정렬기(Sequencer)의 원리, 현황 및 미래
글: 감숙
현재 레이어2(Layer2)의 주요 수익원은 Rollup에서 사용자가 거래를 수행할 때 지불하는 가스비(Gas fee)입니다. 여기서 레이어2가 레이어1(Layer1)에 데이터를 제출할 때 내는 가스비를 제외하면, 나머지는 거의 순수익이라고 볼 수 있습니다. 아래 그림에서 대략적으로 통계를 낸 결과, OP 메인넷(OP Mainnet)은 2023년 6월부터 12월까지 약 523만 달러의 이익을 얻었고, Arbitrum은 연간 1650만 달러, zkSync Era는 2023년 3월부터 12월까지 2224만 달러의 수익을 기록했습니다.
이처럼 막대한 수익을 창출하는 배후에는 무엇이 있을까요? 사실 이것은 이들이 유일하게 운영하고 있는 '정렬기(Sequencer)'와 밀접한 관련이 있습니다.
그렇다면 정렬기(Sequencer)란 무엇이며, 레이어2에서는 어떻게 작동할까요? 중앙집중형 정렬기가 직면한 문제점은 무엇이며, 앞으로 정렬기는 어떤 방향으로 발전해 나갈까요? 본문에서는 이러한 질문들에 대해 심층적으로 살펴보겠습니다.
정렬기의 원리
Sequencer는 한국어로 정렬기 또는 순서 결정기라고 번역되며, 레이어2에서 매우 중요한 역할을 담당합니다. 그 주요 기능은 레이어2 사용자로부터 거래를 받아 실행한 후, 거래를 정렬하고 압축하여 배치(Batch) 형태로 레이어1에 제출하는 것입니다.
아직도 다소 추상적으로 느껴진다면, 다음의 구체적인 예시를 통해 설명하겠습니다. 과거 사용자가 이더리움에서 거래를 할 때를 생각해보면, 마치 직접 자가용을 몰고 도시(이더리움)로 간다고 상상할 수 있습니다. 트랜잭션 피크 시간대에는 교통 체증이 발생하듯이, 네트워크 혼잡 시 사용자는 더 많은 비용을 지불해 검증자(validator)에게 도움을 요청해야 했으며, 다른 방법은 없었습니다.
현실에서 교통 체증을 해결하기 위한 다양한 방법이 있듯이, 예를 들어 공공교통 확충, 차선 확장, 도로 추가 건설, 시간대별 운행 제한 등이 있는데, 레이어2는 바로 이더리움의 공공교통 솔루션에 해당하며, 정렬기(Sequencer)는 버스 기사에 비유할 수 있습니다. 버스 기사는 승객들에게 말합니다. "도시까지 직접 운전하지 않아도 됩니다. 저에게 소정의 서비스 요금(자가용보다 저렴함)만 지불하시면 목적지까지 안전하게 모셔다 드립니다." 이렇게 하면 비용도 절감되고 노력을 덜 수 있습니다. 또한 버스 내부 공간을 최대한 활용하기 위해, 버스 기사는 탑승 인원이 꽉 찰 때까지 출발하지 않고, 승객들을 효율적으로 재배치합니다. 예를 들어 두 마른 사람 사이에 뚱뚱한 사람을 앉히는 식으로 좌석을 꼼꼼히 배치하여, 마치 '틈새 없는' 상태를 만듭니다.
이 과정을 이해한 후, 이제 사람들이 관심 갖는 여러 질문에 답해 보겠습니다.
누가 정렬기를 운영할 수 있나요?
일반적으로 다음과 같은 몇 가지 방식이 있습니다:
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중앙집중형 정렬기
레이어2 팀이 직접 또는 특정 조직에 위임하여 정렬기를 독점 운영하는 방식입니다. 이 방식은 효율성이 높고 비용이 낮기 때문에, 레이어2 팀들이 가장 선호하는 방식입니다.
물론 누가 정렬기를 운영할지를 결정하는 다른 방식들도 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 ‘탈중앙화 정렬기’ 섹션에서 자세히 설명하겠습니다.
