이더리움 2.0이란 과연 무엇을 의미하는가?
이더리움 2.0
이더리움 2.0은 주요 언론에서 자주 언급되며, 이더리움의 미래를 상징한다.
다른 블록체인보다 더 많은 어려움을 겪은 블록체인이 없다. 대부분의 토큰과 스마트 계약이 탄생한 곳으로서, 이더리움은 개발자와 프로젝트 팀에게 말로 다 표현할 수 없는 매력을 지니고 있다. 그러나 이더리움은 아직 완성된 상태가 아니며, '비컨(Beacon)'이라 불리는 단계를 넘어야 한다.
실제로 초기에는 비컨 단계를 하드포크로 실행할 계획이었지만, 예상보다 훨씬 복잡해져 장기적인 계획 아래 서서히 전환하는 방식을 채택했다.
왜 ETH 2.0이 필요한가?
크로매틱 캐피탈(Chromatic Capital)에 따르면, 이더리움은 초당 15건의 거래만 처리할 수 있으며, 복잡한 애플리케이션이 확장되면 큰 비용이 발생한다. 반면 Visa는 초당 수천 건의 거래를 처리할 수 있다. 이렇게 '느린' 이유는 이더리움이 탈중앙화를 유지하려 하기 때문이다.
설계상, 초고성능 서버를 갖춘 합의 노드인 '슈퍼노드'를 통해 모든 거래를 처리하는 것이 가능하다. 이 해결책은 간단하며, 이더리움은 기존 구조를 그대로 유지하고 클라이언트 프로세스를 자주 병렬 처리하면 된다.
그러나 이더리움 개발팀은 이를 거부했으며, 주된 이유는 탈중앙화와 검열 저항성을 희생하게 되기 때문이다. 블록체인은 '불가능한 삼각형(trilemma)' 문제를 안고 있는데, 바로 탈중앙화, 확장성, 보안성 세 가지 특성이 서로 균형을 이루지 못한다는 점이다. 이더리움은 IOTA 등 이 문제를 해결하겠다고 주장하는 '2세대 블록체인' 프로젝트들의 기반이다. 이 삼각형 문제를 해결하려는 대부분의 시도, 그중에서도 이더리움 2.0은 채굴 방식의 합의 메커니즘을 대체하려 한다.
따라서 기존의 이더리움 설계(PoW 채굴)는 어느 정도 실패한 것으로 간주된다. 크로매틱 캐피탈은 이더리움 2.0을 "0에서 1로 가는 패러다임을 채택한 완전히 다른 프로젝트이며, 마치 블록체인이 체인을 지배하듯 하는 것"이라고 설명한다. 이더리움 2.0은 단순한 업그레이드를 넘어 블록체인을 재창조하는 작업이다. 그 목적은 이더리움을 더욱 안전하게 만들고, 수천 건의 거래를 처리할 수 있도록 확장하며, 프로그래밍 기능을 향상시키되 탈중앙화는 유지하는 것이다.
이더리움 2.0은 어떻게 '불가능한 삼각형' 문제를 해결하는가?
이더리움 2.0은 블록체인의 '불가능한 삼각형' 문제를 해결하기 위해 세 가지 핵심 기술을 활용하는데, 바로 샤딩(sharding), 지분 증명(PoS), 새로운 가상 머신이다.
샤딩은 데이터베이스를 여러 서버에 분산시켜 나누는 기술로, 데이터베이스를 여러 파티션으로 나누는 것을 의미한다. 한 컴퓨터 디스크 내 C 드라이브와 D 드라이브처럼 서로 다른 공간이지만 동일한 디스크 위에 존재하는 것과 같다. 이렇게 블록체인을 여러 부분으로 나누되 전체 일관성을 유지하는 것이다. '샤드(shard)'는 전체 블록체인과 동등한 수준의 보안성을 제공한다.
