당 노드의 50% 이상에서 동시에 변경해야 합니다. 물론 이러한 동시 해킹은 이론적으로 가능하지만, 실제로는 비현실적입니다.

블록체인 트릴레마 설명

위에서 설명한 네트워크 혼잡 문제에 대한 가장 명백하고 근본적인 해결책은 네트워크에 데이터 확인 및 추가를 수행하는 참여자 수를 줄이는 것입니다. 이렇게 하면 규모와 속도가 향상됩니다. 하지만 통제가 더 적은 수의 참여자에게 넘어가면서 탈중앙화는 약화됩니다. 또한 참여자 수가 줄어들면 공격 가능성이 높아져 보안도 약화됩니다.

따라서 트릴레마가 발생합니다. 탈중앙화와 보안 속성 사이의 본질적 연결을 고려할 때, 블록체인의 근본적인 설계는 확장성을 어렵게 만듭니다. 하나를 강화하면 다른 하나가 약해집니다. 탈중앙화, 보안 또는 둘 다를 훼손하지 않으면서 확장성을 어떻게 달성할 수 있을까요?

블록체인 트릴레마 해결

crypto trilemma에 대한 단 하나의 황금 해법은 없습니다. 하지만 이 문제를 해결하는 것이 중요하기 때문에, 커뮤니티에서는 여러 가지 서로 다른 접근법이 제안되어 흥미로운 결과를 낳고 있습니다. 이 분야에서 어떤 일이 일어나고 있는지 감을 잡을 수 있도록 가장 인기 있는 발전 방향 몇 가지를 살펴보겠습니다.

합의 알고리즘의 변화

오늘날에는 다양한 블록체인 합의 알고리즘이 있으며, 이들 모두가 블록체인 트릴레마를 부분적으로 해결합니다. 이들은 각기 다른 수준으로 확장성, 탈중앙화, 보안을 결합합니다. 잘 알려진 Proof-of-Work(PoW) 외에도 Proof-of-Stake(PoS), Delegated Proof-of-Stake(DPoS), Proof-of-Burn(PoB), Proof-of-Capacity(PoC), Proof-of-Importance(PoI), Proof-of-Authority(PoA), Directed Acyclic Graph(DAG), Leased Proof-of-Stake(LPoS), Proof-of-Time(PoT), Proof-of-Elapsed Time(PoET), Proof-of-Space-Time(PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance(SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance(DBFT) 등도 있습니다. 블록체인 개발자들은 네트워크 목표와 작업에 따라 특정 알고리즘을 선택합니다.

1단계 솔루션

이 솔루션들은 블록체인 자체, 특히 그 아키텍처를 직접 수정하는 것과 관련이 있습니다. 개발자들은 블록체인 트릴레마에 대해 다양한 접근법과 해결책을 제시합니다.

예를 들어, 멀티체인 활용, 새로운 암호학 기법의 구현, 샤딩, 그리고 다른 기술들을 제안합니다.

샤딩은 아마도 가장 인기 있는 접근 방식일 것입니다. 샤딩을 사용하면 메인 블록체인이 여러 세그먼트로 나뉘며, 각 세그먼트는 레지스트리의 일부를 관리합니다. 각 세그먼트는 샤드라고 불립니다. 이와 같은 네트워크 구조에서는 각 샤드가 자체 거래 풀을 처리하므로 네트워크 처리량이 증가합니다. 메인 블록체인은 모든 샤드의 활동을 조정합니다.

2단계 솔루션

샤딩과 다양한 합의 메커니즘은 1단계 결정으로 간주됩니다. 이들은 네트워크 설계를 근본적으로 바꾸는 것을 목표로 합니다. 그러나 이 트릴레마를 해결하려는 다른 개발자들은 기존 네트워크 구조 위에 구축되는 솔루션에 주력하고 있습니다. 즉, 해답은 2단계에 있다고 보는 것입니다. 예로는 사이드체인과 상태 채널이 있습니다.

사이드체인은 메인 네트워크에 연결된 별도의 블록체인입니다. 두 체인 간 자산 이전이 가능하도록 구성됩니다. 사이드체인은 서로 다른 규칙에 따라 작동해야 하며, 이를 통해 속도와 확장성이 향상됩니다. 마찬가지로 상태 채널은 메인 네트워크에서 거래를 우회시켜 1차 계층의 부담을 줄이는 또 다른 방법입니다. 상태 채널은 별도의 체인 대신 스마트 계약을 활용합니다. 이를 통해 사용자는 거래를 블록체인에 공개하지 않고도 서로 소통할 수 있습니다. 채널의 시작과 끝만 블록체인에 기록됩니다.