EVM의 병렬화가 가지는 의미는 무엇인가? 혹은 EVM 패권 하의 최후인가?
작자: ZHIXIONG PAN
TL;DR
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Parallel EVM 개념은 Paradigm, Jump, Dragonfly 등 주요 VC들에 의해 베팅되고 있다.
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대표적인 프로젝트로는 Monad가 있으며, Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC 등도 있다. 일부는 L1이고 일부는 L2이다. 각 팀의 구체적인 차이점에 대한 완전한 공개 정보는 아직 없다.
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Parallel EVM은 문자 그대로 '병렬화'를 의미하지만, 실제로는 EVM 구성 요소들의 성능 최적화를 포함하므로, 이는 EVM 표준 하에서 가능한 성능 한계를 대표할 가능성이 높다.
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난제: 기술 스택 전체를 재구성해야 할 뿐 아니라, 병렬 처리되는 거래들이 사전에 충돌할지 예측하고, 충돌 발생 시 다시 실행하는 효율성 문제도 있다.
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과제: 오픈소스 생태계 내에서 차별성을 어떻게 구축할 것인지, 탈중앙화와 성능 사이에서 균형을 어떻게 잡을 것인지.
합의 알고리즘, DA(데이터 계층), 제로지식 증명 기술이 널리 연구되고 반복 개선된 후, 다음으로 주목받는 핵심 기술은 Parallel EVM이며, 자본시장은 이미 이 서사에 수억 달러를 투자해 여러 유니콘급 스타트업을 탄생시켰다.
커뮤니티가 Parallel EVM(EVM 병렬화)에 관심을 갖게 된 것은 2023년 말 Georgios Konstantopoulos(Paradigm CTO)와 Dragonfly의 Haseeb Qureshi가 2024년 트렌드 전망에서 동시에 언급한 것이 시초였다. 그러나 이 주제에 대한 세부 논의는 많지 않으며, 많은 사람들이 이 개념이 새로운 것도 아니라고 생각한다. EVM과 병렬 컴퓨팅은 각각 상대적으로 성숙한 개념인데, 왜 이 두 단어를 결합하면 중요한 트렌드가 되는가?
하지만 여전히 매우 소수만 아는 주제라, 많은 연구기관의 연간 요약 및 트렌드 전망을 살펴봐도 Parallel EVM에 대한 언급은 거의 없다. 따라서 아직 대규모 합의가 형성되지 않은 새로운 개념이다. 또한 이 개념은 합의 알고리즘, DA와 마찬가지로 순수 기술 관련 주제이기 때문에 관심을 갖는 사람들은 더욱 적다.
Parallel EVM의 가장 직접적인 장점은 기존의 탈중앙화 애플리케이션이 인터넷 수준의 성능을 실현할 수 있게 한다는 점이다. 더 나아가, Parallel EVM은 기존의 (거대한 양의) 스마트 계약을 활용하면서도 고성능과 병렬 처리를 통해 공공 블록체인의 처리량을 달성할 수 있는 유일한 새로운 기술이다.
Paradigm은 오랫동안 진입을 기다려왔고, Jump 계열은 막대한 베팅을 걸었다
『포춘(Fortune)』지 보도에 따르면, Paradigm은 최근 몬드(Monad)의 펀딩 라운드를 리드하며 30억 달러의 기업 가치로 2억 달러를 모집할 계획이다. 이는 Paradigm이 처음으로 Parallel EVM 개념의 팀에 투자하는 것이지만, 사실 이들은 이미 오랜 시간 동안 이 기술을 주목해왔다. Georgios Konstantopoulos(Paradigm CTO)는 2021년에도 이미이 용어를 언급한 바 있다.
Monad라는 이름의 기원도 흥미롭다. 철학자 라이프니츠의 철학 체계에서 Monad는 우주를 구성하는 기본 요소로, 물리적 영향을 받지 않는 불가분한 실체이며, 각 Monad는 전체 우주를 반영한다고 한다. 중국어로는 ‘단자(單子)’로 번역되기도 했다.
