확장성

확장성(scalability)이란 사용자 수의 증대에 유연하게 대응할 수 있는 정도이다. 블록체인에서는 사용자수의 증가에 따라 거래건수가 늘어나더라도 무리 없이 전송 처리용량을 증대시킬 수 있는 능력을 의미한다. 다양한 암호화폐가 등장하기 전에는 사용자가 소수였기 때문에 비트코인 기준 처리속도가 10분이라도 한 블록에 모든 거래를 담아낼 수 있었다.

개요

확장성(Scalability)이란 사용자의 요구에 맞추기 위해 크기나 용량을 변경해도 그 기능이 잘 동작할 수 있는 능력을 뜻한다. 암호화폐 사용 초기에는 사용자가 많지 않았기 때문에 처리 속도가 비트코인 기준으로 10분이라도 한 블록에 모든 거래를 담기에 충분했다. 그러나 암호화폐가 점점 대중화되어 처리해야 할 거래량이 증가하자, 하나의 블록에 10분 동안 발생한 모든 거래내역을 담을 수 없는 상황이 발생했다. 비트코인의 경우 초당 약 3~7건의 거래를, 이더리움의 경우 초당 약 20건의 거래를 처리한다. 이는 초당 약 200건의 거래를 처리하는 페이팔, 약 2,000건의 거래를 처리하는 비자와 대조하면 현저하게 느린 속도이다. 암호화폐의 대중화로 사용자가 점점 늘어나는 상황에서, 비트코인과 이더리움뿐만 아니라 대부분의 암호화폐는 실제 서비스로 사용하기엔 현재까지는 확장성의 한계가 분명하다.

원인 및 문제점

블록에 거래가 담길 시

비트코인 블록의 크기는 1M이다. 그러나 1M 블록의 크기는 비트코인이 처리해야 할 거래량에 비해 턱없이 부족하다. 또한 비트코인으로 거래하기 위해서는채굴자(Miner)에게 수수료를 제공해야 하는데 이 수수료 값이 적을 경우 거래 속도가 더 지연될 수 있다. 채굴자들은 블록에게 거래내역을 담을 때 수수료가 높은 것을 우선으로 하기 때문이다. 이더리움은 비트코인과는 달리 블록의 크기보다는 한 블록에 담을 수 있는 가스(gas) 크기의 제한 때문에 속도 지연 문제가 발생한다. 가스란 이더리움 플랫폼에서 발생하는 거래의 수수료 개념이라고 할 수 있는데, 한 개의 이더리움 블록에는 약 670만 가스로 제한되어있다.

노드 간 합의 과정 시

블록체인은 중앙통제기관이 없는 P2P 네트워크이다. 따라서 거래가 발생하면 노드들은 가십 프로토콜(Gossip Protocol)을 통해서 거래를 전파한다. 새로운 거래가 체결되면 노드들은 가까운 노드에게 새로운 거래내역이 담긴 블록을 전송한다. 전달받은 노드는 또 가까운 노드에게 거래내역을 전송한다. 그리고 노드는 자체적으로 전달받은 거래가 신뢰할 수 있는지 검증하는 과정을 거친다. 이렇기 때문에 노드가 많아질수록 전체 노드에게 새로운 거래가 전달되는 시간, 그리고 각각 노드가 거래를 검증하는 시간이 증가하게 되므로 거래 속도는 점차 느려지게 된다. 이더리움의 경우 약 25000개의 노드가 있다. 이는 비트코인의 노드 수가 약 11200개인 것에 비해 두 배 가까이 많은 수치이다. 따라서 이더리움의 경우 비트코인에 비해 노드 간의 거래 합의에 도달하기 위해 필요한 시간이 더 많다.

비트코인의 해결방안

비트코인은 우선, 블록에 들어가는 정보를 늘리는 방법을 통해 확장성의 문제를 해결하려고 한다. 블록에 들어가는 정보를 늘리기 위해서는 첫 번째로는 블록에 입력되는 정보를 효율적으로 정리하여 더 많은 정보를 담는 방법과 두 번째로는 블록의 크기를 늘리는 방법이 있다. 비트코인에서 첫 번째의 방법은 세그윗(Segwit)을 통해 가능하고, 두 번째의 방법은하드포크(hardfork)를 통해서 가능하다. 다음으로, 비트코인은 모든 거래를 블록에 올려 검증하는 것이 아니라 최종 결과만 블록에 담는 라이트닝 네트워크(Lightning Network)의 방법을 통해 확장성 문제를 해결하려고 한다.

