레이어 1 블록체인

레이어 1 블록체인이 어떻게 작동하는지, 어떤 한계가 있는지 알아봐요!

들어가며

블록체인 네트워크가 감당할 수 있는 것보다 더 많은 사람이 쓰려고 하면 문제가 생겨요. 블록 공간 수요가 몰리는 상황은 잠깐일 수도 있고, 사람들이 그 블록체인을 계속 강하게 원하는 한 오래갈 수도 있어요. 수요가 높을 때는 트랜잭션을 빨리 처리하려고 서로 값을 올려 부르고, 수수료가 올라 자본이 적은 사람은 밀려나요.

이번 레슨에서는 이더리움을 비롯한 블록체인이 왜 블록체인 트릴레마를 피할 수 없는지, 트릴레마가 어떻게 위 문제의 뿌리가 되는지, 모든 사용자의 요구를 채우려는 이더리움의 계획에 트릴레마가 어떤 영향을 주는지 살펴봐요. 여러 블록체인이 트릴레마 앞에서 어떤 선택을 했는지, 그 선택이 Academy 탐험가에게 어떤 의미인지도 함께 봐요.

블록체인 트릴레마

트릴레마라는 이름이 말해 주듯, 블록체인에는 서로 경쟁하는 세 가지 성질이 있어서 셋을 한꺼번에 최적화할 수 없어요.

바로 보안, 확장성, 탈중앙화예요.

블록체인이 전 세계 규모의 화폐 시스템을 떠받치는 편향 없는 토대가 되려면 이 세 가지 모두에서 뛰어나야 해요. 화폐 시스템은 사기로부터 안전해야 하고, 탈중앙화를 통해 검열 공격으로부터 지켜져야 하며, 80억 명이 넘는 인류의 요구를 감당할 만큼 확장할 수 있어야 해요.

이해도 확인 1

블록체인 트릴레마가 설명하는 것은 무엇 사이의 관계일까요?

[ ] 이더리움, 비트코인, 알트코인
[ ] 보안, 검열, 사기
[ ] 탈중앙화, 확장성, 보안
[ ] 보안, 속도, 낮은 수수료

보안과 합의

보안은 공개 블록체인에 가장 근본적인 요구 조건이에요. 블록체인 네트워크 안의 컴퓨터들이 함께 일하려면 어떤 트랜잭션이 실제로 일어났는지에 뜻을 모아야 하는데, 이것을 합의라고 불러요. 공격자가 그 진실에 대한 합의를 흔들 수 없다면 그 블록체인은 안전해요. 합의 알고리즘은 이런 공격을 버티도록 설계돼요.

비트코인처럼 작업증명 합의를 쓰는 체인은 블록 생성을 아주 경쟁적으로 만들어 합의를 지켜요. 블록 생성자마다 수학 문제를 먼저 풀려고 겨루고, 가장 먼저 푼 쪽이 다음 블록을 만들 권리와 그에 딸린 블록 보상을 가져가요. 체인의 최근 기록을 다시 쓰려면 어마어마한 연산력과 전기가 필요해서, 공격자는 얻는 것보다 쓰는 것이 더 클 가능성이 높아요.

이해도 확인 2

암호화폐의 블록체인 합의는 무엇일까요?

[ ] 온체인에서 일어난 일에 노드가 뜻을 모으는 과정
[ ] 사기를 막기 위해 생태계 모두에게 중요한 것
[ ] 경제적 유인으로 지켜지는 것
[ ] 위 내용 모두

보안과 공격

블록체인 합의를 노리는 공격 중 하나가 51% 공격이에요. 네트워크 합의 권한의 과반을 쥔 공격자는 최근 트랜잭션을 되돌려 같은 코인을 두 번 쓰거나 새 트랜잭션을 검열할 수 있어요. 서명을 위조하거나 남의 자금을 쓸 수는 없어요. 여기서 과반이란 작업증명에서는 연산력의 51%, 지분증명에서는 지분의 51%를 뜻하고, 어느 쪽이든 막대한 자본이 들어요. 게다가 지분증명에서는 서로 충돌하는 블록에 서명하는 식으로 부정이 증명되면 그 지분이 파괴돼요(슬래싱). 공격자는 얻는 것보다 잃는 것이 더 클 가능성이 높아요.

지분증명 합의에서는 블록 생성자를 경쟁으로 뽑지 않고 무작위로 배정해요. 작업증명과 마찬가지로, 합의 알고리즘은 어느 한 주체가 새 블록을 만들 권리를 계속 “차지”하지 못하게 막아요.

이해도 확인 3

51% 공격의 최종 목적은 무엇일까요?

[ ] 채굴 작업을 방해하는 것
[ ] 코인을 두 번 쓰거나 트랜잭션을 검열하는 것
[ ] 새 암호화폐를 만드는 것
[ ] 나머지 49%를 없애는 것

확장성 - 처리량

확장성은 블록체인이 많은 트랜잭션을 빠르게 처리하는 능력을 뜻해요. 확장성은 처리량과 완결성, 두 부분으로 정해져요.

