플라즈마 vs 샤딩: 어떤 혁신적 확장성 솔루션이 더 나은가?

블록체인 확장성은 여전히 주요 과제로, 플라즈마와 샤딩과 같은 혁신적인 블록체인 확장성 솔루션의 탐구를 촉진하고 있습니다. 

탈중앙화 네트워크가 계속 진화함에 따라 거래를 더 효율적으로 처리하고 증가하는 사용자 요구를 수용할 필요성이 점점 더 시급해지고 있습니다. 플라즈마와 샤딩은 모두 이 근본적인 과제를 해결하기 위해 독특한 접근 방식을 제공하며, 거래 처리량과 전체 네트워크 성능을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 

이 가이드에서는 이러한 두 전략의 미묘한 차이를 탐구하여 고유한 기능, 이점 및 잠재적 단점을 밝혀냅니다. 각 접근 방식의 핵심 원칙, 메커니즘 및 실제 영향을 검토함으로써 이러한 기술이 블록체인 확장성 지형을 어떻게 형성하는지에 대한 포괄적인 이해를 얻습니다. 경쟁하는 솔루션의 복잡성을 풀고 탈중앙화 시스템의 미래에 대한 기여에 빛을 비추는 여정에 함께해 주세요.

플라즈마란 무엇인가?

플라즈마는 이더리움 공동 창립자 비탈릭 부테린이 처음 제안했기 때문에 일반적으로 이더리움 플라즈마라고 불리며, 이더리움 네트워크의 성능을 향상시키기 위한 확장 솔루션입니다. 그 핵심 전제는 이더리움 블록체인(일반적으로 메인 체인으로 지칭됨)과 최소한의 상호작용을 유지하는 사이드체인 네트워크를 구축하는 데 있습니다. 플라즈마의 기초 구조는 여러 “자식 체인”이 주요 체인 위에 계층적으로 배치된 블록체인 나무와 유사한 계층적 배열을 채택합니다.

플라즈마 프레임워크는 스마트 계약과 머클 트리의 활용을 통해 이더리움 블록체인의 압축된 복제본처럼 작용하는 광범위한 사이드체인(자식 체인으로도 불림)의 생성을 가능하게 합니다.

이러한 사이드체인은 다양한 실체의 다양한 요구를 수용하기 위해 맞춤형 스마트 계약을 실행하도록 고유하게 설계되었습니다. 이러한 적응력은 특정 사용 사례에 맞게 조정된 고유한 플라즈마 스마트 계약의 생성을 가능하게 하여, 기업이 플라즈마 프레임워크의 잠재력을 활용하여 개별 요구를 충족할 수 있도록 합니다.

메인 체인이 제공하는 보장을 활용하여 플라즈마는 수많은 자식 체인의 배포를 용이하게 합니다. 이러한 체인은 독립적으로 운영되며, 미리 정해진 지침을 따르고 주요 체인의 목표와 반드시 일치하지 않을 수 있는 특정 목표를 추구합니다. 이러한 설계 전략은 주요 이더리움 블록체인 내의 혼잡 문제를 완화하는 것을 목표로 합니다.

이더리움 플라즈마의 구성 요소

이더리움 플라즈마의 메커니즘을 이해하려면 이 네트워크를 뒷받침하는 기초 구성 요소를 탐구하는 것이 중요합니다.

1. 오프체인 계산

오프체인 계산의 개념은 이더리움 네트워크 참여자 내에서 신뢰감을 조성합니다. 이는 주요 이더리움 블록체인 외부에서 여러 거래의 정산을 용이하게 합니다. 이 원칙은 모든 거래가 메인 체인의 모든 노드로부터 검증을 필요로 하지 않는다는 개념에서 비롯됩니다. 

결과적으로 이러한 선택적 거래 검증은 주요 체인의 부하를 줄여 혼잡을 완화하고 효율성을 향상시킵니다. 개발자들은 플라즈마 블록체인을 신중하게 구조화하며, 종종 단일 운영자를 사용하여 거래 처리를 가속화하여 더 빠르고 비용 효율적인 거래를 가능하게 합니다.