지분 증명(PoS)은 채굴자가 아닌 스테이커(staker), 즉 일정량의 ETH를 보유한 노드가 블록을 생성하는 방식이다. 이 방식은 전력 소모를 줄일 뿐 아니라 거래의 최종성을 빠르게 확정하며, 검증자의 탈중앙화를 더 강화한다. 오랜 시간 동안 이더리움 개발자들은 거래를 신속히 확인하고 스테이커가 규칙을 따르도록 유도하는 합의 메커니즘을 연구해왔다. PoS로 전환하면 이더리움은 몇 초 안에 거래의 최종성을 확정할 수 있으며, 이중 지출 공격도 차단할 수 있다.
새로운 가상 머신은 개발자가 자체 실행 환경을 만들 수 있게 해준다. 이를 통해 BTC나 Zcash 등의 다른 블록체인 규칙도 실행할 수 있다. 따라서 이더리움은 다양한 블록체인의 공통 플랫폼이 될 수 있다.
이 세 가지 기술은 시너지를 발휘하지만, 현재까지 완전한 샤딩 기능을 갖춘 블록체인은 없으며 PoS는 여전히 많은 의문을 받고 있다. 이더리움은 선구자 정신으로 블록체인 발전의 주요 난제들을 해결하며, 중심 장애물을 제거하고 '불가능한 삼각형'의 균형을 유지하는 프레임워크를 창출하고 있다.
단계 0: 비컨 체인
이더리움 2.0의 중심은 비컨 체인이다. 비컨 체인은 최대 64개의 샤드 체인을 조율할 수 있다. 크로매틱 캐피탈은 비컨 체인을 이더리움 2.0 네트워크 전체의 '지휘 통제 센터'라고 묘사한다.
비컨 체인은 '카스퍼 지분 증명(Casper PoS)' 프로토콜을 관리한다. 검증인 목록과 스테이킹 상태를 기록하고, 무작위로 블록 검증인을 선택해 각각의 샤드 체인에 배정한다. 비컨 체인은 합의 규칙을 적용해 부정직한 검증인에게 제재를 가하며, 각 샤드 체인 사이의 연결 허브 역할도 수행한다.
지분 증명 투표란, 이더리움 2.0의 검증인이 자신의 토큰을 이용해所谓 '증명서(certificates)'에 투표하는 것이다. 샤드 체인의 블록이 충분한 수의 증명서를 수집하면, 비컨 체인에 해당 샤드 체인의 상태를 연결하는 '크로스링크(cross-link)'가 생성된다. 이 순간부터 해당 블록은 최종 확정되며, 더 이상 취소될 수 없다. 이제 샤드 체인의 블록은 비컨 체인(즉 메인 체인)과 동등한 수준의 보안성을 갖게 된다.
대가로 검증인은 ETH2 —— 비컨 체인의 고유 토큰 —— 을 받는다. 장기적으로 ETH2는 ETH를 대체하게 되며, 발행 상한이 없어 블록의 장기적 안정성을 보장한다.
비컨 체인은 2020년 2~3분기에 출시될 예정이며, 이는 0단계의 시작이다. 이때 비컨 클라이언트를 운영할 수 있고, 사용자는 자신의 이더(ETH1)를 비컨 체인으로 보내 ETH2로 변환할 수 있다. 이 변환은 일방향이며, ETH1은 실제로 소각된다.
만약 0단계가 성공하면 두 개의 이더리움이 존재하게 된다: eth1과 eth2. 사용자 입장에서는 eth2는 실질적인 의미가 없는데, 아직 eth2에 연결할 수 있는 기능성 샤드 체인이 없기 때문이다. 그것은 마치 육신 없는 골격과 같다.
단계 1: 샤드 체인
약 2021년부터 첫 번째 샤드 체인이 본격적으로 운영될 예정이다. 이 샤드 체인은 초기에 원시 형태의 데이터 저장만을 담당한다. 특정 합의 규칙에 따라 데이터를 처리하거나 사용자 주소 잔액을 표시할 수 없으며, 샤드 아키텍처를 테스트하거나 dapp의 확장을 돕기 위한 데이터 저장 용도로만 사용된다.