트랜잭션 처리량: 블록체인이 한 번에 처리할 수 있는 트랜잭션의 수예요. 보통 초당 트랜잭션 수(TPS)로 재요.

버스 정류장에 사람이 잔뜩 기다리고 매분 더 몰려온다고 생각해 보세요. 모두 이동하고 싶지만 버스 한 대가 태울 수 있는 사람은 정해져 있어요. 정류장을 더 빨리 비우려면 더 큰 버스를 쓰거나(더 많은 사람), 버스를 더 자주 보내야 해요(더 짧은 간격). 블록마다 주어진 좁은 블록 공간에 많은 트랜잭션을 담는 일도 똑같아요. https://txstreet.com/v/eth-btc에서 실시간 데이터로 볼 수 있어요.

이해도 확인 4

블록체인 트랜잭션을 버스 정류장에 빗댄 설명으로 맞는 것은 무엇일까요?

[ ] 사람(트랜잭션)이 버스(블록)에 함께 실린다는 점
[ ] 버스(블록) 한 대가 태우는 사람(트랜잭션) 수가 정해져 있다는 점
[ ] 더 많이 옮기려면 더 크거나 더 많은 버스(블록)가 필요하다는 점
[ ] 위 내용 모두

확장성 - 완결성

블록체인 확장성의 두 번째 축은 이거예요.

완결성: 트랜잭션이 바뀌거나 되돌려지지 않는다고 어느 정도 확신할 수 있는 시점이에요.

비트코인 같은 작업증명 체인에서 완결성은 블록 수로 재요. 내 트랜잭션 뒤에 블록이 많이 쌓일수록 되돌려지지 않는다고 더 확신할 수 있어요. 안전한 합의 알고리즘은 지난 블록을 바꾸는 비용을 아주 크게 만들고, 더 예전으로 갈수록 그 비용이 커진다는 점을 기억하세요. 비트코인은 대략 10분마다 새 블록을 만들어서 확인을 여러 번 기다리면 한 시간쯤 걸려요. 이더리움의 지분증명은 다른 길을 택했어요. 검증자가 투표로 블록을 확정하고, 약 13분(투표 두 에포크)이 지나면 트랜잭션이 최종 확정돼요.

권한을 나누는 탈중앙화

탈중앙화는 블록체인 트릴레마의 마지막 축이에요. 통제와 의사결정을 한 주체에서 여럿으로 이루어진 분산 네트워크로 옮기는 과정이죠. 탈중앙화는 블록체인이 퍼미션리스하고 검열 저항성을 갖게 하는 근본 원리예요. 누구나 탈중앙화된 블록체인을 쓸 수 있고, 누구나 그 위에서 소프트웨어를 만들 수 있어요.

Facebook이나 Twitter 같은 중앙화 플랫폼은 언제든 누구의 계정이든 정지시킬 수 있어요. Twitch나 TikTok의 영향력 있는 스트리머가 이유 없이 쫓겨난 일도 많아요. 계정을 되찾을 수 있다 해도 길고 괴로운 과정이에요. 탈중앙화가 없다면 블록체인 원장은 은행 컴퓨터에 놓인 금융 스프레드시트일 뿐이고, 누가 계정을 만들지는 은행원이 정해요. 퍼미션리스 네트워크란 권한이 충분히 흩어져 있어서 어떤 사람이나 조직의 접근도 빼앗을 수 없다는 뜻이에요.

이해도 확인 5

탈중앙화에 대해 사실이 아닌 것은 무엇일까요?

[ ] 탈중앙화가 블록체인을 검열에 강하게 만든다는 것
[ ] 탈중앙화가 블록체인을 퍼미션리스하게 만든다는 것
[ ] 탈중앙화가 권위주의 권력의 통제 유지를 돕는다는 것
[ ] 어디서든 누구나 퍼미션리스 시스템을 쓸 수 있다는 것

얼마나 탈중앙화되어 있을까요?

하지만 탈중앙화 여부는 예 아니오로 딱 나뉘지 않아요. 통제하는 주체가 10곳이면 탈중앙화된 걸까요? 1,000곳이면요? 100만 곳이면요? 어디부터 충분히 탈중앙화되었다고 볼지 정해진 기준이 없으니, 탈중앙화는 스펙트럼으로 보는 편이 좋아요. 흑과 백만 있는 것이 아니라 그 사이에 수많은 회색이 있어요.

그래서 “중앙화냐 탈중앙화냐”보다 “무엇보다 더, 또는 덜 탈중앙화되어 있다”고 말하는 편이 맞아요. 중립적인 화폐 시스템이 국가 수준의 검열을 버티려면 높은 수준의 탈중앙화가 필요해요. 새로운 블록체인은 확장성을 얻으려고 탈중앙화를 내주는 경우가 많은데, 그러면 완전히 중앙화된 플랫폼이 받는 사회와 정부의 압력에 똑같이 노출돼요. 결국 중앙화된 소셜 미디어에서 보던 검열을 그대로 하게 될 수도 있어요.

이해도 확인 6

블록체인마다 탈중앙화 정도가 달라요.

