블록체인 트릴레마, 블록체인 기술의 3대 요소

 

💡블록체인 트릴레마

 

블록체인 기술이 금융을 포함한 다양한 산업 분야에서 유용함을 입증하고 있지만, 아직까지는 기존의 중앙집중적인 네트워크와 비교하기에는 무리가 있다. 궁극적으로는 해결되어야 할 문제, 트릴레마(Trilemma)가 있기 때문이다. 트릴레마에는 블록체인에서 확장성(Scalability), 보안성(Security), 탈중앙성(Decentralization) 중 하나는 희생해야 한다는 문제이다. 1980년대에 발표된 CAP정리가 여전히 블록체인 트렐라마에도 유요한 것이다. CAP 정리에 따르면 분산형 데이터 저장소는 일관성, 가용성 및 파티션 내성의 세 가지 보장 중 두가지만 동시에 제공할 수 있다.

 

예를 들어, 비트코인은 탈중앙화되어있고, 안전하지만 초당 약 7개의 트랜잭션만 처리할 수 있다. 반면 하이퍼레져 패브릭같은 엔터프라이즈 블록체인은 안전하고 높은 트랜잭션을 처리할 수 있지만, 매우 제한된 수의 노드로 구성된 중앙 집중식 구조이다. 그렇다면 비트코인과 하이퍼레저의 장점을 조합해서, 하이퍼레져 패브릭처럼 대규모의 트랜잭션을 처리할 수 있는 동시에, 비트코인처럼 광범위하게 탈중앙화된 네트워크를 통해 완벽한 보안을 제공하는 것이 가능한 것일까?! 이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 기업과 글로벌 커뮤니티에서 레이어1, 레이어2 솔루션을 연구하고 개발하고 있다. 

 

 

✓ 딜레마(Dilemma)란? 트릴레마(Trilemma)란?

 

사전적 의미로는 선택해야하는 길은 2개 뿐인데 그 어느 쪽도 바람직하지 못한 결과를 초래하는 상황을 말한다. 위 그림에서 알 수 있다시피 둘 사이에서 고민하는 것인데, 둘 중 하나를 선택하면 자연스럽게 하나는 포기해야 하는 상황이다. 

 

딜레마는 둘 사이에서 고민하는 것이라면, 트릴레마는 셋 사이에서 고민하는 것이다. 선택하야 하는 길은 3가지가 되는데 그 어느 쪽을 선택해도 남은 두 가지 또는 한 가지의 문제를 악화시키는 상황을 말한다.

 

 

블록체인은 이 트릴레마에 직면해 있다. 블록체인 기술의 3대 요소인 확장성, 보안성, 탈중앙성 모두를 만족시키는 것이 가장 이상적이지만 현실적으로는 한 번에 히결할 수 없음을 말한다.

 

* 확장성(Scalability)

확장성은 사용자 수가 증가하거나 네트워크의 규모가 커지면서, 데이터 처리량이 얼마나 증가할 수 있는지를 말한다. 즉, 높은 트랜잭션 처리량과 미래의 증가량을 얼마나 견딜 수 있느냐를 말한다. 블록체인이 다양한 서비스에 채택되어 사용 사례가 많아졌을 때 블록체인의 성능이 저하되어서는 안된다. 특정 블록체인에서 한 번에 처리하는 트랜잭션 처리량이 작거나, 트랜잭션 채택이 증가함에 따라 성능이 떨어지는 현상을 "확장성이 부족하다" 또는 "확장성 문제"라고 말한다.

 

단순히 블록체인 네트워크의 성능을 더 높이면 된다고 생각할 수도 있다. 그러나 블록체인에서 더 큰 확장성을 가지려고 하면 할수록 보안성과 탈중앙성을 확보하는 것은 점점 어려워진다. 따라서 많은 블록체인 플랫폼이 보안성과 탈중앙성을 확립했지만, 확장성을 달리하는 것은 오늘날의 주요 과제로 남아 있다. 확장성이 해결되어야 기존의 결제 시스템 등 중앙 집중적인 플랫폼과 경쟁할 수 있을 것이다. 이러한 확장성 문제를 해결하기 위해 다양하 방법들이 진행되었는데, 비트코인은 비트코인 캐시로 하드포크하였고, 이더리움 또한 알트코인을 등장시켰다. 이를 레이어1, 레이어2로 분류하기도 한다.

