창시자의 무더기 트윗이 의미하는 이더리움 블록체인의 미래

Computerworld

이더리움 블록체인의 창시자 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 무려 75건의 트윗을 통해 새로운 컨센서스 메커니즘 이행을 향한 로드맵을 설명했다. 새로운 메커니즘은 이더리움 분산 원장 기술의 속도를 비약적으로 빠르게 만들어 줄 것으로 기대되고 있다.

부테린의 트윗 대부분은 프로세스를 효율화하고 블록체인 콘텐츠를 통제하려는 범죄 시도들을 물리칠 지분 증명(PoS, Proof of Stake) 컨센서스 메커니즘을 만들기 위해 이더리움 개발자들이 어떤 노력을 기울여 왔는지에 대해 설명하고 있다.

부테린은 또 이번 트윗에서 PoS 시스템이 샤딩(sharding)과는 독립적으로 시행될 것임을 분명히 밝혔다. (샤딩이란 분산 원장에 올라가는, 블록이라고 알려진 새로운 도큐먼트를 승인하기 위하여 필요한 컴퓨팅 작업을 분산하는 하나의 방식이다.) PoS와 샤딩 개발은 분명 하나의 동일한 프로젝트를 구성하는 일부분이지만, 출시는 각각 따로 될 것이라는 게 그의 설명이었다.

‘작업 증명’과 ‘지분 증명’
블록체인 상의 새로운 엔트리를 입증할 때, 그리고 네트워크에 가해진 변화를 관리할 때 가장 널리 사용되는 메커니즘 또는 알고리즘 2가지가 바로 작업 증명(PoW, Proof of Work)과 지분 증명(PoS, Proof of Stake)이다.

작업 증명 알고리즘은 P2P네트워크 상에 있는 컴퓨터들이 CPU 능력을 소모해 매우 복잡한 암호화 기반 등식을 풀어야만 블록체인 원장에 새로운 데이터를 더할 수 있도록 하는 알고리즘이다. 가장 빨리 등식을 풀어 낸 컴퓨터 노드들은 이더리움의 ‘이더’나 비트코인과 같은 디지털 코인을 보상으로 받게 된다. 이처럼 작업 증명을 통해 암호화폐를 받는 방식을 ‘채굴(Mining)’이라고 부른다. 우리가 ‘비트코인을 채굴한다’고 할 때 채굴은 이런 의미이다.

반면 지분 증명 컨센서스 모델은, 그 이름에서도 알 수 있듯 가장 많은 디지털 코인을 가진 사람(즉, 지분이 가장 큰 사람)이 암호화폐 또는 비즈니스 블록체인 원장을 관리할 수 있는 시스템이다.

지금까지 우리가 아는 대표적인 블록체인 기반 암호화폐들(비트코인, 이더리움, 라이트코인 등)은 전부 작업 증명 방식을 컨센서스 메커니즘으로 채택해 왔다. 작업 증명 알고리즘은 원장에 추가 되는 새로운 도큐먼트의 진위성을 판별하는 데에는 더할 나위 없이 훌륭한 방식이지만, 너무 느리고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.

작업 증명 방식은 24시간 쉬지 않고 프로세서를 가동시켜야 하는 데다가 채굴 작업에 할당된 서버 팜을 냉각 해야 하기 때문에 전력이 무척 많이 소모된다. 이러한 채굴 작업에 따른 전력 소모가 어찌나 심했던지 몇몇 지자체나 국가가 암호화폐 채굴 작업을 금지하기도 했다.

작업 증명 프로토콜은 또한 수학 문제를 푸는 긴 과정을 거쳐야 하기 때문에 대단히 느리다. 블록체인 원장에 새로운 엔트리를 입력하는 데 10분 이상이 걸린다. 하지만 장점도 있다. 워낙 비용이 많이 들고, CPU 파워와 시간을 많이 잡아 먹기 때문에 블록체인을 가지고 장난치려는 유저들을 저지시킬 수 있기 때문이다.

반대로, 지분 증명 알고리즘의 경우 새로운 블록을 추가하는 데 드는 시간이 수 초 이내이다.

“지분 증명 알고리즘이 작업 증명 방식을 추월할 수 있는 가능성이 충분하다. 단 그러기 위해서는 아직까지 넘어야 할 연구적 과제가 몇 가지 있다”라고 카네기 멜론 대학 컴퓨터과학부의 바이풀 고얄 교수는 설명했다.



이더리움이 지분 증명 시스템 작업을 시작한 것은 2014년이었다. 또한 ‘캐스퍼(Casper)’라 알려진 테스트넷에 지분 증명 메커니즘이 작년에 도입됐다. (이름이 캐스퍼인 이유는 ‘캐스퍼 FFG(Casper the Friendly Finality Gadget)’의 약자이기 때문이다). 캐스퍼의 당초 의도는 이더리움의 기존 작업 증명 알고리즘을 덮어 씌우는(overlaid) 것이었다. 원래는 이달 중으로 출시가 예정되어 있었지만, 연기됐다.

