블록체인과 데이터(5회)

속도 한계를 넘어 생활 속으로 파고드는 블록체인 3.0

이은철(비트퓨리 코리아 대표)
중학교 1학년 때 미국으로 건너가 대학에서 컴퓨터과학을 전공했다. 취미로 하던 사격이 선수 생활로 이어지며 올림픽 국가대표로 20여 년 활동했다. 1992년 바르셀로나 올림픽에서 금메달의 주인공인 되기도 했다. 2001년 선수생활을 마치고 전공 영역인 IT로 돌아왔다. 실리콘밸리의 윈드리어 시스템을 시작으로 17년 넘게 실리콘밸리 기업들의 한국 지사장으로 일했다. 아이피인퓨전, 트레저데이터, 클러스트릭스를 거처 현재 블록체인 업체인 비트퓨리 코리아 대표로 일하고 있다. 이와 함께 이머코인의 한국 컨설턴트로 활동하고 있다.

조작이 원천 차단된 안전한 거래를 앞세운 1세대 블록체인 기술이 금융거래 적용 가능성을 강조한 2세대 기술을 거쳐 실생활 전반에 적용하는 3세대 기술로 진화하고 있다. 블록체인 3.0이라는 3세대 블록체인이 바로 그것이다.
지금가지 4회에 걸쳐 블록체인의 핵심이랄 수 있는 합의 알고리즘에 대해 소개했다. 가장 많이 사용되고 있는 비트코인의 작업증명(POW, Proof of Work)과 지분합의(POS, Proof of Stake), 분산형 합의의 기반인 BFT(Byzantine Fault Tolerance), 사설 블록체인에 사용되는 PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)에 대해 소개했다. 이외에도 지금까지 BFT를 해결한 합의 알고리즘은 많다(그림 1 참고).

[그림 1] 합의 알고리즘(출처: www.101blockchains.com, The Root of the Blockchain Technology by Hasib Anwar)
블록체인의 문제점으로 지적돼 온 느린 처리속도의 이유도 알아봤다. 느린 처리속도의 주된 이유는 동기식 합의를 통한 노드 수 증가에 있었다. 1세대와 2세대 블록체인 기술에서 TPS(Transaction per second) 문제는 해결되지 않았다. 한동안 노드 수를 줄인 블록체인들이 속도 해결의 대안으로 주목을 받았다. 모든 노드가 한 회사에서 운영되는 사설 방식이나 몇 대로 운영되는 컨소시엄 방식은 진정한 블록체인이 될 수 없다는 평가가 이어졌다.
필자는 멀티체인 방식인 한국의 HDAC 코인 구조가 블록체인의 미래가 될 수도 있다고 본다. 거버넌스용 컨소시엄 블록체인을 만들어 기업용 사설 블록체인의 시스템 핑거프린트(a Hash)를 주기적으로 저장/체크해 사설 블록체인의 위변조를 보장하는 시스템적 트러스트가 형성될 수 있기 때문이다. 물론 이러한 거버넌스 시스템은 데이터 자체의 트러스트를 보장하는 것은 아니다. 단지 데이터 위변조에 대한 트러스트를 거버넌스 시스템으로 보장하는 것이다.

비동기 방식의 3세대 블록체인

동기 방식의 블록체인은 처리속도, 즉 TPS가 한계점으로 지적됐다. 이 한계를 극복한 3세대 블록체인은 단순한 노드 수 제어 방식에서 벗어난 DAG(Directed Acyclic Graph) 비동기 블록체인 기술이다. 2017년 아이오타(IOTA)의 「코인 백서」에서 처음 발표됐다. 2018년에는 ByteBall과 한국의 팬텀재단(Fantom) 등에서 DAG 방식의 블록체인을 발표했다.
아이오타의 DAG 비동기 방식의 블록체인은 기존의 블록 링크 리스트에서 탈피해 트랜잭션 자체를 트리 방식의 단방향 링크 리스트로 먼저 저장하고 나중에 합의하는 방식이다. 비동기 방식의 블록체인의 등장은 많은 논란과 더불어 새로운 희망을 불러왔다.

