병렬 EVM 심층 분석: 과장된 주장일까, 아니면 EVM 퍼블릭 체인의 최종 해답일까

2024.06.03

병렬 EVM 심층 분석: 과장된 주장일까, 아니면 EVM 퍼블릭 체인의 최종 해답일까

병렬 이더리움 가상 머신(Parallel EVM)은 기존의 이더리움 가상 머신(EVM)을 업그레이드한 버전이다.

2024.06.03 - 13:18:45

Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰

병렬 이더리움 가상 머신(Parallel EVM)은 기존의 이더리움 가상 머신(EVM)을 업그레이드한 버전이다.

글 작성: 차관 샤오얼

1. 병렬 EVM이란 무엇인가?

병렬 이더리움 가상 머신(Parallel EVM)은 기존의 이더리움 가상 머신(EVM)을 업그레이드한 버전으로, 서로 충돌하지 않는 트랜잭션들을 동시에 처리함으로써 블록체인 트랜잭션 처리량을 향상시키고, 거래 처리 속도와 효율성을 높입니다.

이더리움 가상 머신(EVM)은 이더리움 네트워크의 합의 및 실행 메커니즘으로서, 트랜잭션의 처리와 실행을 담당합니다. 그러나 전통적인 EVM에서는 트랜잭션과 스마트 계약의 실행이 순차적으로 이루어집니다. 각 트랜잭션은 하나씩 순서대로 처리되어 선형적이고 순서 있는 프로세스를 형성합니다. 이러한 방식은 간단하지만, 특히 트랜잭션 수가 증가함에 따라 병목 현상을 초래할 수 있습니다. 모든 트랜잭션은 순서를 기다려야 하므로 처리 시간이 늘어날 수 있으며, 이는 잠재적인 지연과 비용 상승(가스 수수료 측면에서)으로 이어질 수 있습니다.

병렬 EVM은 서로 충돌하지 않는 여러 트랜잭션을 동시에 처리함으로써 블록체인의 처리량과 실행 속도를 크게 향상시킵니다. 예를 들어, Bob이 스왑을 진행하고자 하고, Alice가 새로운 NFT를 민팅하며, Eric이 검증자에게 자금을 스테이킹하려 한다면, 이러한 트랜잭션들은 순차 처리 대신 동시에 처리될 수 있으므로 트랜잭션 처리 시간과 비용이 줄어듭니다. 이러한 병렬 처리 능력을 통해 블록체인은 더 짧은 시간 안에 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있고, 기존 블록체인 시스템의 혼잡 문제를 해결할 수 있습니다.

2. 병렬 EVM은 어떻게 작동하는가?

현재의 EVM 아키텍처에서 가장 세분화된 읽기 및 쓰기 작업은 상태 트라이(state trie)의 읽기 및 쓰기를 위한 sload와 sstore입니다. 따라서 서로 다른 스레드가 이 두 작업에서 충돌하지 않도록 보장하는 것이 병렬 또는 동시성 EVM을 구현하는 직접적인 시작점이 됩니다. 실제로 이더리움에는 특별한 유형의 트랜잭션이 존재하는데, 이 트랜잭션은 "액세스 리스트(access list)"라는 특수 구조를 포함하여 트랜잭션이 읽거나 수정할 저장소 주소를 미리 지정할 수 있게 합니다. 따라서 이를 통해 스케줄러 기반의 동시성 처리 방법을 구현하기 위한 좋은 출발점이 마련됩니다.

시스템 구현 측면에서 병렬 / 동시성 EVM은 일반적으로 다음과 같은 세 가지 형태를 취합니다:

1. 스케줄링 기반 동시 처리

액세스 리스트: 트랜잭션 실행 전에 액세스 리스트를 통해 트랜잭션이 읽고 수정할 저장소 주소를 사전에 결정합니다. 액세스 리스트는 각 트랜잭션이 접근해야 하는 모든 상태 정보를 포함합니다.
스케줄링 알고리즘: 스케줄링 알고리즘은 액세스 리스트를 기반으로 트랜잭션을 서로 다른 스레드에서 실행되도록 배치하여 동시에 실행되는 트랜잭션이 동일한 저장소 주소에 접근하지 않도록 함으로써 충돌을 방지합니다.
동시 실행: 실제 실행 시 여러 트랜잭션이 서로 다른 스레드에서 동시에 수행되며, 스케줄링 알고리즘은 이러한 트랜잭션들 사이에 상호 의존성이나 충돌이 없도록 보장합니다.