2. 상태 커밋먼트

이더리움 플라즈마는 이더리움 메인넷에 상태 커밋먼트를 정기적으로 게시하는 관행을 채택합니다. 이 동기화는 자식 체인의 상태에 대한 상호 인식을 보장하고 그들 간의 호환성을 유지합니다. 

이러한 상호 작용은 플라즈마가 메인 체인의 보장을 활용할 수 있는 능력에 필수적입니다. 거래는 오프체인에서 발생하지만 최종 정산은 주요 이더리움 실행 레이어 내에서 이루어집니다. 이러한 상호 연결된 관계는 불일치를 방지하고 무효한 거래의 확산으로부터 보호합니다.

3. 진입 및 이탈

이더리움 메인 체인과 플라즈마를 통합할 때 양쪽 블록체인 간의 원활한 상호 작용은 기본 전제 조건입니다. 

이는 자산 이동을 용이하게 하여 확장성 솔루션을 실현하는 통신 채널을 설정하는 것을 필요로 합니다. 플라즈마는 이더리움의 마스터 계약을 통해 이를 실행하며, 진입 및 이탈의 메커니즘을 조정합니다.

4. 분쟁 중재

분쟁 해결은 이더리움 플라즈마의 확장성 설계의 핵심 측면입니다. 참여자의 악의적 행동 가능성을 방지하기 위해 거래 무결성 강제에 뿌리를 둔 메커니즘이 사용됩니다. 

이러한 보호 장치는 사기 증명(Fraud Proof)으로 알려져 있으며, 의심스러운 행위에 관여하는 참여자를 식별하기 위해 고안되었습니다. 사기 증명은 특정 상태 전이의 유효성에 이의를 제기하는 주장으로 작용합니다. 

사용자는 자산이 확인 완료 전에 두 번 지출되려는 이중 지출 가능성을 감지할 때 이를 호출합니다. 경계와 신속한 보고가 이 과정의 효과성의 핵심입니다. 신속하게 사기 증명을 게시하는 사용자는 불법 거래를 중단하고 가해자에 대한 처벌 조치를 이끌어냅니다.

이더리움 플라즈마(Plasma)는 어떻게 작동합니까?

본질적으로 플라즈마는 이더리움 네트워크 및 유사한 블록체인들의 운영 효율성을 획기적으로 향상시키기 위해 전략적으로 설계된 오프-메인-체인(off-main-chain) 솔루션입니다. 이 최적화는 주요 처리 작업의 상당 부분을 메인 체인에서 분리하여, 각각 고유한 기능을 수행하는 더 작고 전문화된 체인 네트워크로 오프로드함으로써 달성됩니다.

플라즈마 트랜잭션은 체인 외부에서 실행되지만, 보안 보장을 위해 이더리움 실행 레이어에서 최종적으로 정산됩니다. 그러나 오프체인 트랜잭션을 최종 확정하려면 플라즈마 체인 블록을 생성하는 운영자가 주기적으로 '상태 커밋(state commitments)'을 게시해야 합니다. 머클 트리(Merkle trees)에서 파생된 머클 뿌리(Merkle roots)와 유사한 이러한 커밋은 값을 드러내지 않고도 해당 값에 대한 확약을 나타내는 암호학적 방법입니다. 이는 커밋된 값의 변경을 방지하고 보안을 유지하는 데 중추적인 역할을 합니다.

머클 뿌리는 대량의 데이터를 압축할 수 있게 해주는 암호학적 구조입니다. 이러한 뿌리는 '블록 뿌리(block roots)'라고도 불리며, 전체 블록 트랜잭션을 나타내어 작은 데이터가 더 큰 데이터 세트 내에 포함되어 있음을 확인하는 데 도움이 됩니다. 사용자는 머클 증명(Merkle proofs)을 사용하여 데이터 포함 여부를 검증할 수 있으며, 이는 특정 블록 내에서 트랜잭션의 존재를 증명하는 데 특히 유용합니다.

