[Blockchain] 블록체인 트릴레마

yooni·2022년 3월 3일

blockchain 트릴레마

Blockchain

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블록체인 트릴레마 (Blockchain Trilemma)

블록체인 트릴레마란 확장성(Scalability), 탈중앙화(Decentralization), 보안성(Security) 세 가지 문제는 한 번에 해결할 수 없음을 뜻한다. (Trade-off 관계)

현재 시중의 암호화폐들은 탈중앙화, 보안성, 확장성의 블록체인 트릴레마를 하나 또는 두 개 까지만 해결할 수 있고 세 가지를 모두 만족시키는 것은 현재로서는 물리적으로 불가능하다.

1세대 -> 2세대 -> 3세대로 이어지는 블록체인 플랫폼들의 등장은, 사실상 트릴레마 문제를 해결하기 위한 노력이다.

1. 확장성 (Scalability)

사용자수, 거래수, 네트워크 규모가 증가하더라도 무리없이 데이터 처리 용량을 증대시킬 수 있는 능력
(더 많은 트랜잭션을 처리하기 위한 규모의 성장을 지원하는 블록체인 시스템의 용량)

블록체인의 확장성을 평가하는 성능지표로 TPS(Transaction Per Second, 초당 트랜잭션 처리 속도)가 사용될 수 있다. 높은 TPS를 가진 네트워크는 사용자가 많아져도 네트워크를 안정적으로 운용할 수 있다. 또한 확장성은 미래 성장을 지원하는 능력으로도 표현된다. 확장성이 확보된 블록체인 프로토콜은 미래에 사용량이 많아지고 해당 기술의 채택이 많아지더라도 블록체인의 성능이 저하되지 않는다.

확장성 확보를 위한 시도를 할 수 있지만, 트릴레마 관계로 인해 탈중앙화와 보안이 취약해질 수 있다.

거래를 검토하는 엔터티의 수를 줄여 탈중앙화와 타협
네트워크의 난이도 감소를 요구하는 블록 타임의 감소로 보안성과 타협

현재 많은 블록체인 플랫폼이 탈중앙화와 보안은 확보했으나, 확장성 달성은 주요한 과제로 남아있다. 1세대 비트코인, 2세대 이더리움은 확장성 타협한 대표적 암호화폐로 TPS가 낮으며, 이러한 1/2세대 암호화폐의 확장성 이슈를 해결하기 위해 이오스, 트론, 에이다, 이오스트 등의 3세대 암호화폐가 등장했다. 이오스는 위임 지분 증명 합의 알고리즘을 채택하여 6천 TPS 이상을 확보하여 확장성을 극복하고자 했지만, 6천 TPS 이상의 트랜잭션을 유발하는 dApp/토큰이 생긴다면 이것 역시 병목현상을 보일 수 있다. 이오스는 향후 수백만 TPS까지 달성할 계획이라고 하지만, 과도한 중앙집권이 이루어져야 하기 때문에 비판을 받기도 한다.

➕ 확장성 중심 네트워크의 장점

네트워크가 많은 양의 트랜잭션을 지원한다.
소셜 메시징 애플리케이션과 같은 보안성이 중요하지 않은 애플리케이션에서 유용하다.

➖ 확장성 중심 네트워크의 단점

확장성 확보를 위해 보안을 희생해야 한다.
네트워크 확장에 따라 합의 매커니즘도 확장되어야 중앙집중화를 벗어날 수 있다.

확장성을 타협한 비트코인

애초부터 탈중앙화와 보안에 초점을 맞춰 개발되었으며, 특히 보안 측면에서는 최고의 암호화폐이다. 암호화된 기술을 바탕으로 서버 역할을 하는 노드들이 네트워킹 되어 블록체인을 검증하기 때문에 위변조가 불가능하다. 시간이 흐를수록 점점 더 많은 사용자를 확보하면서 네트워크가 확장되었고 트랜잭션 속도가 느려지는 확장성 문제가 생기게 되었다.

비트코인은 이 문제를 해결하고자 라이트닝 네트워크(Lightning Network) 등의 방법을 활용하여 속도를 높이고자 했으나 이에 따라 네트워크 보안성이 떨어지는 문제가 생겼다. 비트코인은 보안성 유지를 위해 트랜잭션 속도(7 TPS)를 포기하였고, 확장성은 비트코인의 최대 단점으로 꼽히고 있다.

