‘레이어 1 vs 레이어 2’ 집중 분석

블록체인 상용화가 지속적으로 증가하고 있는 가운데 생태계에서의 확장성(scaling)의 중요성 또한 커지고 있다. 새로운 애플리케이션과 트랜잭션 양 증가는 시스템 처리 속도 개선을 통해 대처가 가능하다. 이같은 블록체인 확장성이라는 맥락 안에서 레이어 1 대 레이어 2 논쟁은 자주 관심의 초점이 되고 있다. 

블록체인 레이어가 생성된 것은 네트워크 보안과 기록 보관 개선이라는 목적 때문이었다. 이번 글에서는 이러한 시스템이 어떻게 함께 작동하여 블록체인 간의 상호 운용성을 향상시키는지 확인할 수 있다. 

콘텐츠 목차 

• 블록체인 트릴레마란 무엇인가
• 레이어 1 확장성 솔루션
  • 장점
  • 단점
• 레이어 1 문제 해결
  • 합의 프로토콜 향상 
  • 샤딩 
• 레이어 2 확장성 솔루션 
  • 장점 
  • 단점 
• 레이어 2 문제 해결 
  • 중첩 블록체인(Nested Blockchains)
  • 상태 채널(State channels)
  • 사이드 체인(Sidechains)
• 레이어 1 대 레이어 2 주요 차이점 정리 
  • 1. 정의 
  • 2. 작동방식 
  • 3. 솔루션의 종류 
  • 4. 품질
• 확장성의 미래
• 자주 묻는 질문 

블록체인 트릴레마란 무엇인가

확장성 트릴레마(scalability trilemma)는 블록체인의 핵심 원칙을 구성하는 세 가지 유기적 특성, 즉 보안, 탈중앙화, 확장성을 균형 있게 유지하는 능력을 말한다.

이 트릴레마는 블록체인이 이 세 가지 속성 중 두 가지만 소유할 수 있으며, 세 가지 속성을 모두 동시에 가질 수 없다는 데서 발생한다. 결과적으로 현재의 블록체인 기술은 기능성을 위해 이  근본적인 특성들 중 하나를 희생해야 하는 것이다. 비트코인이 대표적인 예로 비트코인의 블록체인은 탈중앙화와 보안을 최적화하면서 확장성을 제공하고 있다. 

가장 중요한 것은 현재 세 가지 기능 모두를 최대한으로 달성할 수 있는 암호화폐가 없다는 점이다. 다시 말해, 암호화폐는 남은 하나보다 두 개 또는 세 개를 우선시한다.

많은 개발자들이 이미 확장성 문제 해결을 목표로 하는 몇 가지 기법과 아이디어를 구현했으며  블록체인 3대 딜레마 또한 해결하기 위해 부지런히 노력하고 있다. 블록체인 구현 수준에 따라 이러한 개념과 기법은 레이어 1 또는 레이어 2 솔루션 중 하나로 나타난다.

각양각색의 암호화폐들이 초당 수천 건의 트랜잭션을 처리할 수 있지만 탈중앙화 또는 보안을 희생하여 처리한다. 반면 비트코인과 이더리움은 가장 안전하고 탈중앙화된 디지털 화폐 중 하나다. 카르다노, 아발란체, 솔라나는 비트코인과 이더리움의 스케일링 이슈를 활용해 두각을 나타낸 레이어1 암호화폐에 해당된다. 

레이어 1 확장성 솔루션

레이어 1 블록체인과 레이어 2 블록체인의 확장성 차이에 대한 큰 그림은 계층 1 블록체인의 정의 없이는 불완전할 것이다. 이름에서 알 수 있듯이 레이어 1 블록체인 네트워크는 네트워크의 기본 프로토콜을 뜻한다.

레이어 1 확장성 솔루션은 블록체인 프로토콜의 기본 계층을 개선해 확장성 향상을 촉진한다. 이는 블록체인 네트워크의 확장성을 높일 수 있는 다양한 방법을 제공한다. 예를 들어, 레이어 1 솔루션은 프로토콜 규칙을 직접 수정하여 트랜잭션 용량과 속도를 높일 수 있다. 이는 또한 추가 데이터와 사용자를 수용할 수 있는 더 큰 용량을 제공할 수 있다. 

하지만 블록체인 레이어 1 대 레이어 2 논쟁은 가장 중요한 레이어 1 확장성 솔루션 두 가지를 고려하게 된다. 합의 프로토콜의 변경과 샤딩은 블록체인 네트워크에서 레이어 1에서 확장성을 달성하기 위한 두 가지 기본 수정이다.