머클 뿌리는 오프체인 상태 데이터를 이더리움에 전달하는 중요한 역할을 합니다. 비유하자면, 이는 '저장 지점(save points)'과 같은 기능을 하며, 운영자가 특정 시점의 플라즈마 체인 상태를 표시하고 이를 머클 뿌리를 통해 증거로 입증합니다. 머클 뿌리를 사용하여 진행 중인 플라즈마 체인 상태에 대한 확약을 수행하는 행위는 '상태 커밋(state commitment)'이라고 합니다.

비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)과 조지프 푸온(Joseph Poon)이 2017년 8월 이더리움의 확장성 문제를 해결하기 위해 처음 제안한 플라즈마 개념은 다른 블록체인 플랫폼에도 통합될 수 있는 유연성을 지니고 있습니다. 비트코인을 위한 라이트닝 네트워크(Lightning Network) 제안의 주요 지지자인 조지프 푸온은 플라즈마와 라이트닝 네트워크가 각각의 블록체인에 대한 확장성 솔루션으로서 시너지를 발휘할 수 있음을 강조하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 솔루션들이 공통된 목표를 공유하지만 서로 다른 방법론과 메커니즘을 사용한다는 점은 주목할 만합니다.

이더리움 플라즈마 프로젝트는 오픈소스 이니셔티브로, 코드 저장소는 GitHub에서 접근할 수 있습니다. 기술적 복잡성에 대해 더 깊이 이해하려면 공식 플라즈마 백서가 유용한 자원이 됩니다. 아직 개발 초기 단계에 있지만, 플라즈마 개념은 막대한 잠재력을 지니고 있습니다. 성공적인 구현은 이더리움 네트워크에 효율성의 새로운 시대를 열 뿐만 아니라, 확장성 솔루션을 모색하는 다른 블록체인 네트워크를 위한 기초 템플릿으로도 작용할 수 있습니다.

블록체인 확장성을 위한 플라즈마 사용의 장점

• 플라즈마 체인은 채널 트랜잭션이 양자 간 당사자에게만 제한되는 것과 달리, 자산이나 코인을 모든 수신자에게 전송할 수 있다는 점에서 채널보다 뚜렷한 이점을 제공합니다.
• 플라즈마 체인은 메인체인 보안에 기반을 둔다는 점에서 사이드체인보다 주요한 장점을 지닙니다. 사이드체인이 침해당해도 메인체인에는 영향을 미치지 않지만, 사이드체인 사용자를 보호할 수는 없습니다. 반면 플라즈마 체인은 메인체인의 보안을 활용하여, 플라즈마 체인에 위협이 발생했을 때 사용자가 메인체인으로 탈출할 수 있도록 지원합니다. 이러한 구조는 플라즈마 체인이 사이드체인 비교 시 더 우수한 보안을 제공함을 의미합니다.

블록체인 확장성을 위한 플라즈마 사용의 한계

• 플라즈마의 내재된 한계 중 하나는 레이어 2에서 레이어 1로 코인을 이동하려는 사용자에게 인출 시간이 길게 소요된다는 점입니다.
• 사용자는 인출 트랜잭션의 적법성을 검토하고 사기 행위를 방지하기 위해 필수적인 7~14일의 대기 기간에 노출됩니다.

샤딩(Sharding)이란 무엇입니까?

샤딩은 블록체인이나 데이터베이스를 샤드(shard)라고 불리는 더 작고 분할된 섹션으로 나누는 기법으로, 각 샤드는 특정 데이터 세그먼트를 관리합니다. 이는 단일 체인이 모든 네트워크 트랜잭션을 처리하는 부담을 덜어줍니다. 샤드는 개별 블록체인처럼 작동하여 자체 트랜잭션을 처리할 수 있으며, 메인 체인 또는 비콘 체인(beacon chain)이 샤드 간 상호 작용을 감독합니다. 이는 부하를 분산시켜 확장성을 향상시키는 레이어 1 네트워크 업그레이드입니다. 이더리움은 확장 가능한 지분 증명(PoS) 네트워크로의 전환을 시작하면서 비콘 체인이 여러 샤드를 조정하는 방식으로 샤딩을 채택한 최초의 블록체인 중 하나입니다.

