Aptos: 차세대 고성능 퍼블릭 블록체인 심층 분석
저자: Mark丨Stewart丨Mavis丨Jason丨Ryan丨Luiz, 퍼스트클래스仓
번역: TechFlow
투자 개요
Aptos는 2021년 말에 시작된 공개 블록체인 프로젝트이다.
팀 측면에서 보면 Aptos의 핵심 팀은 Meta가 이전에 개발했던 블록체인 프로젝트 Diem(이전 이름은 스테이블코인 프로젝트 Libra) 및 Novi와 깊은 연관이 있다. Meta가 규제 압력을 받아 블록체인 분야의 탐색을 포기한 후, 원래 개발팀의 몇몇 주요 구성원들이 Aptos라는 공개 블록체인 프로젝트를 창업하게 되었다.어떤 의미에서는 Aptos를 Meta가 블록체인 분야에서 유산을 계승하는 일원으로 볼 수 있으며, Meta는 업계 최고의 소프트웨어 개발 회사로서 블록체인 개발을 위해 축적한 인재풀 자체가 매우 우수한 학문적 배경과 신뢰할 수 있는 기술 개발 능력을 갖추고 있다. 또한 Aptos 프로젝트의 규모가 점점 확대됨에 따라 이후 발전에도 매우 좋은 팀 기반이 마련되었다.
자금 측면에서 보면 2024년 11월 7일 기준으로 Aptos는 총 6차례의 펀딩을 완료했다. 이미 공개된 펀딩 정보에 따르면 Aptos는 2022년 메인넷 출시 전 27.5억 달러의 평가액으로 3.5억 달러를 조달했으며, 이후 전략적 펀딩으로 금액이 공개되지 않은 추가 4라운드를 진행했다. Aptos의 투자자들은 모두 업계 일선 벤처 캐피탈로 Binance Labs, Dragonfly Capital, A16z, Multicoin Capital, Circle, Coinbase Ventures 등이 포함된다. 최근 라운드의 펀딩은 2024년 9월 19일에 완료되었으므로 프로젝트 자체의 자금 사정이 여전히 넉넉할 것으로 추정된다.
제품 및 기술 측면에서 보면 Aptos는 확장성, 보안성, 안정성 및 업그레이드 가능성을 핵심 목표로 하는 스마트 계약 플랫폼 구축을 지향하며, 이를 위해 Move 프로그래밍 언어, Diem BFT 합의 알고리즘, Block-STM 병렬 실행 엔진 및 효율적인 노드 동기화 방식을 기반으로 하고 있다. 확장성과 보안성을 동시에 추구하면서도 Aptos는 탈중앙화 정도 면에서 다소 타협을 선택했는데, Aptos의 노드 수가 적고 진입 장벽이 높아 일정한 중심화 리스크가 존재하지만,그 대신 즉각적으로 뛰어난 성능을 실현하고 있다. 메인넷 출시 이후 Aptos는 정점 TPS가 12,000 이상까지 도달했으며, 하루에 3억 건 이상의 트랜잭션을 처리한 바 있고, 트랜잭션 지연 시간은 1초 이내로 낮춰졌으며, 그 과정에서 트랜잭션 지연이나 네트워크 다운 등의 장애가 발생하지 않았다. 이는 성능의 효율성과 안정성을 입증한다. 또한 거래 비용 측면에서도 Aptos는 우수한 가스 요금 체계 설계를 통해 사용자의 가스 지출을 크게 줄였으며, 생태계 내 DeFi 또는 기타 애플리케이션 프로젝트들의 발전을 위한 공간을 넓혔다.
프로젝트 발전 측면에서 보면 현재 Aptos는 양호한 상태이며 특히 2024년 3분기 이후 활성 주소 수가 꾸준히 증가하며 일정한 접착성을 유지하고 있으며, 거래량도 명확하게 증가하였다. 8월 15일에는 하루 거래량이 3억 건을 초과하는 기록을 세웠으며, 정점 TPS는 거의 13,000에 달해 Aptos 블록체인의 우수한 성능을 간접적으로 입증했다. 생태계 측면에서 보면 Aptos의 영역도 계속 확장되고 있으며, 폭과 깊이를 겸비하고 있는데, 특히 DeFi, 게임, 소셜 등 분야가 향후 Aptos 확장의 기반이 될 가능성이 있다. 동시에 Aptos는 마이크로소프트, Google, 알리바바, 아마존, 한국 롯데, SKT 등 전통 기업들과 긴밀한 기술 및 상업 협력 관계를 유지하고 있다. 더불어 2024년 10월 말에는 USDT가 본격적으로 Aptos에 상장되며, Aptos에 더 많은 유동성을 가져오고 생태계 잠재력을 더욱釋放할 가능성이 있다.