예를 들어, 지분 증명(PoS)과 같은 일부 합의 메커니즘은 작업 증명 블록체인 프로토콜보다 더 효율적일 수 있다. 이에 반해 샤딩은 여러 데이터 세트 또는 샤드에 걸쳐 네트워크의 작업 부하를 분산시키는 데 도움이 된다.

장점

• 확장성은 레이어 1 블록체인 솔루션의 가장 확실한 장점이 될 것이다. 레이어 1 블록체인 솔루션은 향상된 확장성을 위해 프로토콜 수정이 필요하다.
• 레이어 1 블록체인 프로토콜은 높은 확장성과 경제성을 갖춘 탈중앙화 및 보안을 제공한다.
• 레이어 1은 생태계 개발을 강화한다. 다시 말해 레이어 1 확장성 솔루션은 새로운 도구, 기술 발전 및 기타 변수를 기본 프로토콜에 통합할 수 있다. 

단점

레이어 1 네트워크의 확장이 불가능한 것은 일반적인 문제이다. 비트코인을 비롯한 대형 블록체인은 수요가 많은 시기에 거래를 처리하는 데 어려움을 겪었다. 비트코인이 사용하는 합의 메커니즘인 작업 증명(PoW)은 상당한 양의 연산능력 자원을 필요로 한다.

레이어 1 문제 해결

레이어 1 네트워크 확장을 달성하기 위해서는 블록체인에 대한 기본적인 업데이트가 필요하다.

합의 프로토콜 개선

일부 합의 메커니즘은 다른 메커니즘보다 더 효율적이다. PoW는 비트코인과 같은 인기 있는 블록체인 네트워크에 대한 오늘날의 합의 프로토콜로써 안전하지만 속도가 느리다는 단점이 있다.  결과적으로 대부분의 신생 블록체인 네트워크에서는 PoS 합의 메커니즘을 택한다. 

PoS 시스템은 채굴자들이 많은 컴퓨팅 파워를 사용하여 암호화 알고리즘을 풀도록 요구하지 않는다. 대신 네트워크 참여자는 PoS를 사용하여 트랜잭션 블록을 처리하고 확인한다. 이더리움은 탈중앙화를 강화하고 네트워크 보안을 유지하는 동시에 네트워크 용량을 늘리는 PoS 합의 알고리즘으로 전환된다.

샤딩

분산 데이터베이스에서 채택된 샤딩은 가장 인기 있는 레이어 1 확장성 솔루션 중 하나가 되었다. 샤딩은 전체 블록체인 네트워크의 상태를 “샤드”라고 불리는 별도의 데이터 세트로 나누는 과정이다. 전체 네트워크를 처리하기 위해 모든 노드를 찾는 것보다 처리하기가 더 쉬운 작업인 것이다. 네트워크는 이러한 샤드를 병렬로 처리하여 여러 트랜잭션의 순차적 처리를 허용한다. 또한 각 네트워크 노드는 블록체인의 완전한 복사본을 유지하는 대신 특정 샤드에 할당된다. 각 샤드는 메인 체인에 증명을 보내고 크로스 샤드 통신 시스템을 사용하여 주소, 일반 상태 및 균형을 다른 샤드와 공유한다. 질리카, 큐텀, 테조스와 함께 이더리움 2.0이 현재 샤드를 탐색하고 있는 저명한 블록체인 프로토콜이다.

레이어 2 확장성 솔루션

레이어 2 확장성의 일차적인 목표는 블록체인 프로토콜 위에서 작동하는 네트워크나 기술을 이용하는 것이다. 블록체인 네트워크는 오프체인 프로토콜 또는 네트워크의 도움으로 확장성과 효율성을 높일 수 있다.

레이어 2 확장성 솔루션은 근본적으로 블록체인 프로토콜의 트랜잭션 양을 오프체인 아키텍처로 전환하는 것을 포함한다. 오프체인 아키텍처는 전송된 거래의 궁극적인 결과를 메인 블록체인에 통지할 것이다. 레이어 2 확장성 솔루션은 지원 아키텍처에서 데이터 처리 작업을 보다 효율적이고 유연하게 위임할 수 있도록 지원한다. 결과적으로 코어 블록체인 프로토콜은 혼잡을 피하는 등 확장성이 가능하다.