 

✓ 높은 트랜잭션 처리량

TPS는 초당 트랜잭션 처리 속도로, 블록체인 네트워크의 성능지표로 사용한다. 높은 TPS를 가진 네트워크는 사용자가 많아지더라도, 네트워크를 안정적으로 운용할 수 있다. 비트코인과 이더리움은 확장성의 문제로 인해 초당 트랜잭션 처리량이 낮다. 이는 처리에 드는 수수료가 비싸지는 이유이기도 하다. (처리량이 낮다 -> 공급이 적다, 하지만 수요는 많다 -> 가격 상승)

 

✓ 미래의 증가량

확장성이 있는 블록체인은 사용 사례가 확장되고, 해당 블록체인의 채택이 가속화되더라도 성능이 전혀 저하되지 않는다. 여러 dApp이나 토큰을 기획하는 개인이나 회사가 블록체인 프로토콜을 채택하는 일이 증가할 때마다 성능이 저조해지는 블록체인은 확장성이 부족하다고 한다. 더 큰 확장성을 가지려 할수록, 보안성이나 탈중앙성에 있어서는 어려움을 겪을 수 있다. 

 

 

* 보안성(Security)

보안성은 데이터나 프로그램이 보호되어 이쏙, 권한이 없는 사용자나 악의적인 사용자의 접근을 막는 것을 뜻한다. 블록체인을 데이터베이스 관점에서 바라볼 때 확장성이 중요한 것처럼, 암호학적 관점에서 바라본다면 보안성 역시 중요하다. 만약, 트랜잭션 처리량을 늘리기 위해 광범위하게 분산된 노드의 분포를 제한, 조절하면, 해커가 필요한 해싱 파워를 더 쉽게 축적할 수 있어 51% 공격이 발생할 가능성이 더 높아질 것이다. 예를 들어, 2020년 8월 이더리움의 포크인 이더리움 클래식 블록체인은 3번의 51% 공격을 받은 사건이 있었다. 이는 보안성이 취약해짐을 틈타 해커가 네트워크를 가로채고 금전적 이득을 위해 거래를 조작 사건이다. 따라서, 블록체인에서 보안성 역시 절대 타협할 수 없는 중요한 요소이다. 블록체인 위에서 발행된 화폐가 이미 암호화폐라고 불리는 것처럼, 암호화폐는 암호화되어 있어서 익명성과 함께 안전성을 가지고 있다.

 

비트코인과 이더리움에 대한 무한한 관심은 바로, PoW와 PoS로 이어지는 합의 알고리즘이라는 점이다. 물론, 이런 채굴 방식과 합의 알고리즘을 사용하고도 해킹당하는 코인들은 여전히 존재한다. 대표적으로 위에서 설명한 이더리움 클래식, 비트코인 골드와 같은 코인들을 들 수 있는데, 이들이 해킹당한 이유는 알고리즘 그 자체의 허점이라고 보기는 어렵다. 우후죽순 생겨나는 수많은 코인으로 인해, 노드 수가 부족하고 해시율이 낮아져서 생긴 해킹 위험일 뿐이다.

 

비트코인이나 이더리움과 같이 사람들의 관심을 많이 받는 코인들은, 이러한 위험에 거의 면역되어 있다고 봐도 무방하다. 이런 코인을 해킹하기 위해서는 엄청난 자금이 필요하기 때문에, 사실상 일반적인 해커가 해킹을 시도하는 일은 상당히 어렵다. 이처럼 보안 측면으로 볼 때, 비트코인과 이더리움 같은 코인들은 보안성은 매우 높다. 하지만, 확장성은 떨어진다.

 

 

* 탈중앙성(Decentralization)

탈중앙성은 네트워크가 클라이언트-서버 구조처럼 중앙집권화된 방식으로 운영이 되는 것이 아닌, 노드 간 자율적으로 운영되는 것을 말한다. 탈중앙화는 블록체인 기술의 핵심 아이디어이며, 블록체인 생태계 전반에 걸쳐 추진되고 있다. 탈중앙화 네트워크 또는 분산 기술이 보편화되면, 기존 중개자의 역할이 사라지고, 산업 전반에 더욱 다양한 방식의 거래 형태가 활성화될 수 있다.

 

예를 들어, 금융 상품에서 중앙집권식 중개자인 은행의 역할이 축소화 되면, De-Fi(Decentralized Finance) 플랫폼이 되며, 해당 플랫폼은 사용자로만 구성되어 더 많은 사람에게 이익을 분배할 수 있다. 탈중앙화 네트워크 노드는 합의를 통해 의사결정을 내린다. 그 누구도 해당 네트워크를 통해 거래되는 데이터를 제어하거나 검열할 수 없다. 그러나 최적의 탈중앙화를 달성하면, 트랜잭션 처리량이 감소하는 경향이 있다. 합의에 참여하는 채굴 노드들이 많아질수록 네트워크를 더 안전하게 보호할 수 있지만, 합의에 도달하기까지 더 많은 시간이 소요되기 때문에 트랜잭션 속도가 떨어진다. 이런 문제점은 아직까지 다양한 서비스에서 블록체인 채택을 보류하게 만드는 장애물이다.