컴퓨터 과학에서는 Monad가 함수형 프로그래밍 언어에서 사용되는 디자인 패턴 중 하나로, 현실 세계의 복잡성을 수학적으로 깨끗하게 다룰 수 있도록 도와주며, 코드를 더욱 모듈화하고 이해 및 유지보수가 쉬워진다.
또 다른 흥미로운 점은 Monad와 Nomad가 서로 ‘아나그램(anagram)’이라는 것이다. nomad는 유목민을 의미하며, digital nomad는 디지털 노마드(디지털 유목민)를 의미한다.
Monad 외에도 Georgios가 이 주제를 논할 때 Sei와 Polygon도 언급했다. 하지만 그가 Parallel EVM을 강력하게 지지하는 또 다른 이유는 바로 이더리움 클라이언트 Reth를 개발하고 있기 때문이다. Reth는 고효율의 이더리움 실행 계층 클라이언트로서 Rust 언어로 구현되었다. Reth는 빠른 속도로 개발되어 최근 베타 단계에 진입했다. 아마도 그들은 Reth 위에서 직접 Parallel EVM을 구현할 수도 있겠지만, 엔지니어링 규모를 고려하면 다른 팀에 투자하여 Parallel EVM을 추진하는 것이 더 나은 선택일 수 있다. Monad의 문서에 따르면, 그들은 주로 C++과 Rust를 사용하고 있다.
Reth가 처음 출시되었을 때 Erigon 팀 멤버로부터 Akula의 오픈소스 코드를 카피했다는 비판을 받았고, 이로 인해 Akula 프로젝트가 자금 부족으로 개발을 중단하기도 했다. Georgios는 Reth가 다른 클라이언트의 포크가 아니며 코드도 다른 클라이언트에서 유래한 것이 아니지만, Geth, Erigon, Akula의 영향과 영감을 받았다고 해명했다. (https://thedefiant.io/paradigm-accused-copying-code)
또 다른 핵심 참여자는 Jump Trading과 Jump Capital이다. Monad 창립자는 Jump Trading 출신으로 고빈도 거래(HFT) 경험을 갖고 있다. Sei의 투자자 중에는 Jump Capital이 있으며, Jump는 Solana 생태계에도 깊이 관여하고 있다.
Monad의 초기 투자자인 Dragonfly 역시 관련 분야를 꾸준히 주목해 왔으며, NEAR(샤딩 기술 중심), Aptos, Avalanche, Nervos 등의 블록체인에 투자한 바 있다.
합의 알고리즘 업그레이드만으로는 부족했고, 마침내 실행 계층의 차례다
지난번 블록체인 경쟁에서는 실행 계층이 항상 소외되어 왔으며, 커뮤니티는 거의 오직 합의 알고리즘의 혁신만을 논했다. Solana, Avalanche, EOS 모두 마찬가지였다. 비록 이들 모두 실행 계층에서 많은 혁신을 이루었지만, 커뮤니티는 여전히 그들이 사용하는 합의 알고리즘만 기억하고 있으며, 이러한 고성능 블록체인이 우수한 성능을 달성한 것은 오직 합의 알고리즘의 혁신 때문이라고 생각한다.
하지만 사실은 그렇지 않다. 고성능 블록체인을 얻으려면 합의 알고리즘과 실행 계층이 함께 발전해야 하며, 이것은 통나무통 이론(최소 길이 이론)과 일치한다. EVM 기반으로 합의 알고리즘만 개선한 블록체인의 경우, 성능 향상을 위해 더 강력한 노드가 필요하다. 예를 들어 BSC는 블록당 처리 가능한 Gas를 2000 TPS 수준으로 제한하고 있으며, 필요한 머신 사양은 이더리움 전체 노드보다 몇 배 더 높다. Polygon은이론상 1000 TPS까지 가능하지만 평소에는 수십에서 수백 정도다.
BSC 아카이브 노드는 최소 16코어 CPU와 128GB 메모리가 필요하며, 이더리움 노드는 최소 4코어 CPU와 16GB 메모리만 요구된다.