비트코인 확장성 솔루션인 라이트닝 네트워크는 레이어 2 확장성 솔루션의 가장 일반적인 예 중 하나다. 레이어 1 대 레이어 2 블록체인 논쟁에서 레이어 2 확장성을 지원하는 다른 솔루션도 많이 찾을 수 있다. 

장점

• 레이어 2 솔루션의 가장 큰 장점 중 하나는 네트워크 전체의 성능을 저하시키는 등 기본 블록체인의 성능이나 기능에 영향을 미치지 않는다는 점이다. 
• 상태 채널 및 라이트닝 네트워크와 같은 레이어 2 솔루션은 여러 마이크로 트랜잭션의 실행을 가속화한다. 이는 거래를 하기 위해 사소한 검증을 거치거나 불필요한 수수료를 내지 않기 때문이다.

단점

• 레이어 2는 블록체인 연결에 부정적인 영향을 미친다. 현재 블록체인의 가장 중요한 문제 중 하나는 서로 다른 블록체인의 상호 연결성 부족이다(예를 들어 비트코인을 사용한다면 이더리움에서 누군가와 연결할 수 없다). 이것은 매우 심각한 문제이다. 레이어 2의 경우 네트워크 내에서 상호연결성을 제한함으로써 문제가 더 심각해질 수 있다. 이는 레이어 2 사용자가 그들이 채택하는 솔루션의 프로토콜만 사용하도록 제한받기 때문이며 이는 하나의 도전과제가 되고 있다. 
• 개인 정보 보호 및 안전 문제: 앞에서 살펴본 것처럼 다양한 솔루션은 다양한 수준의 보안 및 개인 정보를 제공한다. 그러나 주요한 체인과 동일한 수준의 보안을 제공하는 솔루션은 없으므로 우선 순위에 따라 생각해 볼 필요가 있다. 

레이어 2 문제 해결

중첩 블록 체인, 상태 채널 및 사이드 체인은 모두 계층 2 수준에서 확장을 위한 솔루션의 예입니다.

중첩 블록 체인(Nested Blockchains)

요약하자면 중첩 블록체인은 다른 블록체인의 내부 또는 그 위에 있는 블록체인이다. 중첩 블록체인은 일반적으로 더 광범위한 네트워크에 대한 매개 변수를 설정하는 1차 블록체인으로 구성되며, 실행은 2차 체인의 상호 연결된 네트워크 내에서 발생한다.

메인 체인 위에 많은 블록체인 계층이 구축될 수 있으며, 각 층에는 자체적인 부모-자녀 연결이 있다. 상위 체인은 하위 체인에 작업을 위임하고, 하위 체인은 작업을 완료한 뒤 그 결과를 상위 체인에 돌려준다. 

분쟁 해결의 필요성이 없는 한, 베이스 블록체인은 자회사 체인의 네트워크 기능에 참여하지 않는다. 이 모델의 작업 분포는 메인 체인의 처리 부하를 줄여 확장성을 기하급수적으로 향상시킨다. OMG 플라즈마 프로젝트는 레이어 1 이더리움 프로토콜 위에 사용되는 레이어 2 중첩 블록체인 인프라를 잘 보여준다.

상태 채널(State Channels)

상태 채널은 블록체인과 오프체인 트랜잭션 채널 간의 양방향 통신을 가능하게 하여 트랜잭션 용량과 속도를 향상시킨다. 상태 채널은 계층 1 네트워크 노드에 의한 유효성 검사를 유발하지 않는다. 이는 멀티 시그니처 또는 스마트 컨트랙트 메커니즘을 통해 구분된 네트워크 인접 리소스로 보아야 한다. 

거래가 상태 채널에서 마무리되면 채널의 최종 “상태”와 변경 사항이 기본 블록체인에 기록된다. 주 채널로는 리퀴드 네트워크, 이더리움 레이든 네트워크, 셀러, 비트코인 라이트닝 등이 있다. 트릴레마 절충에서, 주 채널은 더 큰 확장성을 위해 탈중앙화를 부분적으로 포기한다.

사이드 체인(Side Chains)

사이드체인은 블록체인에 인접한 트랜잭션 체인으로, 일반적으로 대량 거래에 사용된다. 사이드 체인은 메인 체인과는 무관한 합의 메커니즘을 사용하며 사용자는 속도와 확장성을 위해 이를 최적화할 수 있다. 사이드 체인 아키텍처에서 메인 체인의 주요 기능은 전반적인 보안을 유지하고 일괄 처리된 트랜잭션 기록을 검증하고 분쟁을 해결하는 것이다.