세그윗(Segwit)

세그윗이란 Segregated Witness의 약자로 블록 내에서 서명 부분을 따로 분리하여 저장하는 것을 의미한다. 서명 부분을 메인 체인이 아닌 사이드 체인에 저장하여 기존 블록의 크기는 1M로 그대로 두는 대신 블록에 담을 수 있는 용량을 평균 2M까지 늘릴 수 있다. 세그윗은 2017년 8월 진행되었다. 그러나 세그윗은 비트코인의 거래량을 약 2배 정도 증가시켜주는 정도이기 때문에 비트코인의 확장성 문제를 완전히 해결해 주었다고 하기 어렵다.

하드포크(hardfork)

하드포크란 기존 비트코인 네트워크에서 분기되어 블록 사이즈가 1M보다 큰 새로운 블록체인 네트워크를 만드는 것이다.소프크포크(softfork)는 소프트포크 전 블록과 소프트포크 후의 블록이 서로 호환이 가능하지만 이와 달리 하드포크는 하드포크 전 블록과, 하드포크 후 블록 사이에 호환이 가능하지 않다. 비트코인 세그윗에 반대하는 사람들은 비트코인 블록체인의 하드포크를 통해 블록 자체의 용량을 1M 이상으로 늘리고 자 했다. 그 결과 2017년 8월 1일, 8M까지 블록 사이즈 확장이 가능한 비트코인 캐시가 탄생했다. 그러나 하드포크를 통해만들어진 비트코인 캐시도 블록 크기를 8M까지 늘렸다고 해도 비트코인과는 다른 새로운 암호화폐이기 때문에 비트코인 캐시가 비트코인의 확장성을 해결해 주었다고 말할 수 없다.

라이트닝 네트워크(Lightning Network)

비트코인 거래는 체인 상에 장부가 기록되는 온 체인(On-Chain) 방식이다. 거래가 발생할 때마다 거래 장부에 이를 기록하고 검증하고 수수료를 매긴다면 당연히 속도가 느릴 수밖에 없다. 그래서 비트코인의 느린 거래 속도에 따른 확장성 문제와 높은 전송 수수료 문제를 해결하기 위해 등장한 기술이 라이트닝 네트워크(Lightning network)이다. 라이트닝 네트워크는 2015년 조셉 푼(Joseph Poon)과 타데우스 드리야(Thaddeus Dryja)에 의해 최초로 고안된 아이디어이다. 라이트닝 네트워크의 기본 아이디어는 모든 거래내역을 블록체인에 올리는 것이 아니라 별도의 채널을 오픈하여 서로의 사인만으로 트랜잭션을 주고받다가 일정한 주기 또는 필요에 따라 최종 정산된 값만을 블록체인에 올리는 것이다. 오프 체인(Off-Chain)을 활용한 스테이트 채널(State Channel) 또는 네트워크라고 불리는데, 합의 과정은 별도의 채널에서 로컬 컨센서스(Local Consensus)를 통해이룬다. 소액거래나 일정 시간 자주 발생하는 거래일 경우 모두의 합의를 거쳐 블록체인에 기록하려면 시간이 걸릴 것이다. 이때, 당사자들만의 체인에서 따로 합의를 하고 최종 결과만 메인 네트워크에 기록하면 합의 시간이 훨씬 단축될 될 수 있다.

이더리움의 해결방안

이더리움은 확장성 문제를 블록 크기를 개선함으로써 해결하는 것이 아니라 노드 간의 전파 속도 향상에 초점을 맞춰서 해결하고자 한다. 이더리움의 해결 방법은 노드 간의 합의 속도를 빠르게 만드는 것이다. 이를 위한 방법은POS 전환, 샤딩(Sharding), 라이덴 네트워크(RaidenNetwork), 플라즈마(Plasma) 이렇게 4가지가 있다.

POS 전환

이더리움은 PoW(Proof of Work) 작업 증명 방식에서 PoS(Proofof Stake) 지분 증명 방식으로 전환을 통해 확장성 문제를 해결하려 한다. 채굴자(miner)가 채굴(mining)을 통해서 블록을 생성했던 PoW 방식과는 다르게 PoS 방식에서는 이더리움을 많이 소유하고 있는 검증자(Validator)가 블록을 생성한다. 이것은 ‘이더리움에 많은 지분을 갖고 있는 소유자는 이더리움 블록체인의 안정성을 손상시키지 않을 것이다’는 전제를 바탕으로 한다. 이더리움의 합의 방식이 PoS로 전환된다면, 검증자(Validator)를 통해 더 빠른 합의가 이루어질 수 있다. 이더리움은 PoS 전환을 위해 캐스퍼 합의 알고리즘(Casperconsensus algorithm)을 도입할 예정이다. 캐스퍼 합의 알고리즘이란 PoW와 PoS의 하이브리드 형식으로 99번째 블록까지는 PoW 방식으로 거래를 증명하고, 100번째 블록마다 PoS 방식으로 거래를 증명하는 방법을 의미한다. 이더리움 하드 포크 최종 단계인 세레너티(Serenety)에서 PoW에서 PoS로의 전환이 될 예정이며, 비탈릭 부테린은 합의 알고리즘을 POS로 전환하면서 이더리움 네트워크 검증자로 참여할 수 있는 문턱이 크게 낮아졌다는 점을 강조했다.

