개요

WebAssembly(WASM)는 웹 브라우저에서 실행할 수 있는 이진 포맷의 저수준 코드입니다. 이는 JavaScript의 성능 한계를 보완하고 네이티브 수준에 가까운 퍼포먼스를 제공하기 위해 설계된 웹 표준 기술로, 2017년 W3C 권고안으로 채택된 이후 주요 브라우저에서 폭넓게 지원되고 있습니다. 특히 게임, 이미지 및 영상 처리, 실시간 데이터 분석 등 고성능이 요구되는 웹 애플리케이션에서 각광받고 있습니다.

작동 원리

• WebAssembly는 스택 기반 가상 머신 모델을 채택하고 있으며, 개발자는 직접 WASM 코드를 작성하기보다는 C/C++, Rust 등의 고수준 언어로 작성한 소스를 컴파일합니다.
• 생성된 .wasm 바이너리 파일은 브라우저에서 로드하고 실행됩니다.
• WASM은 스트리밍 컴파일을 지원하므로, 다운로드 도중에도 컴파일이 가능해 로딩 지연을 최소화합니다.
• 코드 구조는 함수 단위로 나뉘며, 명령어는 스택을 통해 효율적으로 처리됩니다. 이는 빠른 실행뿐 아니라 보안성에도 기여합니다.

JavaScript와의 관계

• WebAssembly는 JavaScript의 성능 보완을 위해 설계되었습니다.
• JavaScript 코드에서 <script> 태그나 WebAssembly API를 이용해 .wasm 모듈을 로드하고, 이를 통해 함수를 호출하거나 메모리(ArrayBuffer)를 공유할 수 있습니다.
• Web API는 WASM에서 직접 사용할 수 없으며, 반드시 JavaScript를 통해 우회해야 합니다.
• 이처럼 두 기술은 역할 분담이 가능하며, 계산 집약적인 로직은 WASM에, UI 및 DOM 조작은 JS에 맡기는 하이브리드 구조가 주로 사용됩니다.

브라우저에서의 실행 과정 차이

Javascript

• JS 파일을 다운로드
• 파서가 코드를 읽어서 AST 생성
• AST를 바이트코드로 변환
• 인터프리터가 바이트코드 실행
• 자주 사용되는 코드는 JIT 컴파일러가 기계어로 변환

WASM

• 이미 컴파일된 바이너리(.wasm) 파일을 다운로드
• 바이너리 형식 유효성 검사
• 디코딩
• 거의 기계어에 가까운 형태로 즉시 컴파일

성능상의 장점과 제약

장점

• 바이트코드 형태의 이진 포맷으로 인해 파싱과 컴파일 속도가 빠릅니다.
• 인터프리팅 단계가 없어 실행 속도가 빠릅니다.
• 파일 용량이 작고, 이미 컴파일된 바이너리(.wasm) 파일 덕분에 초기 로딩 시간이 짧습니다.

제약

• WASM은 GC(Garbage Collection)를 자체적으로 지원하지 않기 때문에, Java나 C# 같은 언어는 별도의 런타임 포함이 필요합니다.
• 파일 시스템이나 OS 레벨 리소스 접근은 불가능하며, 서버 측에서는 WASI 등의 별도 표준이 요구됩니다.
• 디버깅 및 핫 리로드 기능 등을 지원하지 않습니다.

주요 지원 언어 및 특징

C/C++

• WebAssembly에 가장 적합한 언어로, 직접 메모리 제어가 가능하고 최적화에 유리합니다.
• 다양한 네이티브 라이브러리를 웹 환경에서 재사용할 수 있어 생산성이 높습니다.

Rust

• 메모리 안전성과 성능의 균형을 갖춘 현대적 시스템 언어로, WASM의 주요 타겟 중 하나입니다.
• 암호화, 이미지 처리, 스마트 컨트랙트 등 고신뢰성 요구 영역에서 주로 활용됩니다.

AssemblyScript

• TypeScript와 유사한 문법을 갖춘 언어로, JavaScript 개발자가 WASM을 쉽게 도입할 수 있도록 합니다.
• 진입 장벽이 낮고, 간단한 성능 향상 모듈 제작에 적합하지만, 생태계나 성능 면에서는 C++/Rust에 비해 한계가 있습니다.

메모리 및 보안 모델

메모리 모델

• WebAssembly는 선형 메모리(linear memory) 구조를 따르며, 바이트 배열 기반의 독립된 주소 공간을 사용합니다.
• 메모리 접근 시 경계 검사가 반드시 수행되며, 허용되지 않은 접근은 즉시 트랩(trap)으로 처리되어 보안사고를 방지합니다.

보안 모델

• WASM은 기본적으로 샌드박스 환경에서 실행되며, 호스트 시스템으로부터 철저히 격리됩니다.
• 함수 호출은 미리 정의된 시그니처에 따라 제한되며, 스택 버퍼 오버플로우나 ROP(Return-Oriented Programming)와 같은 공격에 취약하지 않습니다.
• 실행 도중 오류가 발생하면 호스트에 예외를 전달하고, 해당 모듈 실행을 안전하게 중단합니다.

결론

WebAssembly는 웹의 성능 한계를 뛰어넘어, 다양한 고성능 애플리케이션을 가능하게 하는 핵심 기술로 자리잡았습니다. 향후 GC, 멀티스레드, 컴포넌트 모델 등의 기능 확장을 통해 서버, IoT, 엣지 컴퓨팅 등 웹이 아닌 환경에서도 활용될 전망입니다. 웹 개발자뿐 아니라 시스템 프로그래머에게도 매력적인 기술 도구로, 전략적인 활용이 점점 중요해지고 있습니다.

참고
[Wasm] WebAssembly 란 무엇인가?
WebAssembly(WASM) & WASI 2024 : 크로스플랫폼의 미래
앱의 JavaScript에서 핫 패스를 WebAssembly로 대체
WebAssembly로 브라우저 확장
FE개발자의 성장 스토리 08 : WebAssembly 개발기
러스트로 만나는 WebAssembly 톺아보기: 개념부터 예제까지