토큰 경제학 측면에서 보면 APT 토큰은 주로 Aptos 네트워크의 애플리케이션 토큰으로서 네트워크 합의, 거버넌스, 가스 요금 지불 및 생태계 발전 촉진에 사용된다. 현재 발행된 APT 토큰은 주로 Aptos 재단이 보유하고 있으며, 향후 프로젝트 운영 및 생태계 구축을 위해 사용될 예정인데, 이는 Aptos가 미래 생태계 발전에 대한 중시를 반영하며 향후 공개 블록체인 생태계 발전에 더 많은 가능성을 부여한다.
산업군 측면에서 보면 Aptos가 속한 공개 블록체인 분야는 여러 차례의 호황과 불황 사이클과 블록체인 기술 발전을 거치면서 시장의 요구가 점점 명확해졌으며, 각 프로젝트들 사이의 공개 블록체인에 대한 이해도 점점 심화되었다. 우리는 공개 블록체인의 기본 합의와 성능이 생태계 프로젝트들이 번성할 수 있는 뿌리이며, 생태계의 번영은 그 위에 맺히는 열매라는 것을 알 수 있다. 훌륭한 공개 블록체인은 반드시 견고한 핵심 기술을 갖춰야 좋은 열매를 맺을 수 있으며, 동시에 열매 역시 충분히 화려해야 시장의 궁극적인 인정을 받을 수 있다. 세 가지 요소 중 어느 하나도 빠질 수 없다. 현재 Aptos는 우수한 아키텍처 설계를 통해 생태계 번성을 위한 뿌리를 잘 내렸으며, 토큰 경제학과 생태계 구축 계획을 활용하여 생태계 씨앗에게 물을 잘 주었고, 이제 후속 생태계 프로젝트의 발전을 통해 화려한 열매를 맺기를 기다리는 단계이다. 공개 블록체인 경쟁 측면에서 보면 현재 이더리움과 솔라나가 여전히 1티어에 위치해 있으며, Aptos와 Sui는 전자 두 프로젝트와 비교해 성능을 제외한 모든 측면에서 큰 격차를 보이고 있어 일정한 시간이 필요하다. Aptos와 Sui는 같은 Meta 계열에서 나왔으며 동일한 언어로 개발되어 성능 면에서 서로 밀리지 않는다. 그러나 두 생태계의 발전 선호도가 다르기 때문에 현재 시장 인지도에 차이가 있다. 우리는 향후 Aptos 생태계 구조가 완전히 정비되고 시장의 주목을 받는 생태계 프로젝트들이 등장함에 따라 Aptos는 후발주자의 강세를 보일 잠재력과 매우 높은 성장 한계를 가질 것이라 생각한다.
1. 기본 개요
1.1 프로젝트 개요
Aptos는 2021년 말에 시작된 공개 블록체인 프로젝트로, Meta가 블록체인 분야에서 탐색한 일부 성과를 계승하였으며, 매우 우수한 팀과 펀딩 라인업을 보유하고 있다. 메인넷 출시 이후 Aptos는 실제로 자신의 효율성과 안정성을 입증했으며, 앞으로 오랫동안 준비해온 생태계 구조를 바탕으로 더 큰 발전을 이룰 수 있을 것이다.
1.2 기본 정보
2. 프로젝트 상세 설명
2.1 팀
현재 확인 가능한 정보에 따르면, Aptos의 핵심 개발팀인 Aptos Lab은 북미 캘리포니아주에 주로 위치하고 있으며, 전 세계에 걸쳐 직원을 고용하고 있으며, 전체 인원은 100명 이상으로 추정된다. 링크드인 자료에 따르면 현재 Aptos 관련 인원은 225명이며, Aptos 백서에 따르면 2022년 메인넷 출시 전 누적 350명 이상의 개발자가 Aptos 개발에 참여했다. 공식 홈페이지에 따르면 현재 Aptos 리더십 팀에는 16명의 창립 멤버와 12명의 부서 책임자가 있으며, 주요 인물의 소개는 다음과 같다:
Aptos 핵심 팀원들의 이력을 종합하면 대부분 Meta가 개발했던 블록체인 프로젝트 Diem(이전 이름은 스테이블코인 프로젝트 Libra) 및 Novi와 깊은 연관이 있음을 알 수 있다. Meta가 규제 압력을 받아 블록체인 분야의 탐색을 포기한 후, 원래 개발팀의 몇몇 주요 구성원들이 Aptos라는 공개 블록체인 프로젝트를 창업하게 되었다. 어떤 의미에서는 Aptos를 Meta가 블록체인 분야에서 유산을 계승하는 일원으로 볼 수 있으며, Meta는 업계 최고의 소프트웨어 개발 회사로서 블록체인 개발을 위해 축적한 인재풀 자체가 매우 우수한 학문적 배경과 신뢰할 수 있는 기술 개발 능력을 갖추고 있다. 또한 Aptos 프로젝트의 규모가 점점 확대됨에 따라 이후 발전에도 매우 좋은 팀 기반이 마련되었다.
