종자노드

종자노드(seed node)란 블록체인 네트워크에서 새로운 노드가 이웃 노드와 연결되기 위해 사용되는 오랜 기간 안정적으로 작동되고 있는 노드이다. 영어로 시드노드라고 한다.

개요

종자노드는 블록체인 생성 중에 구현되는 초기 접촉점을 말한다. 블록체인의 노드를 구축하기 위해서는 해당 블록체인 네트워크에 접속할 수 있는 클라이언트 소프트웨어를 다운로드받아 실행하여 접속한 뒤 블록 데이터베이스를 동기화하여 다운로드를 받아야 한다. 블록체인이 노드와 노드 간의 P2P 연결로 이루어진 네트워크라고 할 때, 클라이언트 소프트웨어를 통해 노드로서 처음 블록체인 네트워크에 접속했다면 어떻게 다른 노드와 연결될 수 있을지가 문제가 될 수 있다. 이때 DNS(Domain Name System) 시드노드에 접속하게 되는데, 클라이언트 소프트웨어에는 DNS 시드노드에 대한 정보가 미리 포함되어 있어 해당 노드로 먼저 접속할 수 있게 된다. 또한 DNS 시드노드에는 블록 데이터베이스를 저장하고 있는 다른 노드들의 주소 정보가 포함되어 있다. 따라서 처음으로 블록체인 네트워크에 접속하게 되면 DNS 시드노드를 통해, 블록 데이터베이스를 저장하고 있는 다른 노드의 주소를 알 수 있고 연결할 수 있다. 이를 통해 다른 노드가 저장하고 있는 블록 데이터베이스를 동기화하며 다운로드받음으로써 전체 블록체인 네트워크를 구성하는 새로운 노드로서 기능할 수 있게 되는 것이다.

비트코인 네트워크

비트코인 네트워크
: 비트코인 P2P 프로토콜을 실행하는 노드의 집합

• 확장 비트코인 네트워크

P2P 프로토콜을 네트워크 이외에 특수한 프로토콜을 가동하는 노드가 포함되어 있다. 메인 비트코인 P2P 네트워크에는 수많은 풀 서버와 기타 프로토콜을 가동하는 노드들을 연결시키는 프로토콜 게이트웨이가 붙어 있다. 이 프로토콜 노드들은 풀 채굴 노드와 라이트웨이트 지갑 클라이언트로 블록체인 전체의 복사본을 가지고 있지 않다.

• 연결 검색

새로운 노드를 작동시킬 때에는 반드시 네트워크상에 존재하는 다른 비트코인 노드들을 검색해야만 네트워크에 참여할 수 있게 된다. 기존에 있는 노드를 최소한 한 개는 검색해서 연결해야 하는데 다른 노드들의 지리적 위치는 중요하지 않다. 이미 알고 있는 이웃 노드에 연결하기 위해 각 노드는 포트 8333번(비트코인이 사용하는 포트 번호)으로 TCP 연결을 하게 된다. 연결되면 해당 노드는 버전(version) 메시지를 전송하면서 'hand-shake'를 시작할 것이다.

• 검색 방법

오랫동안 안정하게 동작하고 있는 노드들이 있으며 이들을 시드노드라고 부른다. 클라이언트 목록에 기록되어 있고 따라서 원한다면 이 노드를 사용하여 신속하게 네트워크 내 다른 노드를 검색할 수 있게 된다. 비트코인 코어 클라이언트(bitcoin-cli)에서 시드노드 사용 여부는 DNS 시드로 조정할 수 있다. 옵션 스위치가 1이면 디폴트 값에 의해 시드노드를 사용하게 된다. 그렇게 최초 시드노드가 최초 연결을 생성하는 데 사용이 되고 나면 해당 클라이언트는 시드노드와의 연결을 끊고 새로 검색된 이웃 노드를 사용한다. 추가된 노드는 자신의 아이피(IP) 주소가 담겨 있는 addr 메시지를 이웃 노드들에 전송한다. 이렇게 전파된 노드들을 다른 노드들이 검색할 수 있게 된다. 그 때문에 한 노드에만 연결되어도 네트워크 전체에 대하여 검색을 할 수 있고 검색될 수 있게 된다.

하지만 노드가 연결된 노드는 항상 끊어질 수 있어서 다양한 경로를 이용해 노드와 접속돼야 한다. 노드가 경로를 잃어버리면(끊길 경우) 새로운 노드를 계속해서 검색해야 할 뿐만 아니라 다른 노드들이 부트스트랩(부팅, 노드 첫 시작연결)을 요청할 때는 다른 노드를 도와야 한다. 부트스트랩에서는 한 노드의 연결만 있으면 된다. 그 뒤에는 이 연결을 끊고 새롭게 연결된 노드와 연결될 것이고 여러 개의 노드에 접속하는 것은 자원 낭비이다. 부트 스트래핑 이후에는 최근에 성공했던 이웃 노드와의 연결을 기억하고 있다. 만약 노드가 재부팅된 경로를 대비하여 신속한 연결을 하기 위함이다. 만약 응답이 없을 때는 시드노드를 사용하게 된다. 연결된 이후 트래픽이 없는 경우, 노드들은 연결을 유지하기 위한 메시지들 주기적으로 발송한다. 90분 이상 트래픽이 없다면 연결이 끊어진 것으로 간주하고 새로운 이웃 노드를 찾게 된다. 네트워크는 일시적으로 생성된 노드와 네트워크 문제에 동적으로 적응하며 중앙 통제 없이도 필요에 따라 유기적으로 크기가 커지거나 작아질 수 있게 된다.