1단계의 핵심은 비컨 체인에 있다: 비컨 체인이 샤드 체인의 상태를 크로스링크를 통해 참조하며, 최종 상태를 결정한다. 비컨 체인을 하나의 블록체인으로 보고, 주변의 아직 기능이 없는 샤드 체인들이 계속해서 이와 상호작용한다고 생각할 수 있다.
이 단계에서 이더리움은 새로운 지분 증명 시스템을 구축하고, 비컨 체인을 다양한 데이터 체인의 컨트롤 센터로 설정하는 큰 도전에 직면한다.
이 단계에서도 eth1 체인과 eth2 체인은 계속 병행 작동한다. 2단계부터는 이더리움이 좀 더 흥미로워진다.
단계 2: 비전 실현
로드맵에 따르면, '이더리움 2.0의 진정한 비전 실현' 단계에서는 샤드 체인이 거래를 처리하기 시작하고, ETH2 네트워크는 실제 애플리케이션을 실행할 수 있게 된다. 이후 단계에서는 스마트 계약이 샤드 체인에서 활성화되며, 새로운 실행 환경이 형성되고, 샤드 체인은 비트코인, Zcash 또는 ETH1 등의 규칙을 자체적으로 적용할 수 있게 된다.
크로매틱 캐피탈은 다음과 같이 설명한다:
"ETH1이 비트코인에서 벗어나 체인 상의 스마트 계약을 구현한 것처럼, ETH는 다시 ETH1에서 벗어나 블록체인 컴퓨팅의 본질을 재정의할 것이다."
2단계에서는 모든 체인의 기능이 통합된다. 이전에 순수 데이터 저장 용도였던 샤드 체인이 구조 체인으로 진화하여 스마트 계약의 상태와 합의 과정을 연결한다. 개발자는 하나의 샤드 위에 자신의 DApp을 구축할 수 있으며, 이더리움은 비컨 체인이 제어하는 다중 체인 시스템으로 전환된다.
2단계는 2021년 말 혹은 2022년 초에 실현될 것으로 예상된다. 로드맵에 따르면, 실행 환경과 같은 2단계의 많은 요소들이 "여전히 심층 연구 및 개발 중"이다.
단계 3-6
계획에 따르면 이더리움 2.0은 총 6단계에 걸쳐 출시될 예정이다. 그러나 로드맵에 따르면 3단계부터는 "모든 예측이 추측일 뿐이며, 계획은 변경될 가능성이 높다". 3단계에서 ETH1이 사라질 수도 있다. 하지만 만약 ETH1이 실제로 종료되어 ETH2가 이를 대체한다면, 모든 이더와 사용자는 eth1에서 eth2로 점진적으로 이전하게 되겠지만, 아직 확정되지 않았다.
이더리움의 GitHub 위키는 여전히 불확실한 다음 4단계를 설명하고 있다:
단계 3: 경량 클라이언트 상태 프로토콜
클라이언트가 극도로 단순화되어 개별 노드가 보유해야 하는 이더리움 상태의 크기를 줄이지만, 상태 자체를 완전히 제거하지는 않는다.
단계 4: 체인 간 거래 전송
이는 샤드 체인 간 거래를 수행하는 방법이다.
단계 5: 메인 체인 보안성과의 긴밀한 결합
단계 6: 지수적 샤딩
샤딩 안에 또 다른 샤딩이 포함되며, 개별 샤드 체인이 미래의 샤드를 위한 비컨 체인이 된다.
각 단계의 구체적인 내용은 아직 공개되지 않았으며, 향후에는 개괄적인 백서와 온라인 토론을 통해 공개될 전망이다. ETH2의 구체적인 형태는 아직 명확히 정의되지 않았기 때문에, 보수적으로 비컨 완성을 위해 4~5년이 필요할 것으로 추정된다.
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