2.2 자금
표 2-1 Aptos 펀딩 현황
2024년 11월 7일 기준으로 Aptos는 총 6차례의 펀딩을 완료했다. 이미 공개된 펀딩 정보에 따르면 Aptos는 2022년 메인넷 출시 전 27.5억 달러의 평가액으로 3.5억 달러를 조달했으며, 이후 전략적 펀딩으로 금액이 공개되지 않은 추가 4라운드를 진행했다. Aptos의 투자자들은 모두 업계 일선 벤처 캐피탈로 Binance Labs, Dragonfly Capital, A16z, Multicoin Capital, Circle, Coinbase Ventures 등이 포함된다. 최근 라운드의 펀딩은 2024년 9월 19일에 완료되었으므로 프로젝트 자체의 자금 사정이 여전히 넉넉할 것으로 추정된다.
2.3 코드
그림 2-1 Aptos 코드 커밋 현황
그림 2-2 Aptos 코드 기여자 현황
Aptos의소스 코드는Github에서 오픈소스로 공개되고 있다. 2024년 11월 7일 기준으로 위 그림을 보면 Aptos 코드는 지속적으로 업데이트되고 있으며, 커밋 횟수는 총 40,223회에 달하고, 개발자 수는 최대 70명 이상이었으며, 현재는 약 50명 정도이다. 프로젝트 개발은 세 차례의 정점기를 경험했다. 첫 번째 정점기는 2022년 3분기에 발생했는데, 인센티브 테스트넷 및 메인넷 출시 전 개발 준비 작업과 관련이 있다. 두 번째 정점기는 2023년 3분기에 발생하여 Move 언어 및 새로운 온체인 아이덴티티 솔루션 개발과 관련이 있다. 세 번째 정점기는 2024년 2분기에 발생하여 새로운 자산 표준 및 합의 프로토콜 개발과 관련이 있다. 전반적으로 보면 Aptos의 개발 속도는 비교적 안정적이며, 명백한 개발 정체 현상이 나타나지 않았기 때문에 향후 기술 개발 잠재력도 여전히 뛰어날 것으로 기대된다.
2.4 제품과 기술
Aptos는 확장성, 보안성, 안정성 및 업그레이드 가능성을 주요 원칙으로 설계된 공개 블록체인 프로젝트로, Web3에 메인스트림 애플리케이션을 제공함으로써 탈중앙화 방식으로 현실 세계 사용자의 핵심 문제를 해결하는 것을 목표로 한다. Aptos의 원칙과 비전을 중심으로 프로토콜의 합의, 스마트 계약 설계, 시스템 보안, 성능 및 탈중앙화 측면에서 독특한 설계를 하였다.
2.4.1 목표 비전 및 기술 프레임워크
Aptos의 목표는 확장성, 보안성, 안정성 및 업그레이드 가능성을 갖춘 스마트 계약 플랫폼을 구축하는 것이며, 이 목표는 공개 블록체인의 '불가능 삼각형' 문제에 대한 이해와 대응을 내포하고 있다. 공개 블록체인의 '불가능 삼각형' 문제란 이더리움 창립자 Vitalik Buterin이 제안한 것으로, 공개 블록체인이 확장성(Scalability), 탈중앙화(Decentralization), 보안(Security)을 동시에 달성할 수 없으며, 세 가지 중 두 가지만 선택할 수 있다는 것이다.
간단히 말해 이더리움과 비트코인은 탈중앙화와 보안을 추구하면서 확장성을 희생한 것이다. 솔라나 등 새로운 공개 블록체인은 극한의 확장성을 추구하나 탈중앙화와 보안이 다소 미흡하다. 반면 Aptos 백서 및 Medium 글에서는 목표를 설명할 때 항상 '확장성, 보안성, 안정성 및 업그레이드 가능성'이라는 표현을 사용하며, 탈중앙화를 언급하지 않고 있는데, 이는 프로젝트의 전체 아키텍처 설계 및 기술 개발 측면에서의 선택을 반영한다.