확장성을 타협한 이더리움

이더리움 역시 확장성 문제에 부딪혀 dApp 상의 거래를 20TPS 수준으로 밖에 처리할 수 없었다. 이더리움은 이를 개선하고자 확장성 문제의 해결을 추구하는 이더리움 2.0을 발표하였다. 이더리움 2.0에는 작업 증명 방식(PoW) 대신 지분 증명 방식(PoS)이 적용되었으며, 지분 증명의 검증자를 소규모 그룹 샤드(Shard)로 분리하여 각 그룹이 서로 다른 이더리움 트랜잭션을 동시다발적으로 처리하는 샤딩(Sharding) 기술을 도입했다.

이더리움은 암호화폐보다 폭넓은 영역에서 사용되기 위한 플랫폼이다. 프로그래밍을 거래 형태로 저장하고 조건을 만족하면 자동으로 실행시키는 스마트 컨트랙트 기능이 그 핵심이다.

2. 탈중앙화 (Decentralization)

네트워크가 중앙집중화를 벗어나 분산된 소규모 노드 간 자율적으로 운영되는 것

탈중앙화는 블록체인 기술의 핵심 아이디어이다. 블록체인 생태계 전반에 분산 프로세스/기술을 적용하면 산업 전반에 걸쳐 중개자의 역할이 사라지고 다양한 방식의 거래형태가 나타난다. 탈중앙 금융 De-Fi(Decentralized Finance) 플랫폼은 중앙 집권 은행이 제거되어 사용자들로만 구성되기 때문에 사용자들에게 더 큰 이익을 분배할 수 있다.

탈중앙화 네트워크에서는 노드간의 합의(Consensus)를 통해 의사결정을 내린다. 하지만 더 많은 노드들이 합의에 참여하여 최적의 탈중앙화가 달성되면 TPS가 감소하는 경향이 있다.

➕ 탈중앙화 네트워크의 장점

탈중앙화를 통해 사용자가 단일 엔티티를 신뢰하지 않고도 합의를 유지할 수 있다.
분산화를 통해 시스템의 견고성을 증가시킨다. 누구나 네트워크를 사용할 수 있도록 하여 재산권을 향상시킨다.

➖ 탈중앙화 네트워크의 단점

분산화는 지연을 초래하여 네트워크 속도를 늦춘다. (확장성 감소)
중복성의 도입으로 비용이 많이 든다.

3. 보안성 (Security)

데이터나 프로그램이 보호되어 있고, 권한이 없거나 악의적인 사용자의 접근을 막는 것 (데이터의 무결성)

보안성은 블록체인 거래를 취소할 수 없도록 하는 능력이다. 이러한 보안성은 네트워크에 더 많은 사용자가 참여하여 더 많은 리소스를 사용해야 강화될 수 있다.

비트코인, 이더리움 등의 메이저 암호화폐는 PoW, PoS와 같은 합의 알고리즘이 적용되어 해킹이 사실상 불가능하다. 이러한 코인을 해킹하기 위해서는 엄청난 자금이 필요하고 해킹을 위해 51%의 장비를 구비하는 것 역시 현실적으로 불가능하다.

블록체인 생태계의 보안은 소스코드 그 자체에 달려있다. 알고리즘이 잘 설계되어 있다 하더라도 소스코드 자체에 문제가 있을 수 있다는 것이다. 블록체인은 오픈소스인 경우가 많기 때문에 이로 인한 문제가 많이 발생하고 실제로 비트코인, 이더리움에서는 취약점 신고 포상제도(버그바운티)를 운영하고 있다. 소스코드의 결함으로 The DAO가 공격받은 사례처럼, 소스코드의 결함은 블록체인 기술의 성장을 저해하는 요소이다.

그리고 실제로, 거래소와 관련된 문제도 많다. 사실상 거래소 자체가 하나의 중앙 집권 기구이며 이는 블록체인의 초기 정신에 위배된다고 볼 수 있다.

❗️ 블록체인 보안성의 한계
블록체인의 이론적인 Security를 입증하기 위한 노력이 많지만, '모든 구성원들에게 정보가 똑같이 전달된다.', '적어도 어떤 시간 안에는 정보가 모두 도착한다' 등의 전제 조건이 붙는다. 하지만 이는 실제와 다르다. 이런 허점을 이용한 공격들이 실제로 발생하고 있다.

➕ 보안 중심 네트워크의 장점