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완전 무허가 정렬기
누구나 거래를 정렬하고 레이어1에 제출할 수 있다는 의미입니다. 그러나 이 방식은 단순하고 공평해 보이지만 명백한 단점도 존재합니다. 정렬기는 레이어1의 채굴자(miner)나 검증자(validator)와 달리 최종적인 보안성을 제공하지 않으며, 단지 메인체인에 배치(Batch)를 제출할 뿐입니다. 여러 참여자가 동시에 배치를 제출하더라도 결국 하나만 채택되기 때문에, 다른 정렬기들의 계산 리소스와 가스비가 크게 낭비됩니다.
정렬기는 어떤 기준으로 정렬을 하나요?
일반적으로 두 가지 정렬 방식이 있습니다. 하나는 선착순(FIFO, First-In-First-Out), 즉 먼저 버스에 오르는 사람이 먼저 자리를 잡는 것처럼, 먼저 발생한 거래가 우선 정렬되는 방식입니다. 두 번째는 가스비 기준 정렬로, 자신의 거래를 급하게 처리하고 싶은 사용자는 정렬기에 더 많은 수수료를 지불하면, 정렬기가 순서에 관계없이 그 거래를 우선 처리합니다.
주류 레이어2 프로젝트들은 대부분 첫 번째 방식을 채택하고 있지만, 어느 쪽이든 본질적으로 일반적인 합리성에 부합할 뿐이며, 정렬 기준에 대한 강제 규정은 없습니다. 정렬기는 마음대로 정렬할 수도 있습니다. 마치 버스 기사가 특정 사람의 탑승을 거부하거나 친척에게 미리 자리를 예약해주는 것처럼 말이죠. 비록 논리에 어긋날 수 있지만 말입니다.
정렬기가 악의적인 행위를 할 수 있나요? 또 어떻게 이를 방지할 수 있나요?
이론적으로 정렬기는 악행을 저지를 수 있습니다.
정렬기의 권한은 매우 크며, 누군가의 거래를 고의로 취소하고 성공했다고 거짓말을 하거나, 다수의 거래 사이에 악의적인 거래(예: 사용자의 레이어2 자산을 자신 계좌로 이체)를 삽입해 이득을 취할 수 있습니다.
그러나 정렬기의 악의적 행동을 방지하기 위해 각각의 레이어2는 서로 다른 제약 방식을 채택하고 있습니다. Optimistic Rollup은 사기 증명(fraud proof) 방식을 사용하는데, 우선 정렬기가 정직하다고 가정하고, 분쟁 기간(일반적으로 1주일) 동안 검증자가 정렬기가 레이어1에 제출한 데이터가 잘못되었다는 것을 입증하지 못하면, 해당 데이터는 영구적으로 변경되지 않습니다. ZK Rollup은 유효성 증명(validity proof) 방식을 사용하여, 정렬기가 게시한 배치(Batch)를 즉시 검증하며, 검증이 완료되면 거래는 레이어1에서 최종 승인이 됩니다. 분쟁 기간이 존재하지 않습니다.
Starknet 정렬기 작동도
현황: 중앙집중형 정렬기가 초래한 문제들
현재 OP 메인넷, Arbitrum One, Starknet, zkSync Era 등의 주류 레이어2는 모두 중앙집중형 정렬기 방식을 사용하고 있으며, 각각 공식팀이나 관련 조직이 정렬기를 운영하고 있습니다. 예를 들어 Optimism 재단이 OP 메인넷의 정렬기를, Offchain Labs가 Arbitrum One의 정렬기를 운영하는 식입니다.
중앙집중형 정렬기는 레이어2 프로젝트에 많은 장점을 제공합니다. 관리가 용이하고 효율성이 높으며 일정한 수익도 창출할 수 있습니다. 대부분의 팀들은 사용자 이익을 지키고 악의적인 행위를 하지 않겠다고 약속하고 있으며(현재는 엄격히 선착순 기준을 따름), 그럼에도 불구하고 많은 사용자들이 여전히 우려를 표하고 있습니다.
검열 저항성 약화
정렬기가 단일 중앙화된 실체에 의해 운영된다면, 그 검열 저항성은 레이어1의 수천 수만 명의 검증자나 채굴자와 비교할 수 없습니다. 팀은 법규 준수를 이유로 특정 거래를 제외하거나, 어떤 이유로 특정 거래를 블랙리스트에 올릴 수 있습니다. 현재 대부분의 레이어2가 설계한 메커니즘을 통해 사용자가 정렬기를 우회해 직접 레이어1에 거래를 제출할 수 있지만, 사용자는 여전히 추가 비용을 부담해야 합니다.
