블록체인 트릴레마

be kid·2022년 3월 6일

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최근 에이핑크가 아주 오랜만에 딜레마라는 곡으로 컴백했다. 트릴레마라는 이름을 보며 3개라는 뜻과 딜레마라는 것을 합친건가 싶었는데 3을 의미하는 Tri와 명제를 의미하는 Lemma가 합쳐진거란다. (실망)
어쨋든 의미는 딜레마 비슷한 것 같긴하다. 3가지의 문제가 각각 서로 영향을 주어 3가지 중 어느 것을 선택하면 다른 부분이 악화된다는 의미를 갖고 있기 때문이다!

블록체인 트릴레마는 확장성, 탈중앙화, 보안이라는 세 가지 요소를 모두 만족하는 일이 얼마나 어려운지를 말하고 있다.

확장성 (Scalability)

사용자의 수가 증가하거나 네트워크의 규모가 커지면서 데이터 처리량 또는 데이터 전송 건수가 증가해도 유연하게 대응할 수 있어야 한다. 확장성이 높으면 이러한 것들이 증가해도 무리없이 전송 처리용량을 증가시킬 수 있다. TPS(Transaction Per Second)가 높다고도 표현한다. 확장성이 커지면서 발생하는 일련의 문제 또는 확장성이 커지면서 해결하지 못하는 문제들을 확장성 문제라고 한다.

비트코인은 확작성이 제한적이어서 비트코인 캐시로 하드포크하였고, 이더리움 또한 같은 문제로 알트코인이 등장하게 되었다. 비트코인과 이더리움은 확장성의 문제로 인해 TPS가 낮고 그만큼 트랜잭션 처리에 드는 수수료가 비싸지기도 한다. 그만큼 확장성은 블록체인에서 반드시 해결해야할 핵심 요소 중 하나이다.

TPS가 확장성 개념을 설명하는데에 어느정도 도움이 되긴하지만 TPS 자체를 확장성이라고 하기에는 무리가 있다.

EOS는 3천 TPS를 돌파하며 많은 서비스에서 상용화할 수 있는 블록체인 네트워크로 개발되었지만 1초에 6천건 이상의 트랜잭션을 유발하는 dApp이나 토큰이 생긴다면 이오스마저도 병목현상을 보일 수 있다.

확장성이 있는 블록체인 프로토콜은 사용 사례가 확장되고 블록체인 기술의 채택이 가속화되더라도 블록체인의 성능이 전혀 저하되지 않기 때문에 높은 트랜잭션 처리량과 미래 성장을 지원하는 능력으로 표현하기도 한다.

다만 마구잡이로 확장성을 키우려고만 하면 탈중앙화나 보안에 대해 결과적으로 어려움을 겪을 수 있다. 블록체인 네트워크가 유용성이 훨씬 우수한 기존의 중앙집권식 플랫폼과 경쟁하는 데 있어 합리적인 경쟁을 할 수 있는 유일한 방법이 확장성이지만, 탈중앙화와 보안을 확립하는 동시에 확장성까지 달성하는 것은 오늘날 탈중앙화 네트워크의 주요 과제로 남아있다.

탈중앙화 (Decentralization)

네트워크가 중앙집권화된 서버로 운영되는 것이 아닌 소규모 노드 간 자율적으로 운영되는 것을 말한다. 탈중앙화는 블록체인 기술의 핵심 아이디어이며 블록체인 생태계 전반에 걸쳐 추진되고 있다. 분산된 프로세스와 기술을 적용해 산업 전반에 걸쳐 중개자의 역할이 사라지고 더욱 다양한 거래 형태가 나타나면서 사용자들에게 이익을 분배할 수 있게 된다.

탈중앙화 네트워크는 훨씬 더 기본적인 수준에서 합의를 통해 의사결정을 하는데 누구도 이를 통해 거래되는 데이터를 제어하거나 검열할 수 없다는 말이다. 그러나 최적의 탈중앙화를 달성하면 네트워크 처리량이 감소하는 경향이 있다. 더 많은 채굴 노드의 합의를 통해 네트워크를 보호하면 TPS가 떨어지게 되는데 이런 문제점이 다양한 서비스에서 블록체인 네트워크를 채택하는 장애물이 된다.

보안 (Security)

데이터나 프로그램이 보호되어 있고 권한이 없는 사용자나 악의적인 사용자의 접근을 막는 것을 뜻한다. 블록체인이라는 원천적인 기술은 암호학계에서 매우 관심이 많은 기술이다. 블록체인 위에서 발행된 화폐가 이미 암호화폐라고 불리는 것처럼 암호화폐는 암호화되어 익명성과 함께 안전성을 가지고 있다.

