a16z: “강화된 체인 품질”을 통해 모든 스테이커에게 블록 내 전용 공간을 제공
글쓴이: @ittaia, @PGarimidi, @jneu_net
번역: AididiaoJP, Foresight News
체인 품질(Chain Quality, CQ)은 블록체인의 핵심 속성 중 하나이다. 일반적인 용어로 설명하자면 다음과 같다:
당신이 전체 스테이킹 지분의 3%를 보유하고 있다면, 평균적으로 당신은 전체 블록 공간의 3%를 제어할 수 있다.
처리량이 낮은 초기 블록체인의 경우 체인 품질 개념은 충분히 적용 가능하였다. 그러나 현대 블록체인은 훨씬 더 높은 대역폭을 가지며, 단일 블록 내에도 다수의 트랜잭션을 포함할 수 있다.
이러한 현실은 보다 강력하고 세밀한 개념을 요구하게 되었다. 이 개념은 시간에 따른 평균 블록 공간 비율에만 초점을 맞추는 것이 아니라, 각 블록 내부에서 블록 공간이 어떻게 분배되는지를 고려한다. 이를 우리는 「강한 체인 품질(Strong Chain Quality, SCQ)」이라 부른다:
당신이 전체 스테이킹 지분의 3%를 보유하고 있다면, 각 블록에서 당신은 해당 블록 공간의 3%를 제어할 수 있다.
본질적으로 이 속성은 이해관계자들에게 고처리량 블록체인 내부에서 ‘가상 차선(virtual lane)’을 제공함으로써, 자신의 트랜잭션이 블록에 포함될 수 있도록 보장한다.
블록체인에서의 「체인 품질」
비트코인의 주요 혁신 중 하나—현재 거의 모든 블록체인이 채택하고 있는 기능—는 프로토콜 내부에 블록 제안자에게 보상을 부여하는 메커니즘을 도입한 것이다. 즉, 상태 머신에 블록을 성공적으로 추가한 참가자는 새로 발행된 토큰과 트랜잭션 수수료를 보상으로 획득한다. 이러한 보상은 상태 전이 함수에 의해 규정되며, 궁극적으로 시스템 상태에 반영된다.
전통적인 분산 컴퓨팅 모델에서는 참여자들을 정직한 참가자와 악의적 참가자로 구분한다. 여기서는 정직한 행동을 장려하기 위한 보상이 필요하지 않는데, 정직함 자체가 모델의 기본 가정이기 때문이다.
반면 암호경제 모델에서는 참여자를 이익 극대화를 추구하는 이성적 행위자(rational actor)로 간주하며, 그들의 효용 함수는 불확실할 수 있다. 따라서 목표는 이러한 참여자들이 자신들의 이익을 극대화하려는 과정에서 자연스럽게 프로토콜의 성공적 운영과 일치하도록 인센티브를 설계하는 것이다. 프로토콜 내부의 보상 메커니즘과 결합하여, 체인 품질(CQ)에 대한 이상적인 정의는 다음과 같다:
체인 품질(CQ): 전체 스테이킹 지분의 X%를 보유한 연합은 글로벌 안정 시간(Global Stable Time, GST) 이후, 블록체인에 추가되는 각 블록의 제안자가 될 확률이 X%이다.
만약 어떤 블록체인이 체인 품질 요건을 위반한다면, 특정 연합이 정상 비율을 초과하는 보상 비중을 차지하게 되어 정직한 행동 동기를 약화시키고, 프로토콜의 보안을 위협할 수 있다.
많은 블록체인은 ‘스테이킹 가중치 기반의 무작위 리더 로테이션 메커니즘’을 통해 이 속성을 충족하거나 충족하려고 노력한다. 현재 직면한 전형적인 과제들로는 비트코인의 ‘자기 이익 추구 마이닝(Selfish Mining)’ 문제, Monad의 테일 포크 저항성(tail fork resistance) 문제, 그리고 이더리움 LMD GHOST 프로토콜의 문제 등이 있다.
「강한 체인 품질」의 등장 배경
블록 공간이 충분히 여유로울 경우, 전체 블록 내용을 단일 제안자에게 독점적으로 맡길 필요가 없다. 대신 동일한 블록 내 블록 공간을 여러 참가자 간에 공동으로 분배할 수 있다. 강한 체인 품질(SCQ)이라는 암호경제적 정의는 바로 이러한 아이디어를 표현한 것이다:
강한 체인 품질(SCQ): 전체 스테이킹 지분의 X%를 보유한 연합은 글로벌 안정 시간(GST) 이후, 각 블록 내 블록 공간의 X%를 제어할 수 있다.
이 이상적인 속성은 암묵적으로 ‘가상 차선’이라는 추상 개념을 도출한다. 즉, 연합은 실제로 각 블록에서 일정 비율의 전용 블록 공간을 제어한다는 의미이다.
경제적 관점에서 가상 차선을 보유한다는 것은 거래 수수료나 MEV(Maximal Extractable Value, 최대 추출 가능 가치) 등에서 수익을 창출할 수 있는 생산적 자산을 보유한다는 것을 의미한다. 외부 실체들은 이러한 차선을 확보하고 유지하기 위해 스테이킹 지분을 둘러싸고 경쟁하게 되며, 이는 하위 계층의 L1 토큰에 지속적인 수요를 창출한다. 한 차선에서 창출 가능한 경제적 가치가 클수록, 다양한 당사자들이 스테이킹 지분을 확보하려는 동기가 강해지고, 이 블록 공간 접근 권한을 통제하는 L1 스테이킹 지분이 축적할 수 있는 가치도 높아진다. 이러한 추상화를 통해, 더욱 강력한 검열 저항성(censorship resistance)을 프로토콜 내 SCQ 유효성 속성으로 전환할 수 있다.