또한 캐스퍼 이행 방식을 놓고 내부적인 개발 전쟁이 있기도 했다. (예를 들어 블록이 불변의 블록체인에 추가되도록 하기 위해 어떻게 마무리되어야 할 것인지에 대한 논쟁이 있었다.)

이더리움 개발자인 블라드 잠피르(Vlad Zamfir)는 CBC(Correct by Construction)라는 이름의 캐스퍼 컨센서스 프로토콜을 창시한 바 있다. 망고 리서치의 연구 애널리스트 션 덱스터는 이들 사이의 차이점에 대해 다음과 같이 설명했다. “비탈릭과 블라드 모두 나쁜 행동에 대해 처벌해야 한다는 점에는 동일하다. 그들의 접근 방식이 갈리는 점은 처벌이 얼마나 가혹해야 하는지다.”

이더리움 재단의 존 최 개발자에 따르면 결국에는 FFG와 CBC 컨센서스 프로토콜 모두로부터 한 캐스퍼 PoS 시스템이 도출될 것으로 예상된다.

다른 지분 증명 모델과 마찬가지로, 캐스퍼 컨센서스 프로토콜 역시 블록체인 합의 또는 투표 커뮤니티에 참여하기 위해 먼저 보증금을 예치해야 하는 ‘담보부 검증자(bonded validator)’를 생성한다. 이들은 블록체인 내에서 투명하게 행동하는 이상 컨센서스 커뮤니티 내부에 머무를 수 있다. 그러나 시스템을 속이려다가 적발될 경우 자신이 가진 지분(돈)을 잃게 된다. 이더리움의 캐스퍼 지분 증명 시스템에서는 컨센서스 메커니즘이 4초 이내에 새로운 거래를 처리할 수 있다.

하이브리드 시스템
지난해 새로운 컨센서스 모델을 도입하려는 시도가 2가지 형태로 나타났는데, 하나는 독립적인 지분 증명 메커니즘인 ‘세레니티(Serenity)’ 였고, 다른 하나는 하이브리드 작업 증명/지분 증명 시스템인 ‘메트로폴리스(Metropolis)’였다.

이 중 메트로폴리스는 2단계로 구성되어 있는데, 지난해 론칭된 비잔틴 내고장성(fault-tolerance) 메커니즘과 ‘콘스탄티노플(Constantinople)’로 알려진 프로젝트가 그것이다.

콘스탄티노플이라는 이름은 올해 초 처음 등장했으며, 새로운 캐스퍼 PoS와 샤딩 시스템을 가리켜 현재는 이더리움 2.0으로 부르고 있다.


하이브리드와 독립형을 막론하고, 지분 증명 시스템에서 컨센서스 메커니즘에 참여하기 위해서는 1,500이더를 예치해야 한다. 그래야 검증자가 될 수 있었다. 그러나 비탈릭 부테린은 트윗을 통해 이제 검증자가 되기 위해 예치해야 하는 이더리움이 32개로 줄어 들 것이라고 밝혔다.



디지털 화폐 네트워크 디크리드(Decred)를 설립한 제이크 요콤-피아트는 작업 증명과 지분 증명 메커니즘을 둘 다 도입하는 모델이야 말로 최선의 운영 모델이라고 주장한 바 있다. 부테린과 이더리움 개발 팀이 제시하는 모델이기도 하다.

하이브리드 모델에서는, 작업 증명 네트워크 상에서 발생한 이상 행동을 기각할 수 있는 지분 증명 검증자에게 블록의 최종성 평가 권한이 주어진다.

“작업 증명 채굴자가 꼼수를 써서 네트워크에 문제를 일으킬 경우 네트워크 상의 이해관계자들이 이들을 처벌하고, 이들에게 돌아갈 코인 보상을 몰수할 수 있다. 또한 컨센서스 규칙 변경에 투표할 수도 있다. 이러한 제도는 암호 화폐와 관련한 주요 의사 결정이나 분쟁 해결 메커니즘으로 작용한다”라고 요콤-피아트는 새로운 소프트웨어 출시 및 기타 다른 블록체인의 변경 사항들을 언급하며 말했다.

이더리움 2.0의 최신 모델에서 블록체인은 작업 증명 알고리즘을 사용하여 블록 수를 늘리게 되지만 “블록이 50개 증가할 때마다 지분 증명 확인을 하게 된다.” 즉, 지분 증명 검증자 네트워크를 통해 각 블록의 최종성을 평가하게 된다고 백서는 설명하고 있다.

지분 증명 프로토콜은 개발 라이프사이클 전반에 걸쳐 여러 가지 과제에 직면해야 했는데, 그 중에서도 가장 어려운 과제는 블록체인의 진위성 자체를 손상시킬 수 있는 ‘사후 부패(Posterior Corruption)’이다.

