Walrus 해석: 수이(Sui)의 탈중앙화 스토리지 새로운 해법

2024.09.25

Walrus 해석: 수이(Sui)의 탈중앙화 스토리지 새로운 해법

Sui 개발팀이 출시한 독립형 PoS 체인, 새로운 거버넌스 토큰 WAL, 잠재적 에어드랍 기회

2024.09.25 - 11:36:49

WalrusSui

Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰

Sui 개발팀이 출시한 독립형 PoS 체인, 새로운 거버넌스 토큰 WAL, 잠재적 에어드랍 기회

글: Alex Liu, Foresight News

탈중앙화 스토리지 네트워크 Arweave가 컴퓨팅 레이어 AO를 출시하며 AR 토큰 가격과 생태계, 인기를 되살리는 데 성공했다. 일종의 반전 드라마였다. 그런데 Sui는 범용 컴퓨팅 체인이며, 이곳에서 새롭게 선보인 탈중앙화 스토리지 네트워크 Walrus는 어떤 파장을 일으킬까?

배경 소개

팀

Solana의 개발사 이름은 Solana Labs이며, Aptos의 개발사는 Aptos Labs이다. 마찬가지로 Sui의 개발사는 Mysten Labs(정말 특이한 이름이다). Mysten Labs의 대부분 창립자들과 직원들은 Facebook(현 Meta)이 해체한 블록체인 프로젝트 Diem 출신이다.

Walrus는 Mysten Labs가 '프로토콜 및 플랫폼' 카테고리에 새로 포함시킨 최신 제품으로, 탈중앙화 스토리지 네트워크다. Walrus는 영어로 '바다코끼리'라는 뜻이며, 공식 웹사이트에서는 "바다코끼리처럼 튼튼하게", "바다코끼리처럼 강한 적응력을 갖추도록"이라는 슬로건을 내세우며, 이 프로토콜이 저장 시스템으로서의 신뢰성과 가용성을 강조한다.

Sui와의 관계

Walrus는 Sui 위에서 구축되며, Sui를 이용해 저장 공간과 메타데이터 거래를 조율한다. 하지만 Walrus를 사용하기 위해 반드시 Sui 위에서 앱이나 제품을 개발할 필요는 없으며, 새로 도입되는 거버넌스 토큰 WAL은 유틸리티 토큰으로 사용되며, SUI는 아니다.

경쟁제품 비교

탈중앙화 스토리지 프로토콜은 일반적으로 두 가지 유형으로 나뉜다. 첫 번째 유형은 완전 복제(Full Replication) 시스템으로, Filecoin과 Arweave가 대표적인 경쟁자들이다. 이 방식의 주요 장점은 각 스토리지 노드가 파일 전체를 보유하므로, 특정 노드가 다운되더라도 파일에 쉽게 접근하고 이전할 수 있다는 점이다. 이러한 구성은 파일 복구를 위해 노드 간 상호 의존성이 필요 없기 때문에 무허가 환경을 가능하게 한다.

하지만 이 시스템의 신뢰성은 선택된 스토리지 노드의 견고함에 달려 있다. 고전적인 1/3 정적 공격자(static adversary) 모델과 무한한 후보 노드 풀을 가정할 때, '12개의 9'(즉, 파일 손실 확률이 10^-12 미만)이라는 보안 수준을 달성하려면 네트워크에 25개 이상의 복제본을 저장해야 하며, 이는 25배의 저장 오버헤드를 초래한다. 또한 시빌 공격(Sybil attack)의 위험도 존재하는데, 악의적인 행위자가 동일 파일의 여러 복제본을 보유하는 것처럼 가장하여 시스템의 무결성을 훼손할 수 있다.

두 번째 유형은 리드-솔로몬(Reed-Solomon, RS) 부호화 기술을 사용하는 탈중앙화 스토리지 서비스다. RS 부호화는 파일을 더 작은 단위(슬라이스)로 분할하며, 각 슬라이스는 원본 파일의 일부를 나타낸다. 슬라이스의 총 크기가 원본 파일보다 크면 원본 파일을 복원할 수 있다. 그러나 RS 부호화에도 단점이 있다. 인코딩과 디코딩 과정은 도메인 연산, 다항식 평가 및 보간(interpolation)에 의존하며, 계산 비용이 매우 크다. 도메인 크기와 슬라이스 수가 상대적으로 작을 때만 실용적이며, 이는 인코딩 가능한 파일 크기와 저장 노드 수를 제한한다. 그렇지 않으면 인코딩 비용이 급증하여 탈중앙화 정도가 제한된다. 또 다른 문제는 스토리지 노드가 다운되어 교체가 필요한 경우, 완전 복제 시스템과 달리 데이터를 한 노드에서 다른 노드로 단순히 복사할 수 없다는 점이다. RS 부호화 시스템은 기존 모든 저장 노드가 자신의 슬라이스를 교체 노드에게 전송한 후, 교체 노드가 손실된 슬라이스를 복원해야 한다. 이 과정은 O(|blob|)의 데이터 전송량을 발생시키며, 자주 수행될 경우 복제 감소로 얻은 저장 효율이 크게 저하된다.

