이더리움 확장 솔루션, Plasma, '초당 수십억 건의 거래' 처리 가능

비트코인의 오프체인 확장 솔루션인 라이트닝 네트워크를 구상한 것으로 유명한 아키텍트가 또 한 번 놀라운 성과를 거두었습니다. 조셉 푼과 이더리움의 비탈릭 부테린은 8월 8일 "플라즈마: 확장 가능한 자율 스마트 계약" 이라는 제목의 백서를 발표했습니다.

푼은 2014년 중반, 라이트닝 네트워크 논문이 발표되기 전, 이더리움에서 프론티어가 출시되기 전, 그리고 비트코인 ​​토크에서의 확장성이 이론적인 느린 재앙에 불과했던 시기 에 플라즈마의 고수준 구조를 처음 구상했습니다 .

하지만 초기 코인 공개(ICO) 현상이 저렴한 자금을 확보하려는 광적인 경쟁으로 이어지면서 이더리움 네트워크를 마비시켰고, 그 결과 튜링 완전 가상 머신인 이더리움은 확장성이 매우 부족하다는 것이 명백해졌습니다.

현재 네트워크에서 실행되는 모든 스마트 계약과 거래는 전 세계적으로 처리되어야 합니다. 이러한 튜링 완전 설계는 이더리움 블록체인 동기화를 엄청나게 느리게 만듭니다. 이후 이더리움 재단에서는 확장성 문제를 최우선 과제로 삼았습니다.

Plasma 논문은 처리량 문제를 해결하는 프레임워크를 자세히 설명합니다. Plasma는 초당 수십억 건의 계산을 수행할 수 있도록 설계되었습니다.

합의 계층 자체에서 스마트 계약으로 실행되는 분산형 애플리케이션 또는 "dApp" 대신, Plasma 설계는 dApp을 자체 블록체인으로 실행하는 것을 재구성합니다.

논문에서는 "이러한 스마트 계약은 네트워크 거래 수수료를 통해 자율적으로 계속 운영되도록 인센티브를 받습니다."라고 설명하며, "궁극적으로는 기반 블록체인(예: 이더리움)에 의존합니다."라고 덧붙였습니다.

이 설계는 탈중앙화 애플리케이션 블록체인(DAB)을 구현합니다. 푼은 "블록체인에서 Reddit을 실제로 실행할 수 있습니다."라고 말하며, "최대 100바이트의 단일 커밋으로 초당 수십억 건의 트랜잭션을 처리하는 연산을 실행할 수 있으며, 수백만 건의 연산을 포괄합니다."라고 덧붙였습니다.

"게임 이론 메커니즘 설계에 있어서 중요한 것은 정보입니다. 불완전한 정보를 다룰 때는 적절한 완화책이 필요합니다."
— – 조셉 푼

높은 수준에서 Plasma의 작동 방식은 다음과 같습니다. 개발자가 Plasma 상에서 실행되는 스마트 계약을 작성하고, 스마트 계약을 블록체인에 업로드하면, 다른 사람들이 이 애플리케이션을 선택하여 개발자를 대신하여 자신의 컴퓨터에서 실행합니다.

내장된 경제적 인센티브는 애플리케이션을 운영하는 사람들에게 애플리케이션을 계속 운영하고, 규정대로 행동하며, 그에 대한 대가를 받도록 유도합니다. 푼은 BraveNewCoin과의 인터뷰에서 "사람들이 이 블록체인을 계속 운영할 인센티브가 있습니다. 거래 수수료를 받을 수 있기 때문입니다."라고 말했습니다. 푼은 "시스템을 사용하는 사람들이 있는 한, 블록체인을 계속 운영할 사람들이 있습니다."라고 덧붙이며, "저는 그것이 꽤 재밌다고 생각합니다."라고 말했습니다.

플라즈마 설계는 역동적인 보상과 처벌을 특징으로 합니다. 블록 검증자, 즉 "채굴자"의 행동은 그들이 얼마나 "올바르게" 행동하는지에 따라 결정되는 수익에 따라 변화합니다. 검증자가 악의적인 행동을 시작하면 자금이 감소합니다. 정직한 사람들의 자금은 증가합니다.

토큰을 소유한다고 해서 비례적인 수익이 보장되는 것은 아닙니다. 사실, 다양한 유형의 수익이 계산되는 것은 토큰 소유자의 행동에 달려 있습니다.

플라즈마는 서버 팜을 P2P 네트워크로 대체하여 모든 사람이 확장 가능하고 분산된 방식으로 애플리케이션을 공동으로 운영할 수 있도록 할 수 있습니다. 모든 사람이 블록체인의 모든 것을 검증할 필요가 없고, 사용자가 관심 있는 데이터만 검증할 수 있도록 강제성을 부여합니다. 플라즈마는 아마존 EC2와 같은 웹 서비스가 진정한 분산 클라우드 컴퓨팅으로 탈중개화될 가능성을 시사합니다.

