아발란체 합의 메커니즘
우선 역사상에서 합의 메커니즘이 어떻게 형성되었는지 살펴봅시다. 합의 프로토콜은 분산 컴퓨팅 시스템의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 1982년, 레슬리 램포트(Leslie Lamport)와 로버트 쇼스탁(Robert Shostak), 마샬 피스(Marshall Pease)가 발표한 논문“비잔티움 장군 문제”에서는 아래와 같은 사고실험을 제기했습니다.
비잔티움 제국의 장군들이 도시 하나를 포위하고 함락시키기 위한 공성 작전을 진행 중입니다. 장군들이 서로와 연락하여 작전을 공유해야만 도시를 함락시키고 승리를 거둘 수 있지만 반대로 그중 한 명 또는 여러 명의 배신으로 잘못된 전달을 하면 작전에 실패할 수도 있습니다.
따라서 논문에서는 적어도 3분의 2의 장군이 충성을 유지하여야 합의가 형성될 수 있다는 결과를 보여줍니다. 이를 암호화폐에 그대로 적용한다면 거래를 검증하는 노드의 3분의 2 이상이 정직한 노드일 때 블록체인 시스템이 안전하게 이어질 수 있다는 것입니다.
고전적인 합의란?
2013년, Lamport는 분산 시스템 분야에서 튜링 상을 수상했습니다. 그는 컴퓨터 과학자인 바바라 리스코프(Barbara Liskov)와 함께 첫 번째 애플리케이션 솔루션인 고전적인 합의 메커니즘을 설계했습니다. 고전적인 합의 메커니즘의 큰 장점 중 하나는 최종성(상태를 변경하거나 되돌릴 수 없는 지점)을 매우 빠르게 달성할 수 있다는 것입니다.
그러나 이러한 시스템의 단점은 네트워크의 모든 노드가 서로를 잘 알아야 한다는 것입니다. 이는 시스템이 상대적으로 작아야 한다는 것을 의미합니다. 따라서 고전적인 합의 메커니즘은 확장성을 위해서는 필요로 한 노드의 수가 너무 많아 확장이 불가능하여 특정 개인 사례에서는 매우 유용하지만 암호화폐에 필요한 확장 가능한 시스템을 지원할 수는 없었습니다.
나카모토 합의란?
나카모토 합의는 말 그대로 나카모토 사토시가 비트코인 백서에서 제시한 개념입니다. 나카모토 합의는 매개 구성원이 서로 신원을 밝히지 않고 합의를 형성할 수 있도록 함으로써 분산형 시스템의 패러다임 전환을 구성하였습니다.
이 솔루션의 주요 장점은 모든 사용자가 언제든지 네트워크에 가입하거나 떠날 수 있다는 점이며 노드가 네트워크에 가입하여 검증자가 되기 위한 허가가 필요하지 않다는 것입니다.
이러한 방식으로 나카모토 합의는 확장성을 실현했으며 이는 결과적으로 최초의 암호화폐인 비트코인의 탄생을 가능하게 만들었습니다. 그러나 나카모토 합의에 결함이 없는 것은 아닙니다.
첫째, 비트코인은 트랜잭션이 완료되는데 걸리는 시간이 길며 변조 불가능하다는 단점이 뚜렷합니다. 이는 커피 한 잔을 사기 위해 가게에서 한 시간 동안 기다려야 결제가 가능한 것이기에 이러한 지연은 비트코인이 일상적인 결제 수단으로 되기 어렵게 만들었습니다.
둘째, 비트코인의 처리량은 약 7tps이지만 실제로는 3~4tps에 불과합니다. 반면으로 Visa의 신용카드와 체크카드 네트워크는 65,000 tps 이상을 처리할 수 있습니다. 이러한 비효율성으로 인해 비트코인은 글로벌 결제통화가 아닌 가치 저장용으로 더 많이 사용되고 있는 것입니다.
마지막으로 나카모토 합의는 에너지 낭비가 심합니다. 매개 노드가 시스템은 유지하기 위해서는 많은 양의 에너지를 소비해야 하기 때문입니다. 특히 POW 작업은 합의 메커니즘이 많은 에너지를 소비한다는 것을 증명했으며 비트코인 채굴의 연간 전력 소비량은 현재 약 150 테라와트로 에너지 소비가 가장 문제가 되는 시스템 중 하나이기도 합니다.
아발란체 합의란 어떤 것이며, 어떻게 작동하는지?
2015년 코넬대는 ‘Snowflake to Avalanche: A Novel Metastable Consensus Protocol Family for Cryptocurrencies’이라는 논문을 발표해 아발란체(Avalance)라는 합의 알고리즘을 제안했습니다.
아발란체 합의는 고전적인 합의와 나카모토 합의의 장점을 결합하여 확장 가능하고 친환경적인 새로운 탈중앙화 블록체인을 만들었습니다. 앞의 두 가지 합의 메커니즘과 비교했을 때 아발란체 합의는 일부 주요 분야에서 우수한 성능을 보여주었습니다.
우선 지연이 적고 빠른 확인으로 2초 정도면 트랜잭션이 완료된다는 점과 최대 1000~10000tps의 처리량을 자랑해 글로벌 결제통화로 사용될 수 있음을 보여줍니다.
아발란체는 또한 10,000개 노드에서 1,000만 개 노드까지 확장할 수 있는 높은 확장성을 가지고 있습니다. 이 확장성은 고전적인 합의와 달리 아발란체는 개인 참여 허가가 필요 없이 글로벌 네트워크를 구축할 수 있습니다.
가장 중요한 것은 아발란체는 독립적인 마이닝 생태계를 다룰 필요가 없는 지속 가능한 정적 프로토콜이라는 것입니다.
아발란체 합의 알고리즘 작동 원리를 예로 들어보겠습니다. 어떤 연예인이 스캔들 이슈가 있을 때, 여러분은 해당 이슈를 신뢰하거나 신뢰하지 않는 두 가지 선택을 할 수 있습니다. 만약 여러분의 친구가 이 이슈가 사실이라고 이야기해준다면 이 스캔들을 신뢰하는 경향이 높습니다. 점점 더 많은 사람들이 사실이라는 답을 선택 할수록 스캔들 이슈에 집중하는 사람들은 점차적으로 합의에 도달할 것입니다.
즉, 노드 간의 상호 검증이 이루어질 때 시스템은 다른 노드를 무작위로 선택하여 검증을 합니다.이러한 검증은 노드 간의 최종 합의에 도달할 때까지 여러 번 반복됩니다. 이 시스템에서는 정확히 절반이 신뢰를 선택하고 절반이 신뢰하지 않기로 선택하는 가장 모순된 상황에서도 무작위 샘플링과 연속 투표를 통해 빠른 시간 내 한 쪽이 압도적으로 우세하게 만들 수 있습니다.
이러한 방식으로 알고리즘은 대부분의 사람들에게 유리하고 확장 가능하고 지연이 적은 방식으로 합의를 달성합니다. 바로 이러한 기본 요소들은 아발란체 합의가 기존 게임의 규칙을 변화시킨다는 것을 뒷받침하고 있습니다. 아발란체에 대한 더 많은 정보와 최근 Snowman++ 형식으로 업데이트된 프로토콜에 대해 알아보려면
https://www.youtube.com/watch?v=-nC42_sOqhQ에서
확인이 가능합니다.
출처: CertiK 네이버 공식 블로그
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