사용자가 직접 거래를 제출하는 방식 (출처: L2BEAT)
낮은 활성성(weak liveness)
낮은 활성성은 곧 단일 장애 지점(single point of failure)이라 볼 수 있습니다. 초당 수천만 건의 트랜잭션 요청과 비교할 때, 중앙집중형 정렬기는 하드웨어 등의 이유로 동시에 많은 요청을 처리할 수 없으며, 정렬기가 과부하 상태가 되고 대체 정렬기가 없을 경우 전체 시스템이 다운될 수 있습니다. 예를 들어 Arbitrum이 에어드랍을 진행할 당시 일시적인 다운타임이 발생했던 사례가 있습니다.
부당한 MEV 수익 획득
MEV는 Maximal Extractable Value의 약자로, 최대 추출 가능 가치를 의미하며, 채굴자/검증자가 거래를 조작함으로써 얻을 수 있는 추가 수익을 말합니다. 일반적으로는 높은 가스비부터 낮은 순서로 거래를 정렬하지만, 큰 이익이 발생할 것으로 예측되면 채굴자는 블록에 거래를 삽입하거나 삭제, 순서를 변경하여 블록 보상 외의 수익을 얻을 수 있습니다. 쉽게 말해 '선수 겸 심판' 역할을 하는 것입니다.
레이어2에서도 정렬기는 레이어1의 채굴자/검증자와 유사하게 거래 순서를 조작할 권한을 가지고 있습니다. 정렬기가 레이어2 팀에 의해 운영되지만, 근본적으로 우리는 그들을 완전히 신뢰할 수 없습니다. 특히 OP 메인넷은 사용자 거래를 임시 저장하는 개인 메모리풀(private mempool)을 사용하고 있어, 이는 마치 블랙박스처럼 작동하는 셈입니다. 물론 그들은 이를 통해 타인이 거래를 모니터링하여 부당한 MEV를 획득하는 것을 방지한다고 주장하고 있습니다.
미래 전망
주류 레이어2(OP 메인넷, Arbitrum One, Starknet, zkSync Era) 역시 중앙집중형 정렬기의 문제점을 인식하고 있습니다. 따라서 각자 탈중앙화된 정렬기 방안을 제시하고 있습니다.
하지만 현재까지는 공식 문서나 백서 수준에 머물러 있으며, 자신의 권한과 수익을 분산시키는 것보다는, 현재 네트워크 성능 및 생태계 구축이라는 핵심 경쟁력 개발에 집중하고 있는 모습입니다.
탈중앙화 정렬기
다음은 몇 가지 탈중앙화 정렬기 방안을 간략히 소개하겠습니다:
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지리적 탈중앙화
여러 개의 정렬기를 전 세계 다양한 지역에 배치하고, 평판이 좋고 이해관계가 있는 회사 또는 조직이 운영하는 방식입니다. 일정 기간 동안 누구에게 정렬 권한을 줄지 순차적으로 교체하며 결정합니다. 여전히 문제가 남아 있지만, 단일 중앙집중형 정렬기보다는 검열 저항성과 활성성이 훨씬 향상됩니다.
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정렬기 경매
Rollup은 스마트 계약을 통해 정렬기 운영권을 경매로 진행할 수 있습니다. 누구나 정렬기 운영권을 입찰할 수 있으며, 경매는 각 블록 단위로 또는 특정 시간대를 대상으로 할 수 있습니다. 당선된 자는 일정량의 보증금을 예치해야 하며, 악의적인 행위 시 이를 몰수할 수 있습니다. 또한 경매 수익금은 Rollup이 효과적으로 분배할 수 있습니다.
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리더 선출
누구나 이더리움(ETH) 또는 레이어2 토큰을 레이어2 스마트 계약에 스테이킹할 수 있으며, 배치(Batch)를 제출하는 정렬자는 이 스테이킹 참여자들 중에서 무작위로 선출됩니다(선출 확률은 스테이킹 금액에 비례할 수 있음).
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Based Rollup
최근 이더리움 커뮤니티에서 제안된 개념으로, 레이어2의 거래 정렬을 이더리움 검증자가 직접 주도하고, 레이어2 자체의 정렬기를 완전히 대체하는 방식입니다. 하지만 이 방식은 앞서 언급한 방식들보다 기술적 난이도가 높으며, 현재 해결해야 할 여러 기술적 과제들이 남아 있습니다.