BSC 팀도 이러한 문제들을 이미 인식하고 있어 NodeReal과 함께Parallel EVM 기술 개발을 진행하고 있다. 이를 통해서만 각 블록이 처리할 수 있는 거래 수를 추가로 늘릴 수 있고, 더 많은 거래를 병렬로 실행하여 TPS 상한선을 높일 수 있다.
병렬화: 싱글 코어 CPU에서 멀티 코어 CPU로의 업그레이드 이상
대부분의 블록체인 시스템에서 거래는 완전히 순차적으로 실행된다. 이를 싱글 코어 CPU에 비유할 수 있으며, 현재 계산이 완료되어야 다음 계산을 수행할 수 있다. 이 방식은 느리지만 간결하고 시스템 복잡도가 낮다는 장점이 있다.
하지만 미래에 블록체인 시스템이 인터넷 수준의 사용자 규모를 수용해야 한다면, 싱글 코어 CPU로는 부족하다. 따라서 멀티 코어 CPU로 업그레이드하여 병렬 가상 머신을 구현하면 여러 거래를 동시에 처리하여 처리량을 증가시킬 수 있다. 그러나 이는 많은 기술적 도전을 수반한다. 예를 들어, 두 거래가 동시에 같은 스마트 계약에 데이터를 쓰려고 하면 어떻게 해야 할까? 이런 모순을 해결하기 위한 새로운 메커니즘이 설계되어야 한다. 반면, 전혀 관련 없는 스마트 계약의 병렬 실행은 병렬 처리 스레드 수에 따라 처리량을 비례적으로 증가시킬 수 있다.
또한 Parallel EVM은 병렬 처리 능력을 향상시킬 뿐 아니라, 단일 스레드 환경에서도 실행 효율을 최적화한다. Monad CEO Keone Hon은말했다, "…(EVM의) 실제 병목은 거래 처리 시 상태를 빈번하게 읽고 쓰는 데 있다…"라고도 밝혔다. 그는 또한 병렬 실행은 로드맵의 일부에 불과하며, Monad의 더 큰 사명은 EVM 주변의 모든 것을 가능한 한 효율적으로 만드는 것이라고 강조했다.
따라서 Parallel EVM은 문자 그대로 ‘병렬화’만을 의미하는 것이 아니라, EVM 구성 요소들의 성능을 전반적으로 최적화한다는 의미이므로, 이 노력은 EVM 표준 하에서 가능한 성능의 한계를 나타낼 가능성이 높다.
EVM은 Solidity와 같지 않다
스마트 계약 작성은 대부분의 블록체인 개발자가 갖춰야 할 필수 기술이다. 개발자는 비즈니스 요구사항에 따라 Solidity 또는 기타 고급 언어로 로직을 구현할 수 있다. 하지만 EVM은 Solidity의 로직을 직접 이해할 수 없으며, 이를 기계가 이해할 수 있는 저수준 언어(opcode 운영 코드 / bytecode 바이트코드)로 '번역'(컴파일)한 후에야 가상 머신에서 실행될 수 있다. 이 번역 과정은 Solidity 개발자가 굳이 이해할 필요가 없는데, 이미 성숙한 도구들이 이를 제공하기 때문이다.
어쨌든 ‘번역’이므로 여기서도 오버헤드(추가 비용)가 발생한다. 저수준 코드에 익숙한 개발자는 Solidity 내에서 직접 opcode를 사용해 프로그램 로직을 작성함으로써 최고의 효율을 달성할 수 있으며, 이는 사용자의 거래 시 가스 비용 절감으로 이어진다. 예를 들어 Opensea가 출시한 Seaport 프로토콜은 스마트 계약 내에서 인라인 어셈블리를 대량으로 사용해 사용자의 가스 지출을 최소화한다.