샤딩의 중요한 장점 중 하나는 노드 운영의 단순화입니다. 데이터가 샤드 간에 분할됨에 따라 검증 노드는 전체 블록체인 기록을 저장할 필요가なくなり 데이터 무결성 확인에만 집중합니다. 샤딩된 네트워크는 오프체인 거래를 검증하고 메인 체인에 통합하여 확장성을 개선하는 롤업을 보완합니다. 샤딩은 롤업이 상태를 더 빠르게 보고할 수 있도록 함으로써 롤업의 효율성을 높입니다.

그러나 샤딩은 보안 문제를 야기합니다. 악의적인 행위자가 샤드의 통제를 장악하면 네트워크의 다른 부분을 방해할 가능성이 있습니다. 이를 방지하기 위해 적절한 규제와 보호 장치가 필요하며, 샤드를 장악하는 것은 전체 비샤드 네트워크를 하이재킹하는 것보다 상대적으로 쉽기 때문입니다.

샤딩은 어떻게 작동합니까?

샤딩은 효율적인 데이터 저장소 분배를 달성하는 데 중추적인 역할을 하여 롤업(rollups)의 비용 효율성을 높이고 노드 운영을 단순화합니다. 이 접근 방식은 레이어 2 솔루션이 이더리움의 보안을 활용하면서 동시에 낮은 트랜잭션 수수료를 유지할 수 있도록 합니다.

현재 이더리움 블록체인에는 3,000개 이상의 탈중앙화 애플리케이션(dApps)이 호스팅되고 있어, 샤딩과 같은 확장성 솔루션에 대한 시급한 필요성을 강조합니다.

샤딩은 네트워크를 더 작은 단위 또는 파티션으로 분할하는 것을 의미하며, 각 파티션은 네트워크의 초당 트랜잭션 수(TPS)를 크게 향상시킵니다. 

그러나 샤딩은 겉보기에는 간단해 보이지만, 몇 가지 중요한 구성 요소와 복잡성을 포함합니다.

1. 노드

블록체인 네트워크 내의 노드는 네트워크 내에서 발생하는 모든 트랜잭션 볼륨의 처리 및 관리를 담당합니다. 이러한 자율적 엔티티는 계정 잔액 및 트랜잭션 기록을 포함한 분산형 네트워크 생성 데이터를 보존하고 저장하는 임무를 맡고 있습니다. 노드는 네트워크 내의 모든 활동, 데이터 및 트랜잭션을 관리하며, 이는 네트워크 시작부터 지속되어 온 설계 결정입니다.

그러나 이러한 설계는 각 노드에 모든 트랜잭션을 저장하여 블록체인 보안을 유지함에도 불구하고 트랜잭션 처리 속도를 저해합니다. 이러한 느린 트랜잭션 처리는 블록체인이 수백만 개의 트랜잭션을 처리해야 하는 미래에 장애물이 됩니다.

2. 수평 분할

샤딩은 데이터베이스의 수평 분할을 통해 달성될 수 있으며, 여기서 행은 특성에 따라 세그먼트 또는 샤드로 나뉩니다. 

예를 들어, 하나의 샤드는 특정 주소 카테고리의 트랜잭션 기록과 현재 상태 저장에 중점을 둘 수 있습니다. 샤드는 포함된 디지털 자산의 유형에 따라 분류될 수도 있어, 해당 자산과 관련된 전문화된 트랜잭션 처리를 가능하게 합니다.

블록체인 샤딩의 장점

모든 노드가 트랜잭션의 적법성에 대해 합의하기 전에 처리해야 하므로 블록체인 네트워크의 처리 용량이 제한됩니다. 이 요구사항은 이더리움과 비트코인 같은 네트워크의 탈중앙화 특성을 유지하며, 모든 노드가 전체 블록체인 기록을 보유하고 각 트랜잭션을 처리합니다.

