이더리움 10주년 — 삼중고를 뒤로할 때

전력망과 월드 와이드 웹과 같은 분산 시스템은 통신 병목 현상을 해결함으로써 확장되었습니다. 분산 설계의 성공 사례인 블록체인도 동일한 패턴을 따라야 하지만, 초기 기술적 제약으로 인해 많은 이들이 분산화를 비효율성과 느린 성능과 동일시하게 되었습니다.

이번 7월로 이더리움이 10주년을 맞이하며, 개발자들의 실험장이었던 이더리움이 온체인 금융의 핵심 인프라로 진화하였습니다. 블랙록(BlackRock)과 프랭클린 템플턴(Franklin Templeton)과 같은 기관들이 토큰화된 펀드를 출시하고 은행들이 스테이블코인을 도입함에 따라, 이제 중요한 문제는 이더리움이 글로벌 수요를 충족시킬 수 있을 만큼 확장성을 갖추었는지—특히 높은 처리량과 밀리초 단위의 응답 시간이 중요한 환경에서—입니다.

이 모든 진화에도 불구하고, 블록체인은 분산화, 확장성, 보안성 사이에서 반드시 타협해야 한다는 가정이 여전히 남아 있습니다. 이른바 ‘블록체인 삼중고’는 이더리움의 제네시스 블록 이후 프로토콜 설계의 근간을 이루어 왔습니다.

트릴레마는 물리학의 법칙이 아니라, 우리가 마침내 해결하는 방법을 배우고 있는 설계 문제입니다.

확장 가능한 블록체인의 현황

이더리움 공동 창립자 비탈릭 부테린 확인된 블록체인 성능을 결정하는 세 가지 속성: 탈중앙화(다수의 자율 노드), 보안(악의적 행위에 대한 회복력), 그리고 확장성(거래 처리 속도). 그는 '블록체인 삼중고(Trilemma)'를 제시하며, 보통 두 가지를 강화하면 세 번째, 특히 확장성이 약화된다고 설명했다.

이러한 프레이밍은 이더리움의 경로를 형성했습니다: 생태계는 분산화와 보안을 우선시하며 수천 개의 노드에 걸쳐 강인성과 결함 허용성을 구축하는 데 중점을 두었습니다. 그러나 블록 전파, 합의 및 최종 확정 지연 등 성능은 뒤처졌습니다.

확장성 확보와 동시에 탈중앙화를 유지하기 위해 일부 이더리움 프로토콜은 검증자 참여를 줄이거나 샤드 네트워크 책임; 낙관적 롤업(Optimistic Rollups), 오프체인으로 실행 이동 무결성을 유지하기 위해 사기 증명을 활용하며; 레이어-2 설계는 수천 건의 거래를 하나의 거래로 압축하여 메인 체인에 커밋하는 것을 목표로 하며, 확장성 부담을 경감시키는 대신 신뢰할 수 있는 노드에 대한 의존성을 도입합니다.

금융 지분이 증가함에 따라 보안은 여전히 최우선 과제로 남아 있습니다. 시스템 장애, 담합 또는 메시지 전파 오류에서 비롯된 실패는 합의 중단이나 이중 지출을 초래합니다. 그러나 대부분의 확장성은 프로토콜 수준의 보장보다는 최선의 노력 성능에 의존하고 있습니다. 검증자들은 컴퓨팅 파워를 강화하거나 빠른 네트워크에 의존하도록 인센티브를 받지만, 거래가 완료된다는 보장을 얻지 못하고 있습니다.

이로 인해 이더리움과 산업 전반에 중요한 질문들이 제기됩니다: 과부하 상황에서도 모든 거래가 확실히 최종 처리될 수 있다고 확신할 수 있을까요? 글로벌 규모의 애플리케이션을 지원하기 위해 확률적 접근 방식만으로 충분할까요?

이더리움이 두 번째 10년을 맞이함에 따라, 이러한 질문에 대한 답변은 블록체인에 의존하는 개발자, 기관 및 수십억의 최종 사용자에게 매우 중요할 것입니다.

제한이 아닌 강점으로서의 탈중앙화

이더리움의 부진한 사용자 경험(UX)의 원인은 결코 분산화가 아니었으며, 네트워크 조정 문제였습니다. 적절한 엔지니어링을 통해 분산화는 성능상의 이점이자 확장의 촉매제로 작용할 수 있습니다.

중앙 집중식 지휘센터가 완전히 분산된 시스템보다 더 뛰어날 것이라는 직관이 있습니다. 전지전능한 관리자가 네트워크를 감독하는 것이 어떻게 더 나쁘겠습니까? 바로 이 점에서 우리는 이러한 가정을 명확히 하고자 합니다.

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이 믿음은 수십 년 전 메다드 교수님에게서 시작되었습니다 MIT의 lab, 분산 통신 시스템을 증명 가능하게 최적화하기 위해. 오늘날, 무작위 선형 네트워크 코딩 (RLNC), 그 비전은 마침내 대규모로 구현 가능해졌습니다.

기술적인 내용으로 들어가 보겠습니다.