표 2-2 Aptos 목표 및 해당 기술 수단
Aptos 백서에 따르면 기술 프레임워크의 핵심 원칙은 다음과 같다:
1) 새로운 스마트 계약 프로그래밍 언어인 Move를 통해 빠르고 안전한 트랜잭션 실행을 실현한다.
2) 파이프라이닝 및 병렬 응용 프로그램을 통해 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 달성한다.
3) Block-STM 병렬 엔진을 통해 임의의 복잡한 트랜잭션 처리를 지원한다.
4) 빠른 지분 기반 검증자 교체를 통해 성능과 탈중앙화를 최적화하고 평판 추적을 실현한다.
5) 업그레이드 가능성과 구성 가능성은 1차 원칙으로, 새로운 기술과 새로운 사용 사례를 수용한다.
6) 모듈화 설계를 통해 구성 요소 수준의 테스트를 가능하게 하여 보안성과 운용성을 향상시킨다.
위에서 언급된 핵심 기술들에 대해 아래에서 어느 정도 설명을 제공하겠다.
2.4.2 Move 프로그래밍 언어
2021년 Meta 산하 Diem 프로젝트 팀의 글 《왜 Move를 개발해야 하는가》에서는 블록체인에서 프로그래밍 언어의 활용에 대해 설명하며 블록체인의 상태와 변환의 정확한 표현은 프로그래밍 언어를 통해 이루어진다고 했다. 여기서 상태란 일반적으로 자산 가치, 자산 저장 위치 및 자산 소유권을 의미하며, 변환이란 누가 자산을 생성/소각/이동할 수 있는지, 어떤 상태 변환이 허용되는지, 자산 변환 규칙은 무엇인지 등을 말한다.
블록체인 자체의 특수성 때문에 프로그래밍 언어는 블록체인의 상태와 변환을 정확하게 표현할 뿐 아니라 결정성(Determinism), 밀폐성(Sealing), 계량성(Measurability)도 만족시켜야 한다:
결정성이란 블록체인이 상태 머신 복제를 통해 합의를 이루기 때문에 프로그래밍 언어는 높은 수준의 결정성을 가져야 하며, 검증자 노드들이 상태의 일관성을 유지할 수 있도록 해야 한다는 것이다. C 언어처럼 메모리 보안성이 결여되거나 Java처럼 정의되지 않은 의미론적 연산을 허용하는 일반 프로그래밍 언어는 안전하고 정확하게 상태 머신 복제를 수행할 수 없기 때문에 블록체인에서는 사용할 수 없다.
밀폐성이란 블록체인 메시지 전달의 진실성을 보장하기 위해 트랜잭션 실행 입력이 엄격하게 제한되어야 한다는 것이다. 블록체인에서는 프로그램이 전역 상태 또는 현재 트랜잭션에서만 입력을 받을 수 있으며, 외부 소스 참조는 네트워크 합의 형성에 영향을 미칠 수 있다. 왜냐하면 다른 검증자는 외부 정보로부터 서로 다른 입력을 받을 수 있기 때문이다.
계량성이란 네트워크가 지속적으로 트랜잭션을 처리할 수 있도록 보장하기 위해 매 상태 전환마다 자원 소비 상한을 설정해야 한다는 것이다. 즉, 가스 함수다. 가스 함수가 나타내는 계량 능력은 대부분의 일반 언어에서 내장 구성 요소가 아니기 때문에 블록체인에 계량성을 제공하기 위해 전용 프로그래밍 언어가 필요하다.
블록체인에 필요한 결정성, 밀폐성, 계량성을 실현하고 블록체인 운영의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 Rust 등의 프로그래밍 언어에서 영감을 받아 Move 프로그래밍 언어는 '자원(Resource)'과 '모듈(Module)' 개념을 도입했다.
Move는 자원에 관한 언어로, 자원은 특정 유형의 값을 설명하며, Move에서 어떤 자산이든 자원으로 표현하거나 자원에 저장할 수 있다. 또한 자원은 희소성을 가지며, 각 자원은 수명 주기, 저장 및 접근 패턴이 정의되어 있어 토큰과 같은 자원이 무작위로 생성되거나 소각되지 않도록 보장하며, 중복 호출도 불가능하게 만들어 블록체인 자산의 보안성을 확보한다.