 

 

 

✓ 세 요소의 상호작용과 한계

 

블록체인 네트워크에서 거래를 하기 위해서는 트랜잭션을 전파해서 검증하는 과정이 필요하다. 이 때, 검증은 모든 노드가 진행하기 때문에 시스템에 노드가 많을수록 하나의 계약을 처리하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 다시 말해, 많은 노드 수는 탈중앙성을 강화하지만 확장성을 저하하게 된다. 블록체인 트릴레마가 해결될 수 없는 이유는 세 요소가 모두 비례 관계(한 요소가 높아질수록, 다른 요소도 같이 높아지는 관계)에 있지 않기 때문이다. 이러한 관계성으로 인해, 세 가지 요소를 동시에 최적화할 수 없으며 상호 간 절충이 필요하다. 한 요소를 강화하기 위해서는 다른 요소에서 양보해야 한다. 이러한 관계를 자세히 들여다보면, 사실상 이는 중앙화/탈중앙화에 대한 대치 관계임을 알 수 있다. 탈중앙성을 확립하기 위한 타협점은 확장성이다. 강력하게 분산된 비트코인은 확장성과 타협했기 때문에 매우 느리다. 이더리움과 비트코인은 탈중앙성과 보안성을 확보한대신 확장성을 포기해 TPS가 낮고, TPS가 낮아 수수료도 비싸다. 반면, 리플은 탈중앙성보다 보안성과 확장성을 선택했고, 이오스는 탈중앙성과 보안성을 희생하고 확장성을 선택했다.

 

 

✓ 장단점

 

* 확장성 중심 네트워크의 장단점

 

장점

1. 네트워크가 많은 양의 트랜잭션을 지원할 수 있도록 한다.

2. 소셜 메시징 애플리케이션과 같이 보안이 주요 초점이 아닌 애플리케이션에서 유용할 수 있다.

 

단점

1. 확장성은 보안을 희생해야 한다.

2. 네트워크가 확장됨에 따라 합의 메커니즘도 확장해야 중앙집중화를 벗어날 수 있다.

 

 

* 보안 중심 네트워크의 장단점

 

장점

1. 기존 가치 이전보다 빠르고 저렴한 대규모 가치 이전이 가능하다.

2. 퍼블릭 블록체인의 보안은 네트워크의 참여자에게서 나온다. 높은 보안은 복제하기 쉽지 않은 높은 네트워크 효과를 의미한다.

 

단점

1. 더 많은 자원, 다시 말해 더 많은 투자가 필요하다.

 

 

* 탈중앙화 네트워크의 장단점

 

장점

1. 탈중앙화를 통해 사용자가 단일 엔티티를 신뢰하지 않고도 합의를 유지할 수 있다.

2. 분산화는 시스템의 견고성을 증가시키기 때문에 바람직하다. 네트워크를 검열에 저항하게 하여 누구나 네트워크를 사용할 수 있도록 하여 재산권을 향상시킨다.

 

단점

1. 분산화는 지연을 초래하고 네트워크 속도를 늦춘다.

2. 중복성을 도입하기 위해 비용이 많이 들고 모든 애플리케이션에는 바람직하지 않다.

 

	확장성 중심	보안 중심	탈중앙화 중심
장점	- 네트워크가 맣은 양의 트랜잭션을 지원할 수 있도록 한다. - 소셜 메시징 애플리케이션과 같이 보안이 주요 초점이 아닌 애플리케이션에서 유용할 수 있다.	- 기존 가치 이전보다 빠르고 저렴한 대규모 가치 이전이 가능하다. - 퍼블릭 블록체인의 보안은 네트워크 참여자에게서 나온다. 높은 보안은 복제하기 쉽지 않은 높은 네트워크 효과를 의미한다.	- 탈중앙화를 통해 사용자가 단일 엔티티를 신뢰하지 않고도 합의를 유지할 수 있다. - 분산화는 시스템의 견고성을 증가시키기 때문에 바람직하다. 네트워크를 검열에 저항하게 하여 누구나 네트워크를 사용할 수 있도록 하여 재산권을 향상시킨다.
단점	- 확장성은 보안을 희생해야 한다. - 네트워크가 확장됨에 따라 합의 메커니즘도 확장해야 중앙 집중화를 희생할 수 있다.	- 더 많은 자원, 다시 말해 더 많은 투자가 필요하다.	- 분산화는 지연을 초래하고 네트워크 속도를 늦춘다. - 중복성을 도입하기 때문에 비용이 많이 들고 모든 애플리케이션에 바람직하지 않다.