2. 멀티스레드 EVM 인스턴스

EVM 다중 인스턴스화: 하나의 노드에서 여러 개의 EVM 인스턴스를 생성하여 각각 독립적으로 실행되고 트랜잭션을 처리할 수 있도록 합니다.
트랜잭션 할당: 처리 대기 중인 트랜잭션을 해시값, 타임스탬프 등의 전략에 따라 다양한 EVM 인스턴스에 분배합니다.
병렬 실행: 각 EVM 인스턴스는 자신의 스레드 내에서 할당받은 트랜잭션을 실행하며, 여러 인스턴스가 동시에 실행됨으로써 병렬 처리를 실현합니다.

3. 시스템 레벨 샤딩

데이터 샤딩: 전체 블록체인 상태를 여러 개의 샤드(shard)로 나누며, 각 샤드는 글로벌 상태 정보의 일부를 포함합니다.
샤드 노드: 각 샤드에 여러 노드를 운영하여, 각 노드가 해당 샤드 내 트랜잭션과 상태를 유지하고 처리합니다.
크로스-샤드 통신: 크로스-샤드 통신 프로토콜을 통해 서로 다른 샤드 간 데이터 일관성과 트랜잭션의 전역 순서를 보장합니다. 크로스-샤드 통신은 크로스-샤드 메시지 전달 및 크로스-샤드 잠금 메커니즘을 통해 구현할 수 있습니다.
병렬 처리: 각 샤드 내 노드는 해당 샤드 내 트랜잭션을 독립적으로 처리할 수 있으며, 동시에 여러 샤드가 병렬로 작동함으로써 전체 시스템의 병렬 처리 능력을 실현합니다.

3. 주요 프로젝트

3.1 Monad: 자체 병렬 EVM을 갖춘 L1

Monad은 EVM 기반의 1층(Layer 1) 블록체인 프로젝트로, 고유한 기술적 특징을 통해 블록체인의 확장성과 트랜잭션 속도를 획기적으로 향상시키는 것을 목표로 합니다. Monad는 초당 최대 10,000건의 트랜잭션을 처리할 수 있으며, 1초의 블록 시간과 즉각적인 최종성을 제공합니다. 이러한 고효율 성능은 독특한 Monadbft 합의 메커니즘과 이더리움 가상 머신(EVM)과의 호환성 덕분입니다.

Monad에서의 병렬 EVM 적용:

1. 병렬 실행 구현

낙관적 실행 방법: 이전 트랜잭션이 완료되기 전에 후속 트랜잭션의 실행을 시작하는 것으로, 때때로 실행 결과가 잘못될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 Monad는 트랜잭션 실행 중 사용된 입력 값을 추적하고 이를 이전 트랜잭션의 출력과 비교합니다. 차이가 발견되면 해당 트랜잭션은 재실행되어야 함을 의미합니다.
정적 코드 분석: Monad는 정적 코드 분석기를 사용해 실행 중 트랜잭션 간 의존 관계를 예측하여 무효한 병렬 실행을 방지합니다. 최상의 경우, Monad는 많은 의존 관계를 사전에 예측할 수 있으며, 최악의 경우에는 단순 실행 모드로 되돌아갑니다.

2. Monadbft 합의 메커니즘

고효율 커뮤니케이션: BLS 서명 페어링을 활용하여 확장성 문제를 해결하며, 서명을 점진적으로 하나의 서명으로 집계하여 공개 키와 관련된 공유 메시지가 서명되었음을 입증합니다.
혼합 서명 방식: BLS 서명은 투표 및 타임아웃과 같은 집계 가능한 메시지 유형에만 사용되며, 메시지의 무결성과 진위성은 여전히 ECDSA 서명에 의해 보장됩니다.

3. 지연 실행

높은 오류 허용성: 실행이 합의 속도만 따라가면 되므로, 특정 연산 시간의 변동에 대해 더 관대한 특성을 가집니다.
Merkle 루트 지연: 상태 머신 복제를 보장하기 위해 Monad는 블록 제안에 d개의 블록을 지연시킨 Merkle 루트를 포함합니다. 이는 노드의 실행 오류 또는 악의적 행동이 있더라도 전체 네트워크의 일관성을 보장합니다.

현재 Monad의 병렬 EVM은 초당 10,000건의 트랜잭션 처리를 지원하며, 블록 시간은 1초에 불과하고 PoS 메커니즘을 사용하여 네트워크 보안과 에너지 효율성을 강화하며, 2024년 3분기에 메인넷 출시가 예정되어 있습니다.

공식 계정은 트위터에서 이미 28.3만 명의 팔로워를 확보하며 열정적이고 활발한 커뮤니티를 이끌고 있습니다. 특히 이더리움 커뮤니티는 곧 출시될 Monad에 매우 기대감을 갖고 있으며, 이는 Monad가 초기 관심과 채택을 빠르게 얻을 수 있는 유리한 위치를 점하게 합니다.