모듈은 데이터 유형과 프로그램을 포함하는 Move 코드로, 모듈을 선언한 계정 주소와 모듈 이름으로 식별되며 자산 생성, 저장 또는 이동에 사용된다. Move의 모듈은 '접근 제어' 기능을 강조한다. 모듈은 개인 모듈과 공개 모듈로 나뉘며, 개인 모듈은 다른 모듈에서 접근할 수 없고 정의된 모듈 내에서만 수정할 수 있다. 공개 모듈은 다른 모듈에서 접근할 수 있으며 공개 접근자를 통해 접근할 수도 있다. 개인 및 공개 모듈을 구분함으로써 Move의 보안성이 더욱 강화된다. 또한 동일한 계정 주소 하의 모듈은 동일한 패키지로 통합되며, 이 계정 주소의 소유자는 패키지를 하나의 단위로 체인에 배포할 수 있고, 패키지가 업그레이드 가능한지 여부를 선택할 수 있다. 소유자는 기존 함수와 자원을 변경하지 않는 조건에서 패키지 내에 새 함수와 자원을 추가할 수 있으므로 스마트 계약의 프로그래밍 가능성과 업그레이드 가능성을 향상시킨다. 모듈 외에도 Move에는 '트랜잭션 스크립트(Transaction Scripts)'라는 또 다른 형태의 프로그램이 있는데, 이는 임의의 수의 매개변수를 수락하지만 결과를 반환하지 않는 함수로, 주로 공개 모듈을 호출하여 전역 상태의 특정 변경을 실현하는 데 사용된다.
자원과 모듈의 설계를 통해 Move는 블록체인에 필요한 결정성, 밀폐성, 계량성을 만족시키는 기반 위에서 Aptos가 효율적이고 안전한 트랜잭션 실행 및 향후 코드의 지속적인 업데이트와 반복 개발을 가능하게 만들었다.
2.4.3 Diem BFT 합의 알고리즘
합의 메커니즘(또는 합의 프로토콜 또는 합의 알고리즘)은 분산 시스템(컴퓨터 네트워크)이 협력하여 작동하고 안전하게 장부를 기록하는 메커니즘이다. 보다 구체적으로는 검증자 그룹 내에서 블록(트랜잭션) 순서 정렬 및 확인 메커니즘이다.
다른 블록체인은 목표에 따라 다른 방법을 채택할 수 있다. 비트코인은 작업 증명(PoW) 메커니즘을 사용하여 노드가 대량의 계산을 수행하고 무작위 숫자를 충돌시켜 장부 작성 권한을 할당한다. PoW는 탈중앙화 정도가 가장 높지만 자원 소모가 가장 크며, 성능 효율이 비교적 낮다. 초기 지분 증명(PoS)은 노드가 보유한 토큰의 비율과 시간에 따라 채굴 난이도를 낮추고 무작위 숫자를 찾는 속도를 빠르게 한다. PoS는 탈중앙화 정도를 낮추고 자원 소모를 줄이며 성능 효율을 향상시킨다.
Aptos는 BFT 메커니즘을 채택한다. Diem BFT는 Aptos가 개발한 프로덕션 수준의 저지연 비잔틴 장애 허용(BFT) 엔진이다. 이 합의 프로토콜은 HotStuff의 파생 버전이며, HotStuff는 Diem가 처음 사용했던 기본 합의 프로토콜이다. 효율성을 높이기 위해 BFT 메커니즘은 합의 및 검증에 참여하는 노드 수가 임계값에 도달하면 되며, Diem BFT의 총 검증 노드는 ≥ 3f + 1이며, 최대 f개의 오류 검증자가 존재할 수 있다. 즉, ≥ 2f + 1개의 노드가 검증을 완료하면 확인이 가능하다.
지난 몇 년 동안 Diem BFT는 프로토콜의 네 번째 반복을 시행했는데, 주요 내용은 다음과 같다:
1) 블록 제출 시간이 단축되어 두 번의 네트워크 왕복만으로 제출이 가능하며, 아세컨드 수준의 최종 결정성을 실현했다.
2) 노드 평판 시스템을 추가하여 체인상 데이터를 확인하고 리더 교체를 자동으로 변경할 수 있게 했다. 검증자가 응답하지 않는 상황을 분석 판단할 수 있으며, 인공 개입이 필요하지 않다.
BFT 합의 하에서는 일반적으로 리더 교체 메커니즘을 사용하여 블록체인의 순서를 제안한다. 대부분의 교체 메커니즘은 리더의 상태를 고려하지 않기 때문에 고장 노드가 리더로 선택될 수 있으며, 고장 노드가 많아지면 블록체인의 속도에 영향을 준다.