따라서 Parallel EVM이 최종적으로 실현된다면 병렬화 능력뿐만 아니라 전체 EVM 스택의 성능도 최적화될 것이다. 일반 애플리케이션 개발자들도 더 이상 미미한 가스 절감을 위해 막대한 노력을 들여 최적화할 필요가 없어질 것이며, 저수준 가상 머신 자체가 충분히 강력해져 이러한 차이를 해소할 수 있을 것이다.
EVM의 성능은 다양하며, ‘표준’은 ‘엔지니어링 실천’과 같지 않다
‘가상 머신’은 ‘실행 계층’이라고도 불리며, 스마트 계약이 운영 코드로 컴파일된 후 최종적으로 계산 및 처리되는 엔진이다. 이더리움 가상 머신(EVM)이 정의한 ‘바이트코드’는 현재 업계 표준이 되었으며, 이더리움 기반의 2단계 네트워크이건 독립형 공개 블록체인이건, 대부분 먼저 EVM 표준을 완전히 호환하려 한다. 개발자가 한 번만 스마트 계약을 작성하면 여러 네트워크에 배포할 수 있으므로 매우 높은 비용 효율성을 제공한다.
따라서 EVM의 ‘바이트코드’ 표준을 완전히 호환한다면 EVM이라 할 수 있지만, 구현 방법은 천차만별이 될 수 있다. 예를 들어 이더리움 클라이언트 Geth는 Go 언어로 EVM 표준을 구현했다. 그러나 이더리움 재단의 실행 계층 연구팀 Ipsilon은 C++로 개발된 독립형 EVM 구현체evmone을 유지 관리하며, 다른 이더리움 클라이언트는 이 라이브러리를 직접 호출해 EVM 실행 엔진으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 산업화된 제품은 각각 해당 국제 표준을 갖는다. 어떤 제품이 출하 시 특정한 미생물 수 이하로 유지되어야 판매 가능하다는 것이 ‘표준’이다. 그러나 이 출하 기준을 충족시키는 방법은 각 공장마다 수십 가지의 살균 방식 중에서 선택할 수 있으며, 일부 공장은 더 높은 비용 효율로 이 요구사항을 충족시킬 수 있는데, 이것이 바로 ‘실천’이다.
이처럼 evmone의 구현이 존재하듯, 다른 구현도 가능하다. 즉 EVM의 경우, EVM 표준은 기초적인 연산 방식(예: 덧셈, 뺄셈, 곱셈 등 기초 산술 지원)인 ‘바이트코드’를 정의하며, 각 바이트코드는 입력이 확정되면 출력도 확정된다. 이 표준을 만족하는 조건 하에서 구현(실천) 방식은 천차만별이며, 상당한 커스터마이징 공간과 엔지니어링 최적화 가능성의 여지가 있다.
Parallel EVM의 공통점과 차이점
Parallel EVM 분야에서는 가장 인기 있는 Monad 외에도 Sei, MegaETH, Polygon, Neon EVM, BSC 등이 있으며, Paradigm의 Reth 클라이언트도 병렬화 기능을 구현하려 하고 있다.
목적을 보면 Monad, Sei, Polygon, BSC는 모두 레이어 1 블록체인이며, MegaETH는 레이어 2일 가능성이 있고, Neon EVM은 Solana 네트워크 기반이다. 또한 Reth는 오픈소스 클라이언트이며, MegaETH도 Reth의 일부 엔지니어링 기반으로 개발될 것으로 보인다.
물론 이들 팀 사이에는 경쟁 관계도 존재하며, 모든 기술 세부사항과 엔지니어링 파일을 완전히 공개하지 않았기 때문에 더 자세한 비교는 추후 점진적인 공개 이후에야 가능할 것이다. 아마도 이는 BTC 레이어 2, Restaking, 이더리움 레이어 2와 마찬가지로 기술적 차이는 미세하더라도(오픈소스임에도 불구하고), 중요한 것은 생태계의 독특성을 어떻게 구축할 것인지에 있다.