예를 들어, 블록체인 상에서 소수의 유저가 지분의 과반수를 가지고 있다가 이를 판매하는 경우가 있을 수 있다. 지분 증명 시스템에서는 이들 소수의 유저들이 여전히 자신들에게 관리 권한을 부여했던 암호 키를 보유하고 있다가 그 권한을 사용하여 새로운 블록체인, 또는 ‘공격 체인(Attack Chain)’을 생성하는 것이 가능하다(이를 ‘포크’라고 한다).

그 결과 이들은 암호 화폐를 판매하지 않은 것과 같은 상태를 유지하면서 자신의 지분을 포기하지 않고도 블록체인상의 의사 결정을 좌우할 수 있다. ‘Nothing at Stake’ PoS 문제라고 알려진 현상이다.

“만약 공격 체인이 메인 체인으로부터 갈라져 나온 것이 비교적 최근의 일이라면 그것은 큰 문제가 되지 않는다. 왜냐하면 검증자들이 2개의 상충하는 체인에 대하여 2개의 상충하는 메시지를 승인할 경우 이를 근거로 삼아 이들에게 징계를 내리고 예치금을 몰수할 수 있기 때문이다. 하지만 공격 체인이 메인 체인으로부터 분리된 것이 오래 전의 일이라면(즉, 장기간 공격일 경우) 공격자들은 이미 예치금을 인출한 뒤일 것이기 때문에 둘 중 어느 체인에서도 징계를 받지 않게 될 것이다”라고 부테린은 트위터를 통해 설명했다.

이러한 장기간 공격에 대처하기 위하여 이더리움 개발자들이 생각해 낸 방법은 클라이언트들이 최소한 4개월에 한 번씩 로그온을 하도록 하고, 예치금 인출에 4개월의 시간이 걸리도록 하여 징계를 피할 수 없게 만드는 것이었다.

이더리움의 개발자들은 그 밖에도 “전통적인 비잔틴 내고장성 이론에 영감을 받은” 다른 컨센서스 알고리즘들도 고려했었다. 컨센서스 바이 벳(Consensus by Bet)이 그 예이다. 하지만 결국 이러한 알고리즘은 “너무 리스크가 크다”는 이유로 폐기됐다.

망고 리서치의 애널리스트 숀 덱스터는 최신 이더리움 업데이트가 사람들에게 혼란을 주었다고 지적했다. 왜냐하면 새로운 업데이트에 대한 정보가 각기 다른 포럼들의 댓글 창에 여기 저기 분산되어 있었기 때문이다. 심지어 지난주 설명에 있어서도, 막상 작업 증명/지분 증명 알고리즘과 샤딩 알고리즘이 실행될 때가 오면 지금과는 많이 다를 수도 있다고 덱스터는 경고했다.

부테린은 캐스퍼와 샤딩이 비콘 체인(Beacon Chain)에 함께 론칭될 가능성은 거의 없다고 설명하면서, 이 둘이 같은 체인에서 실행된다고 하여도 캐스퍼가 먼저일 것이라고 말했다. 캐스퍼와 샤딩 모두 ‘비콘 체인(Beacon Chain)’이라 불리는 새로운 오버레이 네트워크 상에서 실행될 전망이다. 비콘 체인은 현재의 이더리움 블록체인으로부터 하드 포크, 또는 오프 램프(off ramp)될 존재다.



덱스터에 따르면 해당 하드 포크의 경우 지속적일 것으로 관측되지 않는다. 따라서 이더리움 커뮤니티에 어떤 ‘악성 효과’를 초래하지는 않을 것으로 보인다.

덱스터는 “비트코인에서는 하드 포크가 부정적인 결과를 초래했지만 이더리움에는 그렇지 않다. 새로운 버전에서는 (PoW로부터 비트코인 체인으로의) 원-웨이 스마트 계약이 존재할 것인데, 이를 통해 사용자는 (32 이더)를 예치해 PoS 체인 상에서 검증자가 될 수 있으며 블록 검증을 시작할 수 있다”라고 말했다.

부테린은 새로운 컨센서스 메커니즘 실행에 대한 공식적인 타임라인이 아직 정해진 바가 없다는 말로 트위터 쓰레드를 끝맺었다. 캐스퍼가 이달 중으로 릴리즈 될 것이라고 말한 적도 있지만, 마지막 트윗에서는 아직 “공식 증명, 스펙 개선 및 이행 문제에 있어서의 지속적 발전”등이 존재하며 이미 3곳의 개발자 팀에서 이를 시작하고 있다고 밝혔다.

포레스터 리서치의 수석 애널리스트 마사 베넷은 이더리움 2.0의 릴리즈 날짜를 임의로 추측해서는 안 될 것이라고 경고했다. 그녀는 “지분 증명 컨센서스 디자인은 수 차례의 반복 끝에 탄생했다. 실제로 이행이 되고 한동안 그 상태가 지속되기 전까지는 우리가 원하는 바람직한 방향으로 이행이 될 것인지 어떨지, 알 수 없는 일이다”라고 이메일을 통해 밝혔다.

* 본 기사의 원문은 이곳에서 확인할 수 있다. ciokr@idg.co.kr