Diem BFT는 리더 교체 메커니즘을 개선했으며, 노드 평판 시스템(State-Machine Replication, SMR)을 추가했다. 이 시스템은 노드의 활성과 유효성을 주목한다. 활성은 체인상 데이터를 확인하여 활성 노드를 추적하고 리더를 선출하는 것이다. 리더 노드가 공격을 받거나 네트워크 중단 중일 경우 과제를 수행할 수 없을 수 있지만, 체인상 평판 시스템은 빠르게 적절한 노드를 찾아 리더 역할을 수행하게 하여 네트워크에 광범위한 영향을 미치는 공격을 피할 수 있다.
또한 Aptos 프로토콜은 네트워크 활성과 보안을 명확히 구분한다. 만약 네트워크 연결 불가 또는 비보안 코어가 피해를 입는 경우라도 BFT 메커니즘의 정직성 보장이 유지되면 블록체인 포크가 필요하지 않다. 합의 프로토콜의 보안성은 감사 및 공식 검증을 거쳤다.
현재 Aptos는 차세대 합의 프로토콜 개발을 계속 진행하고 있으며, 2024년 9월 Aptos Labs 연구 책임자 Alexander Spiegelman은 곧 새로운 BFT 합의 메커니즘 프로토콜인 Raptr를 출시할 것이라고 발표했다. 이 프로토콜은 주요 DAG(방향성 비순환 그래프) 기술을 결합하여 네트워크에 더 높은 TPS를 제공하면서 최고 이론 지연을 유지할 수 있으며, 이번 합의 메커니즘 변경은 향후 두 단계에 걸쳐 Aptos 네트워크에 배포될 예정이다.
2.4.4 Block‑STM 병렬 실행 엔진
공개 블록체인의 시스템 성능을 설명할 때 일반적으로 사용하는 두 가지 지표는 처리량과 최종 결정성이다. 처리량(TPS)은 초당 처리되는 트랜잭션 수를 의미하며, 최종 결정성(Finality)은 클라이언트가 트랜잭션을 생성하고 제출한 후 상대방이 트랜잭션을 확인하는 데 걸리는 시간을 의미한다.
2024년 11월 12일 기준으로 메인넷 출시 이후 Aptos의 TPS는 최고 13,000에 가까웠으며, 하루 동안 3억 건 이상의 트랜잭션을 처리한 바 있으며, 최종 결정성은 1초 미만이며, 네트워크 지연이나 다운 등 문제가 발생하지 않았다. Aptos의 이론상 최대 TPS는 16만에 이를 것으로 예상된다.
이 모든 기록은 Aptos의 우수한 트랜잭션 처리 아키텍처 설계 덕분이다:
1) 합의 프로토콜과 트랜잭션 실행 완전 분리: 합의 프로토콜은 제안된 트랜잭션 순서를 수락한다. 검증자는 핵심 경로에서 벗어난 다른 프로토콜에서 트랜잭션을 실행하며, 최종 트랜잭션 순서 및 실행 결과에 대해 합의한다. 합의와 실행을 결합한 공통 의존성을 제거함으로써 더 높은 처리량과 지연 시간을 실현할 수 있다. Aptos Labs는 이러한 분리를 다음 프로토콜 반복에서 추진하고 있으며, 올해 말 테스트넷에 통합될 예정이다.
2) Block-STM병렬 실행 엔진: Aptos Labs는 Block-STM이라는 메모리 기반 스마트 계약 병렬 실행 엔진을 설계했다. STM은 소프트웨어 트랜잭션 메모리를 의미하며, 동기화 프로세스의 유연한 트랜잭션 프로그래밍을 지원하는 새로운 엔지니어링 방법이다.
이더리움에서는 이더리움 가상 머신(EVM)이 싱글 스레드이기 때문에 하나의 코어만 트랜잭션을 처리할 수 있다. 트랜잭션 피크 시기에 하나의 스레드만 있기 때문에 많은 트랜잭션이 밀리고 소화하는 데 오랜 시간이 걸려 트랜잭션 지연이 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 솔라나 등 새로운 공개 블록체인은 멀티 스레드 동시 처리를 시도했다. Aptos도 이 방식을 취했으며, 현재 테스트에 따르면 최대 32개의 스레드를 사용한다.