[ ] 참
[ ] 거짓

몇 가지 사례

블록체인마다 트릴레마를 대하는 방식이 다르고, 저마다 목표에 맞춰 무언가를 내주었어요. 비트코인과 이더리움은 확장성보다 보안과 탈중앙화를 앞세웠고, 그 결과 비트코인은 완결 시간이 길고 이더리움은 블록 공간이 좁아요. 특히 DeFi에서 스마트 컨트랙트 수요가 치솟으면 이더리움 수수료가 올라요. 2021년 수요가 정점이던 시기에는 트랜잭션 한 건에 수십 달러가 들기도 했어요.

수수료가 오르면서 BNB Chain 같은 대안 레이어 1에 기회가 열렸어요. 이들은 더 높은 트랜잭션 처리량과 싼 수수료를 위해 탈중앙화보다 확장성을 앞세웠어요. Solana 같은 3세대 체인은 트릴레마를 풀려고 새로운 방법을 쓰지만, 모든 블록체인은 여전히 이 기본 제약을 받아요. 각 체인의 선택은 거기서 비롯되는 근본적인 효과를 통해 그 생태계의 성격을 정해요.

그럼 무엇을 할 수 있을까요?

이더리움이 높은 보안과 탈중앙화를 앞세웠다면, 목표로 삼는 전 세계 금융 네트워크가 되기 위해 모든 사용자의 요구를 어떻게 감당할 수 있을까요? 이더리움 로드맵은 두 가지 답을 살펴봤어요. 레이어 2와 블록체인 샤딩이에요.

레이어 2는 트릴레마의 나머지 두 축을 내주지 않고 이더리움의 확장성을 높여요. 메인 블록체인 위에 얹히는 추가 층으로, 보안은 메인 체인에 기대면서 사용자에게 더 낮은 수수료와 더 빠른 트랜잭션을 줘요. 레이어 2 레슨에서 더 자세히 살펴봐요.

샤딩은 블록체인을 여러 병렬 체인으로 쪼개는 방식이었어요. 도로에 차선을 더 놓는 것과 비슷하죠. 이더리움은 이 계획을 접고 더 단순한 길을 택했어요. 레이어 2가 쓰는 블록 데이터를 싸게 만들고(2024년 도입), 보안과 탈중앙화를 내주지 않으면서 처리 능력을 한 단계씩 올리는 거예요.

이해도 확인 7

레이어 2가 하는 일은 무엇일까요?

[ ] 자체 보안을 제공하는 것
[ ] 메인 블록체인의 확장성을 높이는 것
[ ] 사용자의 수수료를 올리는 것
[ ] 사용자의 완결 시간을 늘리는 것

이더리움의 미래

이더리움 네트워크는 트릴레마의 다른 축을 내주지 않으면서 확장성을 계속 키워 가고 있어요. 2022년 지분증명 합의로 옮겨 간 The Merge는 네트워크 에너지 사용량을 99% 넘게 줄였고, 레이어 2를 위한 싼 블록 데이터는 2024년에 도착했어요. 확장은 끝나지 않는 일이에요. 업그레이드마다 이더리움은 더 빠르고 저렴해지고, 보안과 탈중앙화는 핵심 원칙으로 남아요. 이더리움 재단이 정리한 이더리움 로드맵 페이지도 훌륭해요.

한편 많은 레이어 2 프로토콜이 이더리움 위에 올라가, 이더리움 프로토콜 자체를 고치지 않고도 사용자 수요를 감당하도록 도와요. 이 레이어 2 프로토콜은 확장성을 맡고, 탈중앙화된 보안은 레이어 1 이더리움에 기대요. 다양한 레이어 2가 있다는 것 자체가 탈중앙화된 생태계예요! 대표적인 롤업으로 Arbitrum, OP Mainnet, Base가 있고, Polygon PoS는 자체 보안을 갖춘 인기 있는 사이드체인이에요.

이해도 확인 8

이더리움 업그레이드에 들어가는 것은 무엇일까요?

[ ] 레이어 2와 더 싼 블록 데이터로 확장성을 높이는 것
[ ] 탈중앙화와 보안을 핵심 원칙으로 지키는 것
[ ] 지분증명 합의로 에너지 사용을 줄이는 것
[ ] 위 내용 모두

탐험가에게 어떤 의미일까요?

사용자가 낮은 진입 장벽과 적은 실수 비용으로 기술을 배우고 탐험하려면 낮은 수수료가 필요해요. 여정을 막 시작한 때라면 더욱 그렇죠. 이더리움 블록체인이 아직 완벽하지는 않지만, 그 가치관 덕분에 전 세계 금융 컴퓨팅 시스템이라는 꿈을 이룰 가장 유력한 후보 가운데 하나예요. 탐험가는 큰 수수료를 내지 않고도 이더리움을 쓰고 다뤄 볼 수 있어요. 레이어 2를 쓰면 이더리움의 보안과 탈중앙화를 누리면서 더 높은 확장성까지 얻을 수 있어요.

다음 레슨에서는 레이어 2 해법과 시작하는 방법을 설명해요. 탐험가 여러분, 앞으로 나아가요!