스토리지가 직면한 도전 과제

어떤 복제 프로토콜을 사용하든, 기존 모든 탈중앙화 스토리지 시스템은 다음과 같은 두 가지 추가적인 도전 과제에 직면해 있다:

스토리지 노드가 데이터를 보유하고 있음을 지속적으로 검증하기 위한 '도전(challenge)'이 필요하다. 오픈형 탈중앙화 시스템에서 저장 대가를 지불하는 것은 필수적이지만, 현재 이 방법은 확장성을 제한한다. 왜냐하면 각 파일마다 별도의 도전이 필요하기 때문이다.
스토리지 노드 간 조정이 필요하다: 누가 시스템에 참여했는지, 어떤 파일이 저장 요금을 지불했는지, 참여 인센티브를 어떻게 설계할지, 도전 메커니즘을 어떻게 운영할지, 남용을 어떻게 방지할지를 결정해야 한다. 그래서 앞서 언급한 시스템들은 모두 자체 블록체인을 구현하여 트랜잭션을 처리하고, 저장 프로토콜 외부에 암호화폐를 도입하는 이유다.

핵심 혁신

이러한 도전 과제 아래, Walrus는 어떤 혁신을 통해 탈중앙화 스토리지에 새로운 해결책을 제시할 수 있을까?

간단히 말하면:

Walrus는 소거 코드(Erasure Coding) 기반의 혁신 기술을 도입하여, 비정형 데이터 블록을 빠르고 안정적으로 작은 조각으로 인코딩하고, 이를 스토리지 노드 네트워크에 분산 저장한다. 조각 중 최대 3분의 2가 손실되더라도 잔여 조각만으로도 원본 데이터를 빠르게 재구성할 수 있다. 이 방식은 복제 계수가 4~5배에 불과한 상태에서도 가능하며, 기존 클라우드 서비스 수준의 효율을 유지하면서도 탈중앙화와 광범위한 장애 복원력(fault resilience)이라는 장점을 제공한다.

구체적으로 설명하자면:

Walrus는 비잔틴 장애 허용(Byzantine Fault Tolerance)을 위해 설계된全新 2D 부호화 알고리즘 RedStuff를 도입했다. RedStuff는 분수 코드(fountain codes)를 기반으로 하며, 빠른 연산과 높은 신뢰성이라는 두 가지 장점을 결합한다.

RedStuff는 간단한 연산(XOR, 배타적 논리합)을 통해 데이터를 주 스라이스(primary slices)와 보조 스라이스(secondary slices)로 인코딩한다. 이 스라이스들은 스토리지 노드에 분산 저장되며, 각 노드는 고유한 조합을 보유한다. 차원별로 다른 복구 임계값을 설정하는데, 주 차원은 f+1 복구 임계값을 사용하여 비동기 쓰기를 가능하게 한다. 즉, 데이터 블록의 가용성을 증명하기 위해 2f+1 서명만 있으면 되며, 이는 이미 3배의 복제 계수를 형성한다.

보조 차원은 2f+1 복구 임계값을 사용하며, 이 설계는 비동기 저장 증명을 처음으로 실현하면서도 1.5배의 추가 복제만을 유도한다. 최종적으로 전체 복제 계수가 5배 미만이 된다. 더욱 중요한 것은, 손실된 스라이스를 손실된 데이터 양에 따라 복구할 수 있어 대역폭을 절약할 수 있다는 점인데, 이는 2D 부호화 덕분이다.

RedStuff의 장점은 다음과 같다: RS 부호화보다 단순한 XOR 연산을 사용하여 인코딩/디코딩 속도가 빠르며, 저장 오버헤드가 낮아 수백 개의 노드까지 확장 가능하고, 높은 회복성과 장애 허용 능력을 갖춰 비잔틴 장애 상황에서도 데이터 복구가 가능하다.

무허가 프로토콜로서 Walrus는 스토리지 노드의 자연 유출(natural churn)에 대응하기 위해 효율적인 위원회 재구성(committee reconfiguration) 프로토콜을 갖추고 있으며, 데이터의 지속적인 가용성을 보장한다. 새로운 위원회가 에포크 사이에 기존 위원회를 교체할 때, 재구성 프로토콜은 가용성 포인트(PoA)를 넘긴 모든 데이터 블록이 계속 가용하도록 한다. RedStuff의 2D 부호화 덕분에 상태 마이그레이션이 더욱 효율적이며, 일부 노드가 다운되더라도 다른 노드가 손실된 스라이스를 복구할 수 있다.

노드 1과 노드 3이 노드 4의 스라이스 데이터 복구를 돕는다.

Walrus는 노드가 데이터를 올바르게 저장하고 있는지 검증하기 위한 비동기 도전 프로토콜을 도입했다. 이 프로토콜은 효율적인 저장 증명을 가능하게 하며, 네트워크 가정에 의존하지 않고, 저장 파일 수에 따라 로그 스케일(logarithmic scaling)로 비용이 증가한다.

Walrus의 경제 모델은 스테이킹 기반으로, 보상과 처벌 메커니즘이 결합되어 있다. 저장 인증 메커니즘은 저장 파일 수에 따라 로그 스케일로 확장되어 파일 저장 증명 비용을 낮춘다.

요약하자면, Walrus는 RedStuff 프로토콜을 핵심으로 하여 확장 가능하고 탄력적이며 경제적으로 실현 가능한 탈중앙화 스토리지 솔루션을 제공하며, 합리적인 비용으로 높은 진실성, 무결성, 감사 가능성 및 가용성을 보장한다.

이 모든 것이 Sui가 Walrus의 제어 레이어 역할을 할 수 있었기에 가능했다. 확장 가능하고 프로그래머블하며 안전한 인프라를 조정 레이어로 활용함으로써, Walrus는 탈중앙화 스토리지의 핵심 문제에 집중할 수 있게 된 것이다.