공유 정렬기(Shared Sequencer)
탈중앙화 정렬기 방식은 본질적으로 레이어2가 어떻게 정렬기 운영 권한을 하향 분배할지를 다루며, 이 과정에서 레이어2 팀은 여전히 주도적 역할을 합니다. 반면 공유 정렬기는 개별 레이어2에 전용 정렬기를 두는 것을 포기하고, 여러 레이어2가 제3자 정렬기 네트워크를 공동으로 사용하는 것을 의미합니다.
이 방식은 여러 이점을 제공합니다. 예를 들어 서로 다른 레이어2 간의 원자적 조합성(거래가 동일한 메모리풀 내에서 처리됨), MEV 추출 방지 등이 있습니다. 현재 Astria, Radius, Espresso 등 여러 프로젝트가 공유 정렬기 네트워크 구축을 추진하고 있습니다.
결론 및 고찰
단일 장애 지점 제거와 시스템적 위험 완화는 암호화폐 정신의 핵심 중 하나이며, 정렬기 탈중앙화 아이디어는 이러한 정신의 연장선상에 있습니다. 그러나 현실적으로 고려해볼 때, 탈중앙화 정렬기 또는 공유 정렬기가 현재 중앙집중형 정렬기의 문제를 완벽히 해결할 수 있을까요?笔者看来未必。
MEV 측면에서 보면, 이더리움을 예로 들 수 있습니다. Flashbots의 데이터에 따르면, 이더리움 머지(The Merge) 이후 통계상 블록 제안자(Proposer)는 이미 288,829 ETH의 REV를 추출했습니다. (참고: REV은 이미 추출된 MEV를 의미합니다.)
이는 Flashbots가 수집한 불완전한 데이터일 뿐인데도, MEV 시장이 허가 없이 운영되는 이더리움에서 얼마나 거대한지를 보여줍니다.
시장 안정에 기여하는 적절한 차익거래(MEV)는 바람직하지만, 거대한 MEV 이익의 유혹 아래에서 이루어지는 악의적 조작(예: 샌드위치 공격)은 네트워크 전반에 부정적인 영향을 미칩니다. 채굴자가 직접 악행을 하지 않더라도, 오프체인에서 뇌물과 결탁 시장이 형성될 수 있습니다. 이는 이더리움의 본래 철학에 어긋나며, 일반 사용자의 이익을 심각하게 해칠 수 있습니다. 현재 이더리움은 정렬자와 제안자를 분리하는 등의 해결책을 모색하고 있지만, 단기적으로는 여전히 이런 상황이 지속되고 있습니다.
현재 이더리움의 MEV 구조는 시장이 자발적으로 형성한 것이며, 롤업(Rollup)의 정렬기도 마찬가지로 자유롭게 탈중앙화된다면 장기적으로 유사한 시장 구조가 형성되지 않을까요? 롤업 팀을 신뢰함으로써 발생할 수 있는 단일 장애 지점보다, 시장의 무질서한 경쟁이 초래하는 혼란과 새로운 형태의 중앙집중화가 오히려 더 두렵습니다.
또한 공유 정렬기는 서로 다른 롤업 간 정렬 수준에서 상호운용성을 제공하지만, 미래에 점점 더 많은 제3자 공유 정렬기가 사용된다면, 본질적으로 이들은 다수의 롤업을 지배하는 네트워크가 되며, 그 권한도 계속 커질 것입니다. 그렇다면 이때 또 다시 중앙집중화 문제가 발생하지 않을까요? 그리고 우리는 공유 정렬기조차 탈중앙화할 수 있는 어떤 방안이 필요할지도 모릅니다. 이러한 질문들은 아직 깊이 고민해야 할 부분들입니다.
블록체인의 발전과 탈중앙화는 길고도 어려운 여정입니다. 정렬기가 주목받는 이유는 롤업 전체에서 극도로 중요한 역할을 하기 때문입니다. 앞으로 끊임없는 탐색과 노력 끝에, 오늘 우리가 직면한 문제들은 적절한 해결책을 찾게 될 것이라 믿습니다.
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@jianshubiji