확장성 문제를 해결하기 위해서는 먼저 지연(latency)이 발생하는 위치를 이해해야 합니다. 블록체인 시스템에서는 각 노드가 동일한 작업을 동일한 순서로 관찰하여 초기 상태에서 시작된 동일한 상태 변화의 순서를 확인해야 합니다. 이를 위해서는 모든 노드가 단일 제안된 값에 동의하는 합의(consensus) 과정이 필요합니다.

이더리움(Ethereum)과 솔라나(Solana)와 같은 블록체인들은 노드가 합의에 도달해야 하는 미리 정해진 시간 슬롯을 사용하는 리더 기반 합의 방식을 채택하고 있는데, 이를 “D”라고 부르겠습니다. D를 너무 크게 설정하면 최종 확정 속도가 느려지고, 너무 작게 설정하면 합의가 실패할 수 있으며, 이는 성능에 지속적인 트레이드오프를 초래합니다.

이더리움의 컨센서스 알고리즘에서 각 노드는 Gossip 전파를 통한 일련의 메시지 교환을 통해 자신의 로컬 값을 다른 노드에 전달하려 시도합니다. 그러나 네트워크 혼잡, 병목 현상, 버퍼 오버플로우와 같은 네트워크 교란으로 인해 일부 메시지는 손실되거나 지연될 수 있으며 일부는 중복될 수도 있습니다.

이러한 사건들은 정보 전파 시간을 증가시키며, 따라서 합의에 도달하는 데 결국 대규모 D 슬롯이 발생하게 됩니다. 특히 더 큰 네트워크에서는 더욱 그러합니다. 확장성을 위해 많은 블록체인들이 분산화를 제한하고 있습니다.

이들 블록체인은 각 합의 라운드마다 전체 스테이크의 3분의 2와 같은 일정 비율 이상의 참여자들로부터 증명이 필요합니다. 확장성을 달성하기 위해서는 메시지 전파의 효율성을 향상시켜야 합니다.

랜덤 네트워크 선형 부호화(Random Network Linear Coding, RLNC)를 통해, 우리는 현재 구현에서 제기되는 제한 사항을 직접적으로 해결하며 프로토콜의 확장성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

확장성을 위한 탈중앙화: RLNC의 힘

랜덤 선형 네트워크 코딩 (RLNC) 는 전통적인 네트워크 코드와 다릅니다. 이것은 상태 비저장(stateless), 대수적(algebraic), 완전히 분산화된 구조를 갖추고 있습니다. 트래픽을 세밀하게 관리하려는 대신, 각 노드는 독립적으로 코딩된 메시지를 혼합하며, 마치 중앙 제어자가 네트워크를 조율하는 것처럼 최적의 결과를 달성합니다. 수학적으로도 어떤 중앙 스케줄러도 이 방식을 능가할 수 없다는 것이 증명되었습니다. 이는 시스템 설계에서 흔하지 않은 특징이며, 이 접근법을 강력하게 만드는 요인입니다.

RLNC가 적용된 노드들은 원시 메시지를 중계하는 대신, 유한체 위의 대수적 방정식을 사용하여 메시지 데이터를 부호화된 요소들로 나누어 전송합니다. RLNC는 이러한 부호화된 조각들의 일부만으로도 노드가 원본 메시지를 복구할 수 있게 하며, 모든 메시지가 도착할 필요는 없습니다.

각 노드가 수신한 데이터를 즉석에서 새롭고 고유한 선형 조합으로 혼합할 수 있도록 함으로써 중복을 방지합니다. 이는 모든 데이터 교환을 더욱 정보량이 풍부하고 네트워크 지연 또는 손실에 강하게 만듭니다.

이제 Ethereum 검증자들이 Kiln, P2P.org, Everstake를 포함한 OptimumP2P를 통해 RLNC를 테스트함에 따라, 이 변화는 더 이상 가설이 아닙니다. 이미 진행 중입니다.

다음으로, RLNC 기반 아키텍처와 퍼블리시-서브스크라이브(pub-sub) 프로토콜이 기존의 다른 블록체인에 연동되어 더 높은 처리량과 낮은 지연 시간으로 확장하는 데 기여할 것입니다.

새로운 산업 벤치마크에 대한 요구

만약 이더리움이 그 두 번째 10년 동안 글로벌 금융의 기반이 되고자 한다면, 구식 가정들을 넘어설 필요가 있습니다. 그 미래는 타협에 의해 결정되는 것이 아니라, 입증 가능한 성과에 의해 정의될 것입니다. 삼중고 딜레마는 자연의 법칙이 아니라 구식 설계의 한계이며, 우리가 이제 그 한계를 극복할 수 있는 힘을 가지고 있습니다.

실제 세계 채택의 요구를 충족하기 위해서는 트레이드오프가 아닌 증명 가능한 성능 보장을 기반으로 확장성을 최우선 원칙으로 설계된 시스템이 필요합니다. RLNC는 앞으로 나아갈 수 있는 길을 제시합니다. 탈중앙화 환경에서 수학적으로 기반한 처리량 보장을 제공하는 RLNC는 더욱 성능이 뛰어나고 반응성이 우수한 이더리움의 유망한 기반입니다.

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