‘레이어1 vs 레이어2’ 완전 분석 [2024년]

블록체인 채택이 증가하면서 블록체인 확장에 대한 중요성이 커지고 있습니다. 시스템 처리 속도가 개선되면 새로운 애플리케이션과 증가하는 거래량을 수용할 수 있기 때문입니다. 이러한 점에서 레이어1과 레이어2에 대한 논쟁은 블록체인 산업계에서 중요한 주제입니다.

블록체인 레이어는 네트워크 보안과 기록 보관을 향상하기 위해 만들어졌습니다. 이 글에서는 이러한 시스템이 어떻게 작동해 블록체인 간의 상호 운용성을 개선할 수 있는지 살펴보겠습니다.

블록체인 트릴레마란 무엇인가요?

확장성 트릴레마(trilemma⋅삼중고)는 블록체인의 핵심 원칙인 보안과 탈중앙화, 확장성이라는 세 가지 속성의 균형을 맞추는 기능을 말합니다.

기본적으로 블록체인은 세 가지 속성 중 두 가지 속성만 보유할 수 있으며, 세 가지 속성을 동시에 모두 보유할 수는 없습니다. 이 때문에, 현재 블록체인 기술은 그 기능을 위해 기본 속성 중 하나를 희생해야 합니다. 비트코인이 대표적인 예로, 비트코인 블록체인은 탈중앙화와 보안을 최적화했지만, 확장성에는 한계가 있었다.

가장 중요한 점은 이 세 가지 기능을 모두 충족하는 암호화폐는 존재하지 않는다는 것입니다. 다시 말해, 암호화폐는 한 가지 기능을 희생해 나머지 두세 가지 기능에 집중합니다.

많은 개발자가 블록체인 트릴레마를 해결하기 위해 부단히 노력하고 있습니다. 이미, 확장성을 해결하기 위한 몇 가지 기술과 아이디어가 구현됐습니다. 블록체인 기술 수준에 따라, 이러한 개념과 기술은 레이어1 또는 레이어2 형태로 나타납니다.

여러 암호화폐들이 트랜잭션을 초당 수천 건 처리할 수 있지만 탈중앙화나 보안을 희생해야 합니다. 반면 비트코인과 이더리움은 가장 안전하고 탈중앙화된 디지털 화폐입니다. 카르다노(ADA)와 아발란체(AVAX), 솔라나(SOL)는 비트코인과 이더리움의 확장성 문제를 활용해 두각을 나타내고 있는 레이어1 암호화폐입니다.

레이어1 확장 솔루션

레이어1과 레이어2 블록체인의 확장성에 대한 설명은 레이어1에 대한 정의 없이는 불가능합니다. 이름에서 알 수 있듯이, 레이어1 블록체인은 네트워크의 기본 프로토콜입니다.

레이어1 확장 솔루션은 블록체인 레이어의 기반을 개선해 확장성을 향상시킵니다. 이는 다양한 방법으로 가능합니다. 예를 들어, 레이어1 솔루션은 프로토콜 규칙을 직접 수정해 트랜잭션 용량과 속도를 높일 수 있습니다. 마찬가지로, 레이어1 확장 솔루션은 추가 데이터와 사용자를 수용하기 위해 더 큰 용량을 제공할 수 있습니다.

여기서 레이어1 확장 솔루션 중 두 가지 사항을 고려해야 합니다. 합의 프로토콜 변경과 샤딩입니다. 이들은 블록체인 네트워크에서 레이어1의 확장을 달성하기 위한 근본적인 업데이트입니다.

예를 들어, 지분 증명(이하 PoS)과 같은 일부 합의 메커니즘은 블록체인 레이어에서 작업 증명(이하 PoW)보다 더 효율적일 수 있습니다. 반면, 샤딩은 네트워크의 워크로드를 여러 데이터 세트 또는 샤드에 분산하는 것을 쉽게 합니다.

장점

• 확장성은 레이어1 블록체인 솔루션의 가장 두드러진 장점입니다. 레이어1 블록체인 솔루션은 확장성을 향상시키기 위해 프로토콜을 수정해야 합니다.
• 레이어1 블록체인 프로토콜은 높은 확장성과 경제성을 갖춘 탈중앙화 및 보안을 제공합니다.
• 레이어1은 네트워크 생태계 개발을 개선합니다. 즉, 레이어1 확장 솔루션은 새로운 도구, 기술 발전 및 기타 변수를 기본 프로토콜에 통합할 수 있습니다.

단점

레이어1 네트워크가 확장할 수 없다는 것은 일반적인 문제입니다. 비트코인과 다른 대형 블록체인은 수요가 많을 때 트랜잭션을 처리하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 비트코인이 사용하는 합의 메커니즘인 PoW은 상당한 양의 컴퓨팅 파워를 필요로 합니다.

레이어1 문제 해결

레이어1 네트워크를 확장하려면 근본적인 업데이트가 필요합니다. 다음과 같은 사항이 있습니다.

합의 프로토콜 개선

일부 합의 메커니즘은 다른 메커니즘보다 더 효율적입니다. PoW는 오늘날 비트코인과 같은 인기 있는 블록체인 네트워크의 합의 프로토콜입니다. 다만, PoW는 안전하지만 속도가 느릴 수 있습니다. 그 결과, 새로운 블록체인 대부분은 PoS 방식을 따릅니다. 여기서 레이어1과 레이어2 사이 논쟁이 발생할 수 있습니다.

PoS 시스템은 채굴자가 대량의 컴퓨팅 파워를 사용해 암호화 알고리즘을 풀지 않아도 됩니다. 대신 네트워크 참여자들은 PoS를 사용해 트랜잭션 블록을 처리하고 검증합니다. 이더리움은 탈중앙화를 강