강한 체인 품질과 검열 저항성
최근 연구에 따르면, 검열 저항 프로토콜은 매우 중요하다. 그러한 프로토콜은 정직한 참가자의 입력이 결국 블록에 포함됨을 보장할 뿐 아니라, 즉시 포함됨을 보장해야 한다. 강한 체인 품질(SCQ)은 블록 용량이 제한된 상황에서 이러한 속성을 확장한 것으로 볼 수 있다.
현실적인 상황에서, 포함되어야 할 트랜잭션 수가 사용 가능한 블록 공간을 초과하면, 어떤 프로토콜도 이상적인 의미의 검열 저항성을 달성할 수 없다. SCQ는 이러한 제약을 보다 현실적인 방식으로 해결한다: 즉, 모든 정직한 트랜잭션이 반드시 포함되어야 한다고 요구하지는 않지만, 각 스테이킹 노드에 대해 ‘예산(budget)’을 할당함으로써, 이 예산 범위 내에서 해당 트랜잭션이 블록에 포함되도록 보장한다.
MCP 프로토콜은 기존 실용적 비잔틴 장애 허용(PBFT) 방식의 합의 프로토콜 위에 추가되는 구성 요소로서, 이러한 프로토콜에 검열 저항성을 부여하기 위해 제안되었다. 이 프로토콜은 또한 SCQ 요건을 만족한다—즉, 스테이킹 지분 비율에 따라 제안자에게 블록 공간을 할당한다. 기존의 유방향 비순환 그래프(DAG) 기반 BFT 프로토콜은 다중 작성자(multi-writer) 메모리풀(memory pool)을 구현하는 방식을 제공하며, 어느 정도의 검열 저항성도 갖춘다.
그러나 이러한 프로토콜의 표준 구현은 리더가 일부 트랜잭션 집합을 선택적으로 지연시킬 수 있도록 허용함으로써, 엄격한 SCQ를 충족하지 못한다. 다만, 이들 프로토콜을 약간 수정하면 SCQ를 다시 달성할 수 있다. 관련된 한 방향은 ‘강제 트랜잭션 포함(Forced Transaction Inclusion)’으로, 검열 행위를 줄이기 위한 것이다.
또한 MCP는 이해관계자가 가상의 사적 차선을 생성할 수 있게 해주는 더 강력한 은닉 속성(hidden property)을 구현하는 방법도 보여준다. 이러한 차선 내의 내용은 블록 전체가 공개될 때에만 드러난다. 이에 대해서는 향후 기사에서 자세히 다룰 예정이다.
강한 체인 품질의 구현 방법
글로벌 안정 시간(GST) 이후 강한 체인 품질(SCQ)을 확보하려면, 제안자가 이해관계자의 입력을 임의로 검열하지 못하도록 해야 한다. 이를 달성하기 위한 핵심은 두 단계로 구성된 프로토콜을 사용하는 것이다. 거의 모든 뷰(view) 기반 BFT 프로토콜에 대해, 다음 두 가지 사소한 변경만으로도 가능하다:
- 첫 번째 단계: 각 참가자는 인증된 입력을 다른 모든 참가자에게 전송한다.
- 두 번째 단계: 각 참가자는 참가자 i로부터 인증된 입력을 수신했을 경우, i를 자신의 포함 리스트(inclusion list)에 추가한다. 이후 이 참가자는 자신의 포함 리스트를 리더에게 전송한다. 이 작업은 ‘자신이 수신한 포함 리스트에 있는 모든 입력을 포함하는 블록만 수락하겠다’는 약속에 해당한다.
- BFT 제안: 리더는 이러한 메시지들을 수신한 후, 수신된 모든 포함 리스트의 합집합에 포함된 입력을 블록에 포함시킨다.
- BFT 투표: 참가자는 자신이 제출한 포함 리스트에 있는 모든 입력이 포함된 블록에 대해서만 찬성 투표한다.
이 프로토콜 개요에 따라 완전한 프로토콜을 구성할 수 있음은 명백하다. 이 프로토콜은 GST 이후 강한 체인 품질을 만족시키고, 검열 저항성을 제공하며, 리더가 정직한 경우 활성성(liveness)도 보장한다. GST 이전에도 SCQ를 달성하려면, 매 단계마다 충분한 수(정족수)의 값 또는 리스트를 기다려야 한다. 이 프로토콜 및 그 확장 형태에 대해서는 향후 기사에서 자세히 설명할 예정이다.
최근 연구에 따르면, 강한 체인 품질 및 검열 저항성을 달성하려면, 기존 BFT 프로토콜의 투표 단계 위에 추가로 두 단계(위의 프로토콜 개요와 동일)를 도입해야 한다. 이 결과에 대해서도 향후 기사에서 상세히 설명할 예정이다.
강한 체인 품질(SCQ)은 연합이 제어할 수 있는 블록 공간의 비율을 규정하지만, 블록 내에서 트랜잭션의 순서를 완전히 제한하지는 않는다. SCQ는 각 스테이킹 노드에 대해 공간을 예약해주는 것으로 이해할 수 있으나, 이 공간 내에서 트랜잭션의 순서에 대해서는 어떠한 보장도 하지 않는다.
이는 트랜잭션 정렬 메커니즘(transaction ordering mechanism) 설계를 위한 풍부한 연구 공간을 열어준다. 우수한 정렬 메커니즘은 블록체인 생태계 내에서 공정성과 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히 주목할 만한 방향은 우선 수수료(priority fee)에 따라 트랜잭션을 정렬하는 것이다.
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