Aptos는 오픈소스 코드베이스에서 Block-STM을 구현했으며, Rayon, Dashmap 및 ArcSwap crates를 활용해 동시성을 달성하고 실행 효율성 테스트 평가를 수행했다. 그림 2-4에서 각 블록은 1만 건의 트랜잭션을 포함하며, 계정 수는 시스템 충돌과 경쟁 수준을 결정한다. 빨간선은 2개 계정, 노란선은 100개 계정, 파란선은 1만 개 계정, 검은선은 순차 실행을 나타낸다. 가로축은 다양한 스레드 수, 세로축은 TPS이다. 다양한 스레드 수와 다양한 계정 수 하에서 시스템의 TPS 성능은 달라진다.
그림 2-3 Block-STM의 다양한 스레드에서의 성능
위 그림에서 순차 실행의 TPS는 스레드 수에 영향을 받지 않으며, TPS는 모두 1만이다. 4개의 스레드일 때 Block STM의 최고 TPS는 4만이다. 16개의 스레드일 때 Block STM의 최고 TPS는 11만이다. 32개의 스레드일 때 Block STM의 최고 TPS는 16만이다. 병렬 엔진이 트랜잭션 속도를 높이는 것을 알 수 있으며, 사용자 수가 많을수록 32개 스레드의 장점이 더욱 두드러져 더 높은 TPS를 제공할 수 있다.
3) 신원 확인 데이터 구조 최적화: Merkle 트리를 영속 저장소에 기록함으로써 발생하는 확장성 문제를 해결하기 위해 Aptos는 인증된 데이터 구조를 개발하고 있으며, 확장 가능하고 데이터베이스 친화적인 솔루션을 목표로 한다. 이는 더 높은 분기 계수 평가, 액세스 패턴 최적화 캐싱 및 신중한 버전 관리를 통해 실현될 것이다.
2.4.5 노드 상태 동기화 방안
상태 동기화는 비검증 노드가 블록체인 데이터를 분배, 검증 및 영속화하고 생태계 내 모든 노드가 동기화되도록 하는 프로토콜이다. 대부분의 블록체인은 계층적 구조를 가지고 있으며, 네트워크 중심부에는 활성 검증자 집합이 있다. 검증자는 트랜잭션 실행, 블록 생성 및 합의 달성을 통해 블록체인을 발전시킨다. 네트워크의 다른 피어(예: 전체 노드 및 클라이언트)는 검증자가 생성한 블록체인 데이터(예: 블록 및 트랜잭션)를 복제한다.
그림 2-4 Aptos 노드 시스템
위 그림은 Aptos의 노드 시스템을 보여준다. 각 검증자 노드는 서로 연결되어 있으며, 전체 노드, 클라이언트 등 검증에 참여하지 않는 노드도 다른 기능을 담당한다. 이 과정에서 어떻게 노드 간 효과적인 동기화를 실현할지는 전체 블록체인에 매우 중요한 역할을 한다. 그 이유는 다음과 같다:
1) 데이터 정확성. 상태 동기화는 동기화 과정에서 모든 블록체인 데이터의 정확성을 검증하는 책임을 진다. 이를 통해 네트워크 내 악의적 피어나 공격자가 트랜잭션 데이터를 수정, 검열 또는 위조하여 유효한 것으로 표시하는 것을 방지할 수 있다.
2) 사용자 경험에 영향. 검증자가 새로운 트랜잭션을 실행할 때 상태 동기화는 데이터를 피어 및 클라이언트에 전파하는 책임을 진다. 상태 동기화가 느리거나 신뢰할 수 없다면 피어는 긴 트랜잭션 처리 지연을 인식하게 되며, 최종 결정 시간을 인위적으로 늘린다.
3) 합의 달성에 영향. 충돌하거나 다른 검증자 집합보다 뒤처진 검증자는 상태 동기화를 통해 속도를 회복한다. 상태 동기화가 합의 실행만큼 빠르게 트랜잭션을 처리하지 못한다면 충돌한 검증자는 복구할 수 없다. 새로운 검증자는 합의에 참여할 수 없으며, 전체 노드는 최신 상태로 동기화할 수 없다.
