[블록체인 이론🔗] 블록체인 트릴레마, 사례, 해결방안

매정·2022년 5월 6일
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🔗 트릴레마(Trilemma)

3가지 문제가 각각 서로 영향을 주어, 3가지 중 어느 것을 선택하면 다른 부분이 악화된다.

💬 블록체인 트릴레마
블록체인이 확장성, 탈중앙화, 보안 세 가지 요소를 동시에 만족하는 것은 어렵다.

1. 확장성(Scalability)

  • 사용자 수가 증가하거나 네트워크의 규모가 커지면서, 데이터 처리량 또는 데이터 전송 건수가 얼마나 증가할 수 있는가.
  • 즉, 블록체인 네트워크가 트랜잭션을 얼마나 빠르게 처리할 수 있는가? (TPS, Transaction Per Second) (But, 'TPS = 확장성'은 아님!)
  • 확장성을 높이려고 시도해볼 수 있지만, 탈중앙화나 보안에 악영향을 줄 수 있음 (예: 비트코인캐시)
  • 확장성을 증가시키는 두 가지 방법
    - 탈중앙화에 대한 타협: 거래를 검토하는 엔터티의 수 줄이기
    - 보안에 대한 타협: 네트워크의 난이도 감소를 요구하는 블록 타임의 감소

2. 탈중앙화(Deccentralization)

  • 네트워크가 중앙집권화된 서버로 운영되는 것이 아닌, 소규모 노드 간 자율적으로 운영되는 것.
  • 블록체인 기술의 핵심 아이디어이며, 중개자의 역할이 사라지고 더 많은 사람들에게 이익을 분배할 수 있는 구조가 됨.
  • 탈중앙화 네트워크는 합의(Consensus)를 통해 의사결정을 내림.


3. 보안(Security)

  • 데이터나 프로그램이 보호되어 있고, 권한이 없는 사용자나 악의적인 사용자의 접근을 막는 것.
  • 노드 수가 부족하고 해시율이 낮아지면 해킹 위험이 큼. 따라서 BTC, ETH과 같은 메이저 코인들은 현실적으로 해킹 위험이 낮음.
  • 블록체인의 해시율(Hashrate)이라고 볼 수 있음.

    💬 해시율
    채굴의 성공 확률과 실제로 채굴에 성공한 시간으로부터 도출되는 이론값. 일반적으로 해시율이 높아져 연산량이 많아질 경우, 더 빠른 채굴이 이루어지기 때문에 채굴 난이도가 높아진다. 해시레이트는 시간이 흐를수록, 참여자가 늘어날수록 상승한다.




🔗 트릴레마 사례

1. 확장성을 타협한 암호화폐

✔ 약점 1
블록에 거래가 포함될 때 속도의 지연 (블록 생성 주기, 데이터 크기 등 블록체인 플랫폼 구조에 따른 수수료와 리소스 할당의 문제)

✔ 약점 2
합의 노드들간 합의 과정에 소요되는 속도의 지연 문제 (합의 알고리즘과 네트워크 확장성 요구에 따른 네트워크 자체의 문제)

1) 비트코인

  • 높은 탈중앙화와 보안, But 확장성 낮음
  • 7TPS, 현저히 낮은 처리 속도
  • 과감히 트랜잭션을 포기, 확장성은 비트코인의 최대 단점임.
  • 약점 1)의 문제에 쉽게 접근해서 개선안 도출 가능, 약점 2)의 문제의 경우 기존 채굴업체들의 권력화로 변경이 어려움

2) 이더리움

  • ETH 플랫폼 위의 dApp 거래를 1초에 약 20건밖에 처리할 수 없음. (VISA: 1초에 6천건)
  • 지불수단 뿐 아니라 더 폭넓은 영역에서 사용됨(dApp)
  • 이더리움 2.0 : PoW 방식의 대안, PoS(수수료↓)와 Sharding 기술(TPS 속도).

    💬 샤딩(Sharding)?
    검증자를 소규모 그룹으로 분리해 각 그룹이 서로 다른 트랜잭션을 동시다발적으로 처리하는 기술

  • 약점 2)의 경우 개선안 도출 가능, 약점 1)의 경우 도출 어려움.

2. 탈중앙화를 타협한 암호화폐

1) 이오스(EOS)

  • 위임지분증명(DPoS) 합의 알고리즘을 채택하여 탈중앙화와 확장성 문제 해결 (21명의 블록 생성자를 선출한 후 그들에게 블록체인의 운영을 맡기는 방식)
  • 위임지분증명(DPoS) 효용 : 민주적인 의사결정 시스템, 대표노드 견제(탈중앙화), 빠른 연산 가능(21개 노드)
  • But, BP의 권한이 커질 수록 탈중앙화와 멀어질 수 있음.

2) 하이퍼레저

  • 프라이빗 블록체인, 합의 과정에 참여하려면 사전 승인이 필요함. (합의가 간단, 네트워크 운영 보상 필요 X)
  • 처리 속도를 중요시하는 기업을 중심으로 개발, 정부에서도 이러한 형태를 고려 중
  • 자율에 가까운 채굴 방식을 특정 숫자의 노드로 극히 제한하여 극적인 성능 향상을 달성한 형태

🔗 트릴레마 해소 방안 연구

트릴레마는 탈중앙화를 선택함으로써 발생하는 기회비용중앙화를 통해 얻을 수 있는 편익(확장성 등)과 동일함으로써 발생하는 문제점이다.

[트릴레마 해소 방안 1] 알트코인

비트코인 캐시’의 사례


등장 배경
비트코인의 트랜잭션 속도가 느린 이유 = ‘블록의 크기와 담을 수 있는 트랜잭션이 한정되어 있다’고 보는 관점

솔루션
비트코인에서 체인분기(하드포크)됨. 블록의 크기를 기존에 비해 2~8배까지 확장함.