1. 데이터 보안 및 압축

이러한 설계는 확장성을 저해함에도 불구하고 적대적 인수나 트랜잭션 변경에 대한 네트워크 보안을 강화합니다. 샤드화된 블록체인은 노드가 전체 기록을 다운로드하거나 모든 트랜잭션을 검증하지 않아도 되도록 허용함으로써 대안을 제시합니다. 이는 네트워크 성능을 강화하여 더 많은 사용자를 수용하는 능력을 향상시킵니다.

2. 향상된 확장성

샤딩의 가장 큰 장점은 블록체인에 제공하는 확장성 향상입니다. 샤딩은 트랜잭션 속도를 크게 늦추지 않고도 추가 노드와 더 큰 데이터 세트를 통합할 수 있게 합니다. 이는 특히 더 빠른 트랜잭션이 중앙집권식 결제 시스템에 대한 경쟁력을 강화할 수 있는 금융 분야를 포함하여 산업 전반에 걸쳐 블록체인 기술의 채택을 가속화할 잠재력을 지니고 있습니다.

3. 향상된 접근성

샤딩은 네트워크 참여도 증대 및 향상된 사용자 접근성이라는 두 가지 추가 이점을 가져옵니다. 이더리움의 샤딩에 대한 예상 향상은 클라이언트 실행을 위한 하드웨어 요구 사항을 줄여 개인용 컴퓨터 및 모바일 기기에서의 참여를 가능하게 할 수 있습니다. 이러한 접근의 민주화는 네트워크 참여를 확대할 수 있습니다.

샤딩의 보안 고려 사항

샤딩이 블록체인 네트워크에 적용되는 것은 아직 초기 테스트 단계에 있음을 주목하는 것이 중요합니다. 주로 다음과 같은 위험과 관련이 있습니다.

1. 샤드 충돌 위험

하나의 보안 우려는 샤드 충돌로, 하나의 샤드가 다른 샤드를 장악하거나 그 데이터를 덮어쓰는 경우입니다. 이 위험은 데이터 손실이나 악의적인 샤드에 의한 손상된 데이터 도입으로 이어질 수 있습니다. 이더리움 2는 노드를 샤드에 무작위로 할당하고 간격마다 재할당함으로써 이 위험을 완화합니다.

2. 샤드 손상 위험

각 샤드를 자체 사용자 및 데이터를 가진 독립적인 블록체인 네트워크로 고려하면 샤드 손상이라는 잠재적 위험이 드러납니다. 샤드의 통제를 장악한 공격자는 사기성 트랜잭션을 도입할 수 있습니다. 이더리움은 무작위 샤드 할당 및 재할당을 통해 이를 해결하여 공격자가 취약점을 예측하고 악용하는 것을 방지합니다.

결론

비탈릭 부테린과 조지프 푸온이 개척한 플라즈마는 메인 체인과 최소한의 상호 작용을 하는 사이드 체인을 도입합니다. 이 아키텍처는 맞춤형 스마트 계약을 가진 수많은 자식 체인의 생성을 가능하게 하여 주요 체인의 혼잡을 완화하면서도 보안을 유지합니다.

반면, 샤딩은 네트워크를 샤드라고 불리는 더 작고 관리 가능한 세그먼트로 분할하는 데 중점을 둡니다. 각 샤드는 특정 트랜잭션을 처리하여 단일 체인의 부담을 덜고 확장성을 강화합니다.

플라즈마와 샤딩 모두 확장성이라는 공통 목표를 공유하지만 독특한 메커니즘을 가지고 있습니다. 플라즈마는 사이드 체인을 강조하여 사용 사례를 다양화하는 반면, 샤딩은 효율성 증대를 위해 메인 체인을 분할하는 데 중점을 둡니다. 이들의 지속적인 개발은 블록체인이 가진 잠재력을 재편하여 확장성 문제에 대응할 대안을 제공할 것입니다.

2025년 9월 업데이트.