샤딩(Sharding)

샤딩(Sharding)은 데이터베이스 또는 검색 엔진에 있는 데이터의 수평 분할을 의미한다. 쉽게 말해서 전체 데이터를 쪼개 모두가 분산해서 보관하는 것이다. 샤딩을 통해서라면 이더리움 노드들은 이더리움 블록체인의 모든 거래내역을 저장하고 있을 필요 없이, 분산된 데이터베이스인 샤드(Shard)만 저장하면 된다. 샤딩의 목표는 모든 거래를 저장하고 있는 풀노드(fullnodes)의 필요성을 줄여 전체 노드들 간의 거래 합의가 빠르게 이루어질 수 있도록 만드는 것이다. 각각의 노드들은 분산된 거래내역을 저장하고, 맡은 부분의 거래내역만 증명하면 된다. 만약 특정 노드가 자신이 저장하고 있지 않는 거래내역까지 함께 증명해야 할 경우, 필요한 정보를 갖고 있는 노드를 찾아 거래를 증명할 수 있다. 하지만 샤딩에는 몇 가지 문제점도 존재한다. 우선 어떤 노드가 어떤 정보를 갖고 있는지 알게 해주는 메커니즘이 필요하다. 또한 PoS로의 전환이 우선되어야 한다. 현재의 PoW 방식에서는 낮은 해시 파워를 갖고 있는 샤드를 공격하여 전체 시스템에 악영향을 끼칠 수 있기 때문이다. 또한 샤드 간의 원활한 소통을 위한 방법이 필요하다. 예를 들어, 하나의 거래가 노드 A와 B에 나눠져 저장될 수 있기 때문에, 이 경우 노드 A와 B가 서로 신뢰할 수 있는 합의 방식이 필요하다. 최근 비탈릭 부테린은 샤딩에 대해 "지금은 네트워크 내 모든 컴퓨터가 모든 거래를 입증해야 하는데 샤딩이 적용되면 일부 검증자가 일부 데이터만 검증하면 된다"라고 설명했다. 또 " 이를 통해 확장성을 아주 크게 증가시킬 수 있다"라고 강조했다.

라이덴 네트워크(Raiden Network)

라이덴 네트워크(Raiden Network)는 비트코인의 라이트닝 네트워크와 같은 개념으로 이해하면 된다. 이더리움의 ERC20토큰을 위한 오프 체인(Off-chain) 전송 네트워크로, 빠르고 즉각적인 거래를 가능하게 만들어준다. 라이덴 네트워크의 방식은 거래내역을 바로 블록체인에 올리는 것이 아니라 별도의 채널인 오프 체인(Off-chain)을 통해 트랜잭션을 주고받다가 최종 정산된 값만을 블록체인에 올리는 것으로 비트코인의 라이트닝 네트워크와 동일하다.

플라즈마(Plasma)

플라즈마란 메인 블록체인(Root Chain)위에 플라즈마 블록체인(ChildChain)을 올리는 것을 의미한다. 각각의 플라즈마 블록체인은 메인 블록체인과 지속적으로 소통을 통해 중요한 사항을 메인 블록체인에 전송한다. 라이덴에서 모든 Off Chain의 거래를 메인 체인에 올리는 것이 아니듯, 플라스마에서도 플라즈마 블록체인은 모든 거래내역을 메인 블록체인에 올리지 않는다.