Parallel EVM의 기술적 난제
순차 실행되는 거래의 경우, 병목은 CPU와 상태 읽기/쓰기 과정에 있다. 하지만 이 방식은 충분히 간단하고 오류가 발생하지 않으며, 모든 작업이 차례로 정확히 실행 완료된다는 장점이 있다. 반면 병렬 실행 가상 머신의 경우 상태 충돌이 발생할 수 있으므로 실행 전이나 후에 이를 판단하는 모듈이 추가되어야 한다.
간단한 예를 들면, 가상 머신이 네 개의 스레드를 병렬 실행하도록 지원하고 각 스레드가 동시에 하나의 거래를 처리할 수 있다고 하자. 그런데 이 네 거래가 모두 Uniswap의 동일한 거래 풀과 거래를 한다면 병렬 계산이 불가능하다. 왜냐하면 매 거래 후 거래 풀의 가격이 변하기 때문이다. 그러나 네 스레드가 서로 완전히 무관한 작업을 처리한다면 문제없이 병렬 실행 가능하다.
여기에는 다양한 팀의 설계와 엔지니어링 구현이 관여하지만, 적어도 병렬 실행 후 충돌을 감지하는 모듈이 필요하며, 충돌 시 재실행이 이루어져야 한다. 물론 충돌 가능성이 있는 거래를 사전에 예측하고 선별할 수 있다면 전체 가상 머신의 병렬 처리 효율을 높일 수 있다.
Parallel EVM 가상 머신의 엔지니어링 구현 차이 외에도, 각 팀은 일반적으로 상태 데이터베이스의 읽기/쓰기 성능을 재설계 및 향상시키고, 이에 맞는 합의 알고리즘도 설계한다. 예를 들어 Monad는 MonadDb와 MonadBFT를 설계했다.
도전 과제
Parallel EVM에게는 두 가지 잠재적 도전 과제가 있다: 장기적으로 기술적 가치가 이더리움에 의해 흡수될 가능성, 그리고 노드의 중앙 집중화 문제.
각 팀이 Parallel EVM 기술을 개발 및 테스트 단계에 있기 때문에 아직 모든 엔지니어링 세부사항을 공개하지 않았으며, 이것이 현재의 경쟁 우위 중 하나이다. 하지만 테스트넷과 메인넷 진입 후에는 이러한 엔지니어링 파일이 공개되어 이더리움이나 다른 공개 블록체인에 의해 흡수될 수 있다. 따라서 그 시점에서는 생태계 구축을 더 빠르게 추진하여 생태계 차원의 경쟁 우위를 구축해야 한다.
다만 이 문제가 그리 심각하지 않을 수도 있다. 첫째, 크립토 개발자들에게는 이제 더 많은 오픈소스 라이선스 선택지가 있다(예: Uniswap처럼 코드는 공개하지만 상업적 목적으로 포크하는 것을 금지하는 라이선스). 둘째, Monad의 위치 자체가 이더리움과 다르다. 이더리움이 미래에 싱글 슬롯 최종성(SSF)을 실현하더라도 거래의 최종성은 여전히 최소 12초가 걸리며, 이는 더 높은 빈도의 애플리케이션 시나리오에서는 턱없이 부족하다.
또 다른 도전은 모든 고성능 블록체인이 직면하는 문제로, 사용자의 무허가(permissionless), 무신뢰(trustless)라는 기본 요구사항인 탈중앙화를 만족시키기 위해 더 많은 노드를 배포하는 방법이다. 아마도 여기서는 ‘TPS ÷ 노드의 하드웨어 요구사항’과 같은 지표를 정량화하여 변수를 통제한 상태에서 특정 하드웨어 요구조건 기준 하에 어느 블록체인/클라이언트의 TPS가 더 높은지를 비교할 수 있을 것이다. 결국 노드의 하드웨어 요구사항이 낮을수록 노드 수가 많아질 가능성이 높기 때문이다.
앞으로 우리는 Parallel EVM 각 프로젝트의 진행 상황을 계속해서 추적하고, 그들의 기술과 차이점에 대해 심층적으로 논의할 예정이다.
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