4) 탈중앙화 실현에 영향. 빠르고 효율적이며 확장 가능한 상태 동기화 프로토콜은 다음을 가능하게 한다:
A. 활성 검증자 집합의 빠른 교체를 가능하게 하며, 검증자가 자유롭게 합의에 들어오고 나갈 수 있도록 한다;
B. 네트워크에 더 많은 잠재적 검증자가 선택될 수 있도록 한다;
C. 더 많은 전체 노드가 짧은 대기 없이 빠르게 온라인 상태가 되도록 한다;
D. 자원 요구를 낮추고 이질성을 증가시킨다. 이러한 모든 요소는 네트워크의 탈중앙화를 증가시키며, 규모와 지리적 측면에서 블록체인을 확장하는 데 도움을 준다.
따라서 더 효율적인 상태 동기화를 실현하기 위해 Aptos는 다음과 같은 조치를 취했다:
1) 다양한 CPU 용량과 네트워크 대역폭에 맞는 다양한 상태 동기화 프로토콜을 지원한다. 노드는 필요에 따라 선택할 수 있으며, 이를 통해 더 많은 노드가 Aptos 시스템에 참여하도록 유도한다.
2) 저비용 전체 노드를 지원하여 트랜잭션과 그 실행 결과를 동기화할 수 있다. 일정 수의 검증자 서명을 통해 노드는 계산을 건너뛰고 이미 실행된 원장 상태 업데이트 결과에서 직접 가져올 수 있다.
3) 클라이언트는 최상위 트랜잭션 누산기를 사용하여 최신 제출된 트랜잭션을 가져올 수 있으며, 대부분의 블록체인처럼 전체 원장을 다운로드하지 않고도 최신 원장을 얻을 수 있다. 필요시 이전 트랜잭션 및 원장 역사에 대해 저렴한 트리밍이 가능하다.
효율적인 노드 상태 동기화 방안을 통해 Aptos의 처리량은 10배 증가했으며, 지연 시간은 3배 감소했고, 피어는 초당 1만 건 이상의 트랜잭션을 검증하고 동기화할 수 있다.
2.4.6 보안성 설계
Aptos는 Web3를 일반 대중에게 확장하는 것을 목표로 하기 때문에 사용자 트랜잭션 보안을 강조한다. 현재 블록체인 사기 사건이 빈번하게 발생하고 있으며, 사용자 트랜잭션 보안을 강화하기 위한 조치가 필요하다:
1) 트랜잭션 실행 가능성 보호
사용자가 트랜잭션을 할 때는 승인에 서명해야 한다. 때때로 사용자는 원하지 않는 트랜잭션에 무의식적으로 서명하거나 트랜잭션이 조작될 수 있다는 점을 충분히 고려하지 않을 수 있다. 이러한 위험을 줄이기 위해 Aptos는 각 트랜잭션의 실행 가능성을 제한하여 서명자가 무한한 유효성의 영향을 받지 않도록 보호한다. Aptos 블록체인은 현재 세 가지 다른 보호를 제공한다: 발신자 시퀀스 번호, 트랜잭션 만료 시간 및 지정된 체인 식별자.
각 발신자 계정에 대해 트랜잭션 시퀀스 번호는 한 번만 제출할 수 있다. 발신자가 자신의 계정 시퀀스 번호가 트랜잭션 시퀀스 번호보다 크거나 같다는 것을 발견하면, 해당 트랜잭션이 이미 제출되었거나(해당 시퀀스 번호가 다른 트랜잭션에 의해 사용되었기 때문에) 제출되지 않을 것이다.
블록체인 시간은 아세컨드 수준의 정밀도로 기록된다. 블록체인 시간이 특정 트랜잭션의 만료 시간을 초과하면, 해당 트랜잭션이 이미 제출되었거나 제출되지 않을 것이다.
각 트랜잭션에는 지정된 체인 식별자가 있으며, 악의적 당사자가 다른 블록체인 환경에서 트랜잭션을 반복하는 것을 방지한다.
2) 키 교체 및 하이브리드 관리 메커니즘
Aptos 계정은 키 교체를 지원하여 개인 키 유출, 원격 공격 및 기존 암호 알고리즘이 미래에 해독되는 위험을 줄인다. 사용자는 계정 개인 키 교체 권한을 하나 이상의 관리자 및 기타 신뢰할 수 있는 실체에 위임할 수 있으며, 이후 Move 모듈을 통해 전략을 정의하여 이러한 신뢰 실체가 특정 상황에서 키를 교체할 수 있도록 한다. 예를 들어 실체는 k-out-of-n 멀티서명 키를 가진 많은 신뢰 당사자들에 의해 보유될 수 있으며, 이를 통해 사용자 키 유실을 방지하기 위한 키 복구 서비스를 제공할 수 있다. 클라우드 백업, 소셜 복구 등 다른 키 복구 방식과 비교해 Aptos의 이러한 키 관리 방식은 체인상에서 이루어지며 더욱 투명하고 공개적이다.
3) 사전 서명 트랜잭션 투명성 향상
현재 지갑은 서명에 대한 투명성이
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