프로젝트 배경 측면에서, Monad Labs는 2023년 2월과 올해 4월 두 차례에 걸쳐 펀딩을 완료했습니다. 올해 4월 9일, Paradigm이 리드하여 2억 2500만 달러의 펀딩을 마쳤으며, Electric Capital 등이 참여했습니다. 2023년에는 Dragonfly Capital이 리드한 1900만 달러의 시드 라운드를 완료했으며, Placeholder Capital, Lemniscap, Shima Capital, Finality Capital, 앤절 투자자 Naval Ravikant, Cobie, Hasu 등이 함께 참여했습니다.

Monad 팀은 블록체인 분야의 최정상급 프로젝트 출신으로 구성되어 있으며, 강력한 기술팀과 자금 지원을 보유하고 있습니다. 공동 창립자이자 CEO인 Keone Hon은 이전에 Jump Trading에서 고빈도 거래 부문을 이끌었습니다. MIT 졸업생입니다. 또 다른 공동 창립자 James Hunsaker 역시 Jump Trading의 선임 소프트웨어 엔지니어이며, 아이오와 대학교 출신입니다. 또한 COO이자 공동 창립자인 Eunice Giarta는 기존 금융기술(FinTech) 분야에서 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. Eunice는 Shutterstock에서 결제 및 인프라 라이선싱 부문을 담당했으며, Broadway Technology에서 기업 거래 시스템 구축을 위한 개발팀을 이끌었습니다.

3.2 SEI Network: 자체 병렬 EVM을 갖춘 L1, V2 버전에서 병렬 EVM을 본격 도입

SEI Network는 탈중앙화 금융(DeFi) 인프라에 집중하는 1층(Layer 1) 블록체인으로, 주로 주문장(order book) 개발에 초점을 맞추고 있습니다.

병렬 EVM 메커니즘을 도입함으로써 SEI Network는 주문 매칭을 병렬로 수행하여 고속도, 저비용, 다양한 거래 애플리케이션을 지원하는 전용 기능을 실현합니다. Sei의 평균 블록 생성 시간은 0.46초이며, 80개 이상의 애플리케이션이 존재합니다.

SEI Network에서의 병렬 EVM 적용:

스마트 블록 전파 및 낙관적 블록 처리: 관련 트랜잭션 해시값을 모두 제공함으로써 트랜잭션 처리 시간을 가속화하고, 지연을 줄이며 처리량을 증가시킵니다.
네이티브 주문 매칭 엔진: 현재 일반적으로 사용되는 자동화 마켓메이커(AMM) 시스템과 달리, SEI는 체인 상 주문장을 사용하여 특정 가격의 매수 및 매도 주문을 매칭합니다. Cosmos 기반의 모든 탈중앙화 애플리케이션(dApp)은 SEI의 주문장과 유동성에 접근할 수 있습니다.
빈번한 일괄 경매(FBA): 트랜잭션을 묶어 일괄 처리하고, 각 블록 내에서 주문을 동시에 실행함으로써 프론트런과 MEV를 방지합니다.

SEI Network는 현재 자체 네이티브 토큰 SEI를 발행했습니다. Sei Network 생태계 내에서 SEI 토큰은 다음과 같은 다양한 역할을 수행합니다:

트랜잭션 수수료: Sei 네트워크에서 발생하는 트랜잭션 수수료를 지불하는 데 사용됩니다. 이러한 수수료는 검증자의 인센티브로 활용되며, 네트워크 보안에도 기여합니다.
스테이킹: 사용자는 SEI 토큰을 스테이킹하여 보상을 받고, Sei 네트워크의 전반적 보안을 강화할 수 있습니다.
거버넌스: SEI 토큰 홀더는 Sei 네트워크 거버넌스에 적극적으로 참여할 수 있습니다. 여기에는 제안에 대한 투표 및 검증자 선출이 포함됩니다.

SEI의 총 토큰 공급량은 100억 개이며, 이 중 51%는 Sei 커뮤니티에 할당됩니다. 그 중 48%는 생태계 예비금으로, 스테이킹 보상, 기여자, 검증자 및 개발자에게 지급됩니다. 나머지 3%(즉, 3억 개의 SEI)는 1차 에어드랍용으로 지정되며, 나머지 부분은 프라이빗 투자자, 재단 및 Sei 팀에 배분됩니다.

5월 30일 기준, SEI 토큰 가격은 $0.5049이며, 시가총액은 $1,476,952,630으로 암호화폐 순위에서 63위를 차지하고 있습니다. 24시간 거래량은 $78,970,605이며, 시장 참여도가 높습니다.

SEI Network의 현재 TVL은 1800만 달러이며, 총 펀딩 규모는 약 5500만 달러입니다. FDV는 82억 달러이며, 공식 트위터 계정은 66.6만 명의 팔로워를 보유하고 있습니다.