비트코인, 이더리움에 대한 무한한 관심은 바로 PoW, PoS로 이어지는 해킹 불가능 영역이라는 점이다. 물론 해킹을 당하는 사례가 존재하긴 하지만, 이는 알고리즘의 허점이라기 보다는 너무 과도하게 생겨난 코인들로 인해 노드 수가 부족하고 해시율이 낮아져서 생긴 해킹 위험일 뿐이다. 사람들의 관심을 많이 받는 코인들은 이러한 위험에 거의 면역 수준이다. 이런 코인을 해킹하기 위해서는 엄청난 자금이 필요하기 때문에 국가적으로 해킹을 준비하지 않는 이상 51%의 장비를 구비하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문이다.

세 요소의 상호작용과 관계

네트워크는 거래를 결제하기 위해 거래의 유효성에 동의해야 하며 시스템에 많은 수의 참가자가 있는 경우 계약에 시간이 걸릴 수 있다. 유사한 보안 매개변수가 주어지면 확장성은 탈중앙화에 반비례한다. 두 작업 증명 블록체인이 동일한 수준의 탈중앙화를 가지고 있다면 보안 측면은 블록체인의 해시율(Hashrate)이라고 생각할 수 있다. 해시율이 높을수록 확인시간이 짧아지고 보안과 함께 확장성이 높아진다. 따라서 지속적인 탈중앙화에서는 확장성과 보안이 비례한다. 이런 이유로 블록체인은 세 가지 특성을 동시에 최적화할 수 없으며 상호간의 절충이 필요하다.

탈중앙화

블록체인의 핵심 요소이며 기존 금융 시스템의 완전 중앙집권화를 벗어나 화폐 발행 및 저장 역할의 분산되고 투명한 대안이다. 그러나 문제는 속도다. 트랜잭션이 합의에 도달하기 전에 여러 번 확인해야 하는 경우 본질적으로 단일 엔티티에서 트랜잭션을 확인할 수 있는 경우보다 시간이 더 오래 걸린다. 비트코인은 강력하게 분산된 만큼 매우 느리다.

탈중앙화 네트워크의 장단점

장점

탈중앙화를 통해 사용자가 단일 엔티티를 신뢰하지 않고도 합의를 유지할 수 있다.
분산화는 시스템의 견고성을 증가시키기 때문에 바람직하다. 네트워크를 검열에 저항하게 하여 누구나 네트워크를 사용할 수 있도록 하여 재산권을 향상시킨다.
단점
분산화는 지연을 초래하고 네트워크 속도를 낮춘다.
중복성을 도입하기 때문에 비용이 많이 들고 모든 앱에서 바람직한 것은 아니다.

확장성

성능 저하 없이 더 많은 사용자와 사용 사례 및 더 많은 트랜잭션을 처리하기 위해 규모의 성장을 지원하는 블록체인 시스템의 용량을 나타내는 확장성은, 본질적으로 TPS 또는 체인의 처리량을 늘리기 위해 트랜잭션의 결제 시간을 줄이는 것이 최종 목표이다.

확장성은 대량 채택에 중요하다. 블록체인 위에서 구현된 dApp을 많은 사람들이 사용한다면 이 dApp은 최대한 빠른 속도의 네트워크를 선택하게 될 것이다. 블록체인 시스템이 얼마나 버틸 수 있는지 수요가 늘어남에 따라 시스템이 원활하게 운영될 수 있는지를 확장성 문제라 한다. EOS는 확장성에 중점을 두었지만 과도한 중앙집권으로 비판을 받았다.

확장성을 증가시키는 두 가지 방법

탈중앙화에 대한 타협 : 거래를 검토하는 엔티티의 수를 줄인다.
보안에 대한 타협 : 네트워크의 난이도 감소를 요구하는 블록 타임의 감소

확장성 중심 네트워크의 장단점

장점

네트워크가 많은 양의 트랜잭션을 지원할 수 있도록 한다.
소셜 메이징 앱과 같이 보안이 주요 초점이 아닌 앱에서 유용할 수 있다.
단점
확장성은 보안을 희생해야 한다.
네트워크가 확장됨에 따라 합의 메커니즘도 확장해야 중앙집중화를 벗어날 수 있다.

보안

블록체인 생태계의 보안은 소스 코드 자체에 달려있다. 따라서 다른 모든 서비스와 마찬가지로 소스코드를 신중하게 검사해야 한다. 그러나 소스 코드의 투명성과 해킹에 성공할 때 얻을 수 있는 이익으로 인해 블록체인은 해커의 주요 표적이 되었다. 확장성은 장점에 초점을 맞추는 반면 보안은 단점을 방지한다. 중요하지만 종종 잊혀지기도 한다.

보안은 블록체인이 거래를 취소할 수 없도록 하는 능력이다. 이는 네트워크 참가자가 보상을 받기 위해 리소스를 소비하도록 함으로써 가능하다. 네트워크 참여자가 더 많은 리소스를 사용할수록 블록체인의 보안이 강화된다.