사이드 체인은 몇 가지 근본적인 면에서 상태 채널과 다르다. 첫째, 사이드 체인 거래는 참가자 간에 비공개로 진행되지 않으며 블록체인에 공개적으로 기록된다. 게다가 사이드 체인 보안 위반은 메인 체인이나 다른 사이드 체인에는 영향을 미치지 않는다. 사이드 체인의 인프라는 일반적으로 처음부터 구축되기 때문에 이를 구축하려면 상당한 노력이 필요할 수 있다.

레이어 1 vs 레이어: 주요 차이점 정리 

레이어 1 및 레이어 2 확장성 솔루션의 기본적인 구조를 살펴보면 이들을 구분하는 기본적인 요소들을 확인할 수 있다. 다음은 블록체인을 위한 레이어 1과 레이어 2 확장성 솔루션의 주요 차이점이다. 

1. 정의

레이어 1 확장성 솔루션은 원하는 개선을 달성하기 위해 블록체인 프로토콜의 기본 계층을 수정한다. 예를 들어, 블록 크기는 더 많은 트랜잭션을 수용하도록 조정하거나, 사용자가 합의 프로토콜을 변경하여 속도와 효율성을 향상시킬 수 있다. 

레이어 2 확장성 솔루션은 기본 블록체인 프로토콜의 로드를 공유하는 오프체인 솔루션 역할을 한다. 특정 정보 처리 및 트랜잭션 처리 작업은 블록체인 프로토콜의 메인넷에 의해 레이어 2 프로토콜, 네트워크 또는 애플리케이션에 위임된다. 오프체인 프로토콜 또는 솔루션은 지정된 작업을 완료하고 결과를 메인 블록체인 레이어에 보고한다.

2. 작동 방법

레이어 1 블록체인 네트워크를 통해 실제 확장성 방식은 코어 프로토콜 수정에 초점을 맞춘다. 레이어 1 확장성 솔루션을 사용하면 블록체인 프로토콜을 변경해야 한다. 즉 트랜잭션 양이 급격하게 줄어들면 수정 내용을 즉시 축소할 수 없다는 말이 된다.

이와 대조적으로 레이어 2 확장성 솔루션은 기본 블록체인 프로토콜과 독립적으로 작동하는 오프체인 솔루션으로서 기능한다. 오프체인 프로토콜, 네트워크 및 솔루션은 즉각적인 블록체인 프로토콜이 요구하는 궁극적인 결과만 보고한다.

3. 솔루션의 종류

레이어 1 블록체인 솔루션의 경우 합의 프로토콜 향상과 샤딩이 두 가지 두드러진 솔루션 유형이다. 레이어 1의 확장성에는 원하는 기능을 보장하기 위해 블록 크기 또는 블록 생성 속도에 대한 변경이 포함된다. 

블록체인 레이어 2 확장성 솔루션과 관련해 구현 가능한 솔루션에는 사실상 제약이 없다. 모든 프로토콜, 네트워크 또는 애플리케이션은 블록체인 네트워크를 위한 오프체인 레이어 2 솔루션으로서 기능할 수 있다.

4. 품질

레이어 1 네트워크는 정보의 결정적인 원천 역할을 하며 궁극적으로 거래 결제에 대한 책임이 있다. 이 네트워크에서 네이티브 토큰은 네트워크 리소스에 액세스하는 데 사용된다. 레이어 1 블록체인 네트워크의 또 다른 필수적인 특성은 합의 메커니즘 설계의 혁신이다.

레이어 2 네트워크는 레이어 1 블록 체인과 동일한 기능 및 추가 특성을 제공한다. 예를 들어 레이어 2 네트워크는 처리량과 프로그래밍 가능성을 높이는 동시에 트랜잭션 비용을 절감시킨다. 각각의 레이어 2 솔루션은 트랜잭션을 해당되는 베이스 레이어에 다시 매핑하는 방법을 가지고 있다. 

확장성의 미래 

확장성은 블록체인 부문이 광범위한 암호 수용을 달성할 수 없게 만드는 요인이다. 암호화폐에 대한 수요가 높아지면서 블록체인 플랫폼을 확장해야 하는 요건도 커질 것이다. 레이어 1과 레이어 2의 확장성 모두 비용 및 이점에서 뚜렷한 특징을 가지고 있다. 따라서 확장성의 미래에는 레이어 1과 레이어 2 솔루션의 조합이 포함될 것으로 보인다. 

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자주 묻는 질문