[그림 2] DAG 비동기 방식의 블록체인 아키텍처
(출처: www.perfectial.com, Cryptocurrencies without Blockchain Learn Morea about Directed Acyclic Graphs (DAG) by Ivan Kohut)
아이오타는 DAG 비동기 저장 방식에 ‘누적 무게 값’이라는 합의방식을 적용했다. 합의와 데이터 적합성, 루트 노드 개념을 구현하기 위해 ‘코디네이터 노드’를 임시로 사용했다. 문제는 코디네이터 노드가 다운되면 시스템 전체에 영향을 줄 수 있다는 데 있다. 암호화도 자체 방식을 적용했는데 미국 MIT에서 문제를 제기하자 이를 개선해 업데이트했다. 아직도 ‘누적 무게값’이라는 합의 방식의 문제, 34% 어택(비트코인은 51% 어택), 패스 파인드 속도, 끝점 이슈와 확장성 등의 문제를 해결해야 한다.
팬텀재단의 오페라 체인(FANTOM OPERA Chain)이 나오기 전까지의 3세대 블록체인들은 기존 블록체인의 문제점을 해결한 기술이라고 할 수 없을 만큼 너무 많은 한계점을 갖고 있었다. 오페라 체인은 기존 DAG 체인의 여러 문제점을 해결하면서 실제로 사용 가능한 블록체인이라는 평가를 받았다. 오페라 체인의 합의 알고리즘은 라케시스(Lachesis) 프로토콜이며, PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance) 합의 알고리즘을 베이스로 만들어졌다.

생활 속 블록체인 시대 ‘준비 완료’

오페라 체인은 비동기 방식의 이벤트 블록 생성과 이벤트 블록에서 플레그 테이블(다른 루트 블록들과의 연결 가능성)을 통한 빠른 루트 블록 선정과, 메인 체인을 통한 합의 알고리즘 등을 적용해 기존 DAG 체인의 여러 문제점을 해결하면서 초당 거래량 30만 TPS 시대를 열었다.
오페라 체인은 한국계 팬텀재단에서 내놓은 기술이라는 점에서 관심을 끌기도 하지만, 우리 생활 주변의 애플리케이션에 바로 적용되기 때문에 그만큼 기대를 받고 있다. DAG 기반 체인들은 높은 TPS를 지원하는 만큼 많은 양의 데이터를 저장해야 하기 때문에 확장성에 문제가 따를 수 있다. 이는 앞으로 샤딩(멀티 체인) 등을 통해 해결해야 할 것으로 보인다.

1세대 기술을 보완한 라이트닝 네트워크

이외에도 1세대 블록체인인 비트코인의 트랜잭션을 획기적으로 높일 수 있는 상위 네트워크, 즉 ‘라이트닝 네트워크’도 관심을 끌고 있다.
라이트닝 네트워크는 기존의 카드 VAN(Value Added Network) 서비스처럼 생각하면 된다. 라이트닝 네트워크는 여러 개의 허브가 오프체인으로 존재하면서 상호 연동된다. 허브들은 VAN 업체들처럼 라이트닝 네트워크 안의 결제 채널을 만들어 트랜잭션 요금을 받으며, 트랜잭션 채널이 닫치면 비트코인 블록체인에 그동안 주고받았던 내용이 아닌, 마지막 거래 후의 내용을 저장한다. 세부 거래 내용은 오프체인에 존재한다. 허브는 코인을 많이 보유해야 하는 구조이므로 코인을 많이 보유한 곳에서 허브 서비스를 할 수 있다.
비트코인 네트워크는 이러한 방식을 지원하기 위해 2017년에 세그윗(Segwit)을 업그레이드했다. 라이트닝 네트워크는 세그윗의 멀티시그니처 주소로 거래가 이뤄진다. 더 나아가 아토믹 스왑(Atomic swa)까지 지원하면, 세그윗 기능이 추가된 코인들끼리 자동으로 지불 교환도 가능하다. 오프체인에 세부 거래들을 오프로드함으로써 비트코인 블록체인의 낮은 초당거래량(TPS) 한계를 뛰어넘어 10만 TPS 이상의 거래가 가능하게 실 거래까지 가능해 진다. 아직 테스트 단계이고 현재 3,590개의 노드에 1만 2,000개의 채널로 계속 증가추세다.
블록체인은 1세대와 2세대를 거쳐 현재의 3세대, 더 나아가 새로운 방식을 계속 내놓을 것으로 전망된다. 하지만 블록체인의 가장 큰 변화는 멀티체인이나 다체인 등의 연동에서 나올 전망이다. 블록체인 간 연동을 통해 성능 향상과 사회 전반의 트러스트 시스템으로 이어질 수 있기 때문이다.
지금까지는 블록체인의 기초로서 시스템적인 부분과 가장 중요한 합의 방식에 대해 소개했다. 다음 회부터는 실제로 사용되는 블록체인 애플리케이션 프로젝트를 소개하겠다. (다음 회에 계속)