샤딩(Sharding)에 대한 설명
1. 서론
블록체인은 **분산 원장 기술(Distributed Ledger Technology, DLT)**의 특성상 모든 노드가 동일한 거래 내역을 검증·저장한다. 이로 인해 거래 처리 속도(Transaction Per Second, TPS)가 제한되고, 네트워크가 확장될수록 성능 저하가 발생한다. 이러한 확장성(Scalability) 문제를 해결하기 위한 핵심 기법 중 하나가 **샤딩(Sharding)**이다.
2. 샤딩(Sharding)의 개념
- 정의: 샤딩은 데이터베이스 분야에서 유래된 개념으로, 대용량 데이터를 샤드(Shard, 조각) 단위로 분할하여 병렬적으로 처리하는 기술이다.
- 블록체인 적용: 전체 블록체인을 여러 개의 작은 네트워크(샤드 체인, Shard Chain)로 나누어, 각 샤드가 일부 거래와 스마트 계약을 독립적으로 처리하도록 설계한다.
- 목표: 모든 노드가 모든 거래를 처리하지 않고, 노드 집합을 분산시켜 병렬 처리함으로써 성능과 확장성을 향상시키는 것.
3. 블록체인에서 샤딩의 구조
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네트워크 샤딩 (Network Sharding)
- 노드들을 여러 그룹으로 나누어, 각 그룹이 특정 거래 검증만 담당.
- 네트워크 트래픽 분산 효과.
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트랜잭션 샤딩 (Transaction Sharding)
- 거래(Transaction)를 특정 규칙(예: 주소 해시 값 범위)에 따라 각 샤드에 할당.
- 거래 병렬 처리 가능.
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상태 샤딩 (State Sharding)
- 블록체인의 상태(State, 계정 잔고, 스마트 계약 데이터)를 분리 저장.
- 특정 노드가 전체 상태를 보관하지 않고, 자신이 속한 샤드의 데이터만 관리.
- 확장성 극대화 가능하나, 구현 난이도가 매우 높음.
4. 샤딩의 장점
- 확장성 개선: 전체 네트워크의 거래 처리량(TPS) 획기적 증가.
- 자원 효율성: 각 노드가 전체 원장을 보관하지 않아도 되므로 저장공간과 연산 부담 감소.
- 병렬 처리: 다수의 샤드가 동시에 거래를 처리 → 처리 속도 향상.
5. 샤딩의 한계 및 보안 이슈
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교차 샤드 거래(Cross-shard Transaction)
- 서로 다른 샤드 간 거래 발생 시, 동기화 및 검증 과정이 복잡해짐.
- 지연(latency) 및 보안 취약점 발생 가능.
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샤드 공격(Shard Takeover Attack)
- 특정 샤드에 악의적 노드가 집중 배치되면 51% 공격(majority attack) 위험 증가.
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구현 복잡성
- 블록체인의 합의(Consensus)와 데이터 일관성(Consistency)을 보장하면서 샤딩을 적용하기 어려움.
6. 대표 사례
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이더리움 2.0 (Ethereum Serenity):
- 비콘 체인(Beacon Chain)을 중심으로 여러 샤드 체인을 운영.
- 샤드 간 동기화를 위한 크로스링크(Cross-link) 기법 도입.
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Zilliqa:
- 세계 최초 상용화된 샤딩 기반 퍼블릭 블록체인.
- 네트워크를 샤드 단위로 나누어 거래를 병렬 처리.
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Near Protocol:
- 동적 샤딩(Dynamic Sharding) 구조를 도입, 사용량 증가 시 샤드 수 자동 조절.
7. 결론
샤딩은 블록체인의 **확장성 문제(Scalability Trilemma)**를 해결하기 위한 핵심 기술 중 하나로, 거래 병렬 처리 및 자원 효율성 향상을 가능하게 한다. 다만, 교차 샤드 거래 처리, 보안 강화, 합의 알고리즘 최적화라는 난제를 해결해야 한다.
기술사 관점에서 샤딩은 단순한 성능 개선 기법이 아니라, 대규모 블록체인 네트워크가 실질적인 글로벌 인프라로 발전하기 위한 필수 기술적 토대라 할 수 있다.
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