SEI Network의 공동 창립자 Jeff Feng은 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스를 졸업했습니다. Coatue Management의 벤처캐피탈에 진입하기 전, 골드만삭스에서 3년간 기술 투자은행가로 근무했습니다. 또 다른 공동 창립자 Jayendra는 UCLA를 졸업했으며, 페이스북에서 소프트웨어 엔지니어 인턴을 지냈습니다.

3.3 Eclipse: 중도파, SVM을 이더리움 생태계에 도입한 L2

Eclipse는 이더리움 기반의 차세대 낙관형 레이어 2 솔루션으로, 솔라나 가상 머신(SVM)이 구동합니다. SVM을 이더리움 생태계에 도입함으로써 이더리움의 정산, 솔라나 가상 머신(SVM)의 실행, Celestia의 데이터 가용성, RISC Zero의 제로지식 증명 등을 결합하여 대규모 병렬 실행 환경을 제공합니다. 이를 통해 여러 작업을 동시에 수행할 수 있어 네트워크 처리량과 효율성이 향상되고, 혼잡과 트랜잭션 수수료가 감소합니다. 이러한 구조를 통해 Eclipse는 dApp의 확장성과 사용자 경험을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

Eclipse의 주요 특징

1. 높은 트랜잭션 처리량:

Eclipse는 SVM과 병렬 실행 기술을 활용하여 극도로 높은 트랜잭션 처리 능력을 실현하며, 수천 건의 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있습니다.

2. 즉각적인 최종성:

파이프라인 합의 메커니즘을 통해 각 블록 내 트랜잭션의 즉시 완료와 최종성을 실현합니다.

3. 이더리움 호환성:

Eclipse는 이더리움 가상 머신(EVM)과 완벽하게 호환되므로, 개발자들이 기존 이더리움 애플리케이션을 쉽게 Eclipse로 이식할 수 있습니다.

4. 데이터 가용성:

Celestia의 데이터 가용성 솔루션을 활용하여 고처리량을 유지하면서 데이터의 안전성과 검증 가능성을 보장합니다.

5. 제로지식 증명:

RISC Zero 기술을 도입하여 제로지식 사기 증명을 구현함으로써 시스템의 효율성과 보안을 강화합니다.

Eclipse에서의 병렬 EVM 적용

Eclipse는 Solana 가상 머신(SVM)을 통합함으로써 병렬 EVM을 실현하며, 이 기술은 트랜잭션 처리 속도와 효율성을 크게 향상시킵니다.

1. 병렬 실행:

기술 원리: Eclipse는 SVM의 Sealevel 런타임을 사용하며, 이 런타임은 겹치지 않는 상태를 가진 트랜잭션들의 병렬 실행을 허용하여 순차 실행 대신 병렬 처리를 가능하게 합니다.
구현 방식: 각 트랜잭션이 실행 중 읽거나 쓸 모든 상태를 명확히 설명함으로써, SVM은 겹치는 상태가 없는 트랜잭션을 병렬로 처리할 수 있어 처리량을 크게 향상시킵니다.

2. 이더리움 호환성:

Neon EVM 통합: EVM 호환성을 실현하기 위해 Eclipse는 Neon EVM을 통합합니다. 이를 통해 Eclipse 메인넷이 이더리움 바이트코드와 Ethereum JSON-RPC를 지원할 수 있습니다.
로컬 수수료 시장: 각 Neon EVM 인스턴스는 자체 로컬 수수료 시장을 가지며, 애플리케이션은 자체 컨트랙트를 배포함으로써 앱 체인의 모든 장점을 누릴 수 있으며, 사용자 경험, 보안, 유동성에 영향을 주지 않습니다.

3. 모듈화 롤업 설계:

인프라 계층: Eclipse는 dApp 특화 레이어 3 롤업을 지원함으로써 고성능과 확장성을 실현하는 레이어 3 생태계의 인프라 계층이 되는 것을 목표로 합니다.
간단히 말해, Eclipse의 설계 논리는 트랜잭션 실행은 솔라나의 SVM에서, 트랜잭션 정산은 여전히 이더리움에서 이루어진다는 것입니다.

프로젝트 배경 측면에서, Eclipse는 2022년 9월 1500만 달러의 펀딩을 완료했으며, Polychain, Polygon Ventures, Tribe Capital, Infinity Ventures Crypto, CoinList 등이 투자했습니다. 또한 올해 3월 11일에는 Placeholder와 Hack VC가 공동 리드한 5000만 달러의 A 라운드 펀딩을 마쳤으며, 현재까지 총 펀딩 규모는 6500만 달러에 달합니다.

Eclipse 공동 창립자이자 CEO인 Neel Somani는 Airbnb, Two Sigma, Oasis Labs 등 다수의 회사에서 경력을 쌓았으며, 최고 비즈니스 책임자(CBO)인 Vijay는 이전에 Uniswap과 dYdX 팀의 사업 개발 책임자였습니다.