문제점1
제한된 확장성, 기존 구조를 거의 변경하지 않음. 미래에 트랜잭션과 노드 수가 증가할 경우에 대비가 되어있지 않음.

문제점2
자원의 중앙화, PoW 알고리즘이 자본의 집중으로 채굴권력을 분산시키지 못하고 있음. 비트코인 캐시는 4개의 주요 채굴농장들이 전체 채굴량의 55%정도 차지함. (채굴농장이 전체 블록체인 채굴 컴퓨팅 파워의 51%를 가지게 되면 정보의 소유권을 가지게 됨.)


[트릴레마 해소 방안 2] 오프체인

라이트코인’의 사례

등장배경
비트코인의 트랜잭션 속도가 느린 이유 = ‘저장해야 할 거래 내용이 많다’고 보는 관점

솔루션
‘라이트닝 네트워크’ (=오프체인 거래) 모든 거래 내용을 오프체인에 등록한 후 거래 내역을 종합해 최종 결과만 온체인(On-Chain)에 업로드하는 방식.
다중 키(Multi-Sinature)시간 잠금 계약(Hashed Timelock Contract)을 활용해 신뢰를 확보.

장점1
블록체인 상에서 거래가 이루어지지 않기 때문에 승인 대기 시간이 생략됨.

장점2
채굴자에게 수수료를 주지 않아도 되기 때문에 거래 수수료가 낮아짐


라이트닝 네트워크’ 기술

  • 개별 거래를 별도의 채널(Off-Chain)에서 처리한 후 그 결과만 블록체인에 기록하는 방식으로 작동하는 알고리즘
  • for 확장성↑, 탈중앙화와 보안은 기본
  • 반복적인 소액 거래는 저장되지 않음. 오프체인을 닫을 때 최종 거래내역만 블록체인에 저장
  • 잔액에 대한 인증 역할을 하는 첫 번째와 마지막을 제외하고는 오프체인임.
  • 문제점: 탈중앙화 문제 해결 못함. 블록체인 기술이 아님, 제 3자 세력이 필요함.
  • 비트코인, 라이트코인, 퀀텀이 사용함.

[트릴레마 해소 방안 3] 플랫폼

‘알고랜드’의 사례

  • 순수지분증명(PPoS): 1단계) 알고랜드 네트워크의 블록 생성자가 토큰 보유자 중에서 무작위로 한 명의 검증자를 선정. 2단계) 무작위로 뽑힌 1천 명이 1단계에서 선정된 위원을 검증함.
  • 알고랜드는 어떻게 탈중앙화 수준을 유지하면서 확장성을 달성할까? → 임의성!
    • 임의성은 모든 사용자가 시스템에서 선택을 받을 수 있으므로 분산성이 유지됨.
    • 다음 검증자가 누구일지 모른다는 사실은 보안을 보장함.
    • “51% 공격”에 당하지 않도록 예방해주는 강력한 도구.

레이어 1 및 레이어 2 솔루션의 구현은 확장성, 탈중앙화, 그리고 보안을 충족하는 대안으로 여겨지고 있다.

[트릴레마 해소 방안 4] 레이어1

비트코인, 라이트코인, 이더리움과 같은 프로토콜

  • ‘합의 프로토콜을 개선’하는 방식으로 해결한다. (예: PoW에서 PoS로 바꾼다.)
  • ‘샤딩(Sharding)’ 이라는 솔루션으로 해결한다. (샤딩? 검증자를 소규모 그룹으로 분리해 각 그룹이 서로 다른 트랜잭션을 동시다발적으로 처리)

[트릴레마 해소 방안 5] 레이어2

기본 블록체인 프로토콜 위에서 작동해 확장성과 효율성을 향상시키는 네트워크 또는 기술

  • ex: 비트코인 - 레이어1 프로토콜, 라이트닝 네트워크 - 레이어2 솔루션)
  • 최근 몇 년 동안 엄청난 성장을 이룩. PoW 네트워크의 확장성 문제를 극복하는 가장 효율적인 방법

💬 중첩 블록체인

  • 분산형 네트워크 인프라 (메인 체인 / 보조 체인)
  • 보조 체인(자식)에서 실행 → 작업 결과(부모)를 메인 체인에 보냄
  • 메인체인의 처리 부담을 줄여 확장성을 기하급수적으로 향상시킴.
  • 예) 오미세고 → Layer1-ETH 위에서 Layer-2 중첩 블록체인 활용

💬 상태 채널

  • 블록체인(온체인)오프체인 트랜잭션 채널 간의 양방향 통신을 용이하게 함
  • 트랜잭션 또는 트랜잭션 배치가 상태 채널에서 완료되면 채널의 최종 상태와 모든 고유한 전환이 기본 블록체인에 기록됨.
  • 트릴레마 트레이드오프에서 상태 채널은 더 큰 확장성을 달성하기 위해 어느 정도의 탈중앙화를 희생함.
  • 예) Bitcoin Lightning, Etherium Raiden, Liquid Network, Celer

💬 사이드체인

  • 대규모 배치 트랜잭션에 상용되는 블록체인 인접 트랜잭션 체인
  • 메인 체인과 독립적인 합의 메커니즘을 사용.
  • 구조: 사이드체인(속도, 확장성) <—— 유틸리티 토큰(데이터 전송) ——> 메인체인 (보안 및 분쟁 해결 유지)
  • 사이드체인 트랜잭션은 공개적으로 원장에 기록됨 (비공개 X)
  • 사이드체인에 보안 침해가 일어났다? → 걱정 Nope 매인체인, 다른 사이드체인에 영향을 미치지 않음.
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