• 블룸필터(bloom filter)

블룸필터(bloom Filter)
: 프라이버시를 보호하면서 검색패턴을 표현하려는 방법

SPV(Simple Payment Verification) 노드가 특정 거래에 대해 검색을 할 시 이웃 노드들에 특정 패턴과 일치하는 거래를 제공해 달라고 요청하게 된다. 이때 검색하고 있는 대상의 주소가 어떤 것인지 밝힐 필요는 없다. 블룸필터는 검색하는 정보에 대해 모두 공개가 아니라 패턴식으로 공개를 하므로 프라이버시를 지킬 수 있게 된다. 하지만 패턴 형식에 따라 정확도가 변하므로 프라이버시와 정확도 사이에 트레이드 오프(trade off)가 있다. 블룸필터로 구체적인 패턴을 사용하면 정확한 결과를 얻겠지만 어떤 주소가 사용자의 지갑에서 사용되었는지 밝혀진다. 덜 구체적이면 더 많은 거래에 대한 더 많은 데이터를 얻어야 하며 관련 없는 노드가 생성되어 이에 대한 오버헤드가 생길 수 있다.

블룸필터는 2진수 N(bit)의 가변 배열과 M개의 해시함수로 이루어진 가변수로 구현된다. 이 해시함수는 정해진 방식대로 만들어지기 때문에 어떤 노드라도 항상 동일한 해시함수를 사용하고 특정 입력에 대한 같은 해시값을 가지게 된다. SPV노드가 자신의 지갑 내에 있는 주소 전부에 대한 목록을 만들고 각 주소에 대응하는 거래 출력값과 일치하는 검색 패턴을 생성하는 데에 해시 함수가 사용된다. 거래 출력값에 대해 해시하여 목록을 가지고 있으면서 자기 내부에 있다면 이를 인지할 수 있게 된다. 이웃 노드로 블룸필터를 전파하여 이웃 노드로 하여금 이 블품필터를 확인하게 하여 거래 검색을 이어나가게 된다.

• 거래 풀(transaction pool)

비트코인 네트워크상에 있는 대부분의 노드는 메모리 풀 또는 거래 풀이라고 불리는 미승인 거래의 임시 목록을 보관하고 있다. 노드들은 이 풀을 이용해서 네트워크에 알려졌지만, 아직 블록체인에 포함되지는 않은 거래를 추적한다. 사용자의 지갑을 가지고 있는 노드가 거래 풀을 이용하여 "사용자 지갑으로 전송되었으나 아직 승인(confirmed)이 나지 않은 거래"를 추적할 수 있게 해준다. 거래가 수신되고 검증을 받고 나면 거래 풀에 추가되고 네트워크상에 전파되기 위해 이웃 노드로 전달이 된다. 그런데 거래에 사용된 거래의 입력값이 네트워크상에 알려지지 않은 경우 해당 거래는 고아(orphaned)처럼 상위 거래(parent transaction)가 도착할 때까지 고아 풀(orphaned pool)에 임시로 저장이 된다.

거래(A)가 거래 풀에 추가될 때 해당 고아 풀은 이 거래(A)의 출력값을 참조하는 고아 거래가 있는지 체크한다. 만약에 이 출력값을 참조하는 고아 거래가 발견되면 이 고아 거래들은 유효성을 인정받게 된다. 놀이 공원에서 부모를 잃은 얘들이 미아 센터에 있다가 여기에 들어온 부모들을 확인하게 되면 이 애들은 부모가 있는 것이 인정된다. 유효화된 고아 거래는 고아 풀에서 빠져나와서 거래 풀에 추가되면서 부모거래로 시작된 체인은 완료된다. 만약에 적절한 부모를 찾지 못할 경우 다음 세대의 자손들이 발견되지 않을 때까지 반복하게 된다. 부모 거래가 수신되고 나면 고아 거래와 부모거래가 독립적인 거래들로 구성된 체인 전체가 연속적으로 이어져 내려가면서 재구성된다.

참고자료

• erc20, 〈블록체인을 운용하는 노드들 가운데 종자노드(Seed Node)란 무엇인가요?〉, 《aha》, 2019-07-26
• easyblockchain, 〈쉽게 설명하는 블록체인 : 블록체인 용어 정리〉, 《뱅크샐러드》, 2018-04-20
• 날좋다, 〈(Blockchain)비트코인 #노드#네트워크〉, 《네이버 블로그》, 2017-05-10

같이 보기

• 노드
• 비트코인
• P2P

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