"샤딩, 사이드체인, 라이트닝 네트워크 같은 분야에서 대부분의 사람들이 미처 깨닫지 못했던 문제를 해결하고 있습니다. 근본적인 문제는 정보 유보와 관련이 있습니다."
— – 조셉 푼

기술적인 측면에서, 중앙 집중형 조직이 운영하는 분산 컴퓨팅 시스템은 수많은 장애 모드에 대한 복원력을 요구합니다. 반면, 전 세계 어느 곳에나 분산된 노드 네트워크로 운영되는 블록체인은 비잔틴 장애 허용(BFT)이라는 더 높은 수준의 장애 허용을 요구합니다.

비잔틴 장애 허용 시스템은 네트워크가 적대적이라고 가정합니다. 즉, 네트워크가 공격할 것이라고 가정합니다. 연합 공격에 대응하여 충분히 높은 수준의 보안과 안정성을 보장하기 위해서는 네트워크 참여자 중 일부가 분산 컴퓨팅의 맥락에서 비잔틴으로 분류되는 악의적인 행위자라고 가정해야 합니다.

푼은 누군가가 비잔틴식 수법을 쓰는 한 가지 방법으로 정보를 은폐하는 것을 꼽으며, "그들이 악의적이거나 적대적인 의도를 가지고 있었다는 것을 여러 가지 방식으로 입증할 수 없게 만든다. 즉, 잘못을 입증할 충분한 증거를 제공하지 않기 때문이다."라고 설명한다. 논문 에서는 이러한 비잔틴식 행태를 "정보 차단 은폐"라고 부르며, 이를 주요 분석 대상으로 삼는다.

플라즈마는 블록체인에서 확장 가능한 스마트 계약 솔루션으로, 지분 증명(PoS) 합의에 최적화되어 있습니다. 이는 확장 가능한 블록체인 아키텍처를 위한 프레임워크를 제공하고 블록 보류를 완화하는 블록체인 설계 개념입니다.

트리 계층 구조로 구성된 이 방식은, 예를 들어 이더리움의 스마트 계약에서 탈중앙화된 자율 애플리케이션을 별도의 자식 블록체인(가지)으로 재구성하는 기발한 방법입니다. 자식 블록체인은 이더리움이나 비트코인처럼 루트(부모) 블록체인에서 파생됩니다. 이 블록체인 트리는 조셉 푼이 구어체로 "체인 위의 체인 위의 체인" 또는 루트 블록체인 위에 있는 다른 체인 위에 있는 체인의 가지라고 부르는 것입니다.

이러한 자식 블록체인의 상태 전환은 단순히 메인 루트 블록체인에 의해 암호학적으로 검증되고 실행됩니다. 플라즈마는 루트 블록체인과 그 합의 과정에서 발생하는 모든 복잡성을 해소하며, 확장성을 희생하지 않고 분산된 방식으로 보안을 유지하는 단순한 작업만 수행합니다.

"루트 블록체인이 분할되면 Plasma 체인이 이 위에서 실행되어 더 큰 확장성과 기타 이점을 얻을 수 있습니다."
— – Plasma: 확장 가능한 자율형 스마트 계약

많은 기관들이 블록체인의 수평적 확장성 문제 해결에 고심해 왔습니다. 이에 대한 대표적인 연구 솔루션은 샤딩으로, 전 세계에 분산된 네트워크상의 여러 컴퓨터에 작업을 분산시킨 후, 처리 속도를 높이기 위해 작업을 누적하는 방식입니다. 하지만 비동기 네트워크 환경에서 블록 보류나 정보 누락과 같은 문제가 발생하면, 분산 네트워크는 정체되고 조정에 심각한 보안 문제가 발생할 수 있습니다.

"이전에는 많은 사람들이 이 문제 때문에 샤딩을 전혀 할 수 없다고 생각했습니다."라고 푼은 말합니다. "어떤 면에서는 라이트닝도 샤딩을 합니다. 하지만 가장 큰 단점은 라이트닝이 모든 당사자가 완전한 데이터 가용성을 가지고 있다고 가정한다는 것입니다." 컴퓨터 과학 용어로 이를 '동시성'이라고 합니다. 기본적으로 라이트닝 네트워크 결제 채널의 양측 모두 진행을 위해 동기성이 필요합니다.

"이 경우에는 그런 수준의 동시성이 필요하지 않기 때문에 다른 사람들이 당신 없이도 진행할 수 있습니다."라고 푼은 덧붙였습니다. "하지만 사람들이 부정 행위를 하는지 관찰하기 위해 주기적으로 라이브 상태를 유지해야 한다는 전제가 있습니다. 만약 그들이 비잔틴 방식으로 행동한다면, 조기에 종료할 수 있습니다." 플라즈마는 베이스 레이어 이더리움 샤딩 작업과 호환됩니다.

블록체인을 "당사자"에 비유하며, 푼은 플라즈마 솔루션을 도입함으로써 블록체인이 침해될 경우 참여자들에게 "탈출구"를 제공했습니다. "이 프레임워크의 핵심은 '당사자가 부실하면 떠나야 한다'는 것입니다. 이전에 사기 방지와 관련된 이 문제를 고려했던 많은 설계자들은 정보 공개가 보류될 경우 탈출 가능성을 고려하지 않았습니다."