평가 및 전망

최근 조셉 루빈(Joseph Lubin) 이더리움(ETH) 공동 창업자가 "이더리움은 이미 상당한 확장성을 이뤘다"며, 몇 개월 내 이더리움 2.0 테스트넷를 출시할 예정이라고 밝혔다. 이더리움은 트랜잭션 처리속도를 높이기 위한 확장 솔루션인 플라즈마(Plasma)와 영지식 증명 기술(Zero-Knowledge Proof)인 zk-SNARKs 등을 통해 이더리움의 확장성과 보안이 향상됐다. 또한 '이더리움 1.0'에서 '이더리움 2.0'으로 이전될 것이며 빠른 시일 내에 비콘체인(Beacon Chain)을 사용할 수 있는 방법이 나올 것으로 전망된다. 또한 비트코인은 라이트닝 네트워크를 채택한 이후로 비트코인의 가격이 오르고 있다. 그만큼 라이트닝 네트워크가 비트코인의 확장성 문제를 해결하는 것에 큰 기여를 했다. 최근 비트코인이 상승 모멘텀을 지속하면서 전문가들의 긍정적인 전망이 이어지고 있다. 확장성 문제는 암호화폐가 살아남기 위해 반드시 해결해야 하는 문제이다. 아직 완벽하게 확장성 문제를 해결한 암호화폐는 없으며, 위의 두 암호화폐를 제외한 다른 암호화폐들 또한 확장성 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다.

참고자료

• 장진, 〈암호화폐의 확장성(Scalability)〉, 《브런치》, 2017-12-14
• 박병화, 〈조셉 루빈 "몇개월 내 이더리움 2.0 테스트넷 출시"…"이미 상당한 확장성 이뤘다"〉, 《코인리더스》, 2019-06-07
• 김진범, 〈前 월가 투자자 "비트코인, 이번주 15,000달러 돌파 전망"〉, 《코인리더스》, 2019-08-05
• 이우찬 기자, 〈비트코인 확장성 문제 해결 위한 '라이트닝 네트워크' 〉, 《뉴스토마토》, 2019-04-24
• 임유경 기자, 〈"이더리움, 6초만에 거래완료...신용카드처럼 사용"〉, 《지디넷코리아》, 2019-04-05

같이 보기

• 블록체인
• 비트코인
• 이더리움
• 암호화폐

이 확장성 문서는 블록체인 기술에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

블록체인 : 블록체인 기술 □■⊕, 합의 알고리즘, 암호 알고리즘, 알고리즘, 블록체인 플랫폼, 블록체인 솔루션, 블록체인 서비스 블록체인 기술 Bech32 • BTP • DRC-20 • EIP • IPFS • KRC-20 • NFT 마켓플레이스 • P2P • P2PKH • P2SH • PFP • PUF • SPV • TPS • TRC-20 • UTXO • 가나슈 • 가명성 • 가스 • 가십 • 가십 프로토콜 • 개념증명(PoC) • 검증가능지연함수(VDF) • 게스 • 고스트 프로토콜 • 공공예산 • 글로벌신뢰인공지능 • 대체가능토큰 • 대체불가토큰(NFT) • 도지더리움 브릿지 • 디지털 자산 • 디지털 희소성 • 라운드 • 라운드 로빈 • 라이트하우스 • 랜덤 • 레그테크 • 레이든 • 리카르디안 계약 • 린스타트업 • 마스터키 • 마스트 • 메인넷 • 멜팅 • 믹싱 • 민팅 • 밈블윔블 • 반감기 • 베타넷 • 변경불가성 • 브릿지 • 블록체인 생태계 • 블록체인 클라우드 서비스(BaaS) • 블룸필터 • 비블록체인 • 비앱 • 비콘체인 • 비트코인코어 • 빤통경제 • 수정 고스트 프로토콜 • 스냅샷 • 스마트 계약 • 스마트 브리지 • 스웜프로토콜 • 스크립트퍼브키 • 스테이킹 • 스텔스 주소 • 스핀오프코인 • 슬래싱 • 시크릿 컨트랙트 • 심플 컨트랙트 • 아토믹스왑 • 암호경제(크립토 이코노미) • 앤드어스체인인공지능 • 앵커링 • 언스테이킹 • 에어드랍 • 에폭 • 오프체인 오더락 • 오피리턴 • 옵코드 • 원토큰 문제 • 웨이 • 위스퍼 프로토콜 • 위임 • 유니스왑 • 유동성 • 이더리움 가상머신(EVM) • 이더리움 클라이언트 • 이중지불 • 익명성 • 인증된 익명 아이디 • 인터레저 프로토콜(ILP) • 자산화 • 잠금 스크립트 • 최소기능제품(MVP) • 컨소시엄 블록체인 • 컬러드코인 • 코인셔플 • 코인소각 • 코인에이지 • 코인조인 • 코인토싱 • 크립토노트 • 키스토어 • 타임락 • 테스트넷 • 토다 • 토큰 이코노미 • 토큰화 • 튜링완전 • 튜링불완전 • 트랜잭션 아이디(TxID) • 트러스트 컨트랙트 • 트루빗 • 트릴레마 • 파워 • 파티셔닝 • 퍼블릭 블록체인 • 페널티 • 프라이버시 • 프라이빗 블록체인 • 플랫폼 • 플러딩 • 피어 • 피투피(P2P) • 하이브리드 블록체인 • 합의 • 해시락 • 해시타임락(HTLC) • 해제 스크립트 • 확장성 해시 레인보우 테이블 • 매핑 • 머클경로 • 머클루트 • 머클트리 • 분산해시테이블(DHT) • 블록해시 • 스큐드 머클트리 • 온라인툴즈 • 이전블록해시 • 카뎀리아 • 해시 • 해시레이트 • 해시맵 • 해시충돌 • 해시테이블 • 해시파워 • 해시함수 • 해싱 블록 고아블록 • 그래핀 • 논스 • 마이크로블록 • 베이킹 • 북키퍼 • 브랜치블록 • 브로드캐스팅 • 블록 • 블록높이 • 블록바디 • 블록생성자 • 블록정보 • 블록타임 • 블록헤더 • 비츠 • 세그윗 • 엉클블록 • 완결성 • 제네시스블록 • 타임스탬프 • 프룻 • 프룻체인 체인 더블체인 • 라이트닝 네트워크 • 라이트닝 루프 • 루트체인 • 루프체인 • 메인체인 • 방향성 비순환 그래프(DAG) • 베리파이어블 프루닝 • 블록격자 • 블록체인 • 사용자 활성화 소프트포크(UASF) • 사용자 활성화 하드포크(UAHF) • 사이드체인 • 서브체인 • 소프트포크 • 오페라체인 • 오프체인 • 온체인 • 인터체인 • 차일드체인 • 체인 • 탱글 • 테스트체인 • 토카막 네트워크 • 포크 • 포크체인 • 퓨어체인 • 프로덕트체인 • 프루닝 • 프리포크 • 플라즈마 알고리즘 • 플라즈마캐시 • 플래시 계층 • 하드포크 • 해시그래프 • 홀로체인 노드 검증인(밸리데이터) • 기본노드 • 노드 • 라이트노드 • 랜덤노드 • 마스터노드 • 베이킹노드 • 보조노드 • 보증노드 • 슈퍼노드(슈퍼대표, 대표노드) • 슬롯 • 슬롯리더 • 엔드포인트노드(레인저노드) • 의회 네트워크 • 작업노드 • 종단노드 • 종자노드(시드노드) • 중계노드 • 지갑노드 • 채굴노드(마이닝노드) • 쿼럼 • 풀노드 • 합의노드 샤딩 네트워크 샤딩 • 데이터베이스 샤딩 • 동적샤딩 • 샤드 • 샤딩 • 스테이트 샤딩 • 알고리즘 샤딩 • 적응형 상태 샤딩 • 체인샤딩 • 트랜잭션 샤딩 채굴 병합채굴 • 사전채굴 • 에이식(ASIC) • 에이식부스트 • 에이식 저항 • 일드파밍 • 채굴 • 채굴 난이도 • 채굴량 • 탄소감축채굴 • 페어런치 탈중앙화 TVL • 거버넌스 • 게임파이 • 다오(DAO) • 다이코(DAICO) • 닥(DAC) • 닥스(DAX) • 덱스(DEX) • 디앱(DApp) • 디지오(DGO) • 디튜브 • 디파이(DeFi) • 분산경제 • 분산원장(DLT) • 분산 클라우드 • 소셜파이 • 씨파이(C-Fi) • 오프체인 거버넌스 • 온체인 거버넌스 • 원장 • 준중앙화 • 중앙화 • 탈중앙화 • 탈중앙화 TPS • 탈중앙화 조직(DO) • 탈중앙화 지수(DQ) 분산아이디 DIDs • IETF • ToIP • 검증가능한 자격증명 • 검증인 • 디지털아이덴티티재단 • 발급자 • 보유자 • 분산아이디(DID) • 분산아이디 기관 • 분산아이디 인증(DID Auth) • 아이온 • 자기주권 • 자기주권신원 • 최소화된 자격증명 데이터 • 탈중앙화 키관리시스템 • 통합해석기 오라클 상호인증 블록체인 • 오라클 • 오라클 머신 • 오라클 문제 • 오라클 서비스 • 중간자 BIP BIP • BIP9 • BIP16 • BIP32 • BIP39 • BIP43 • BIP44 • BIP47 • BIP49 • BIP63 • BIP70 • BIP84 • BIP141 • BIP148 ERC ERC • ERC-20 • ERC-165 • ERC-223 • ERC-621 • ERC-721 • ERC-777 • ERC-827 • ERC-884 • ERC-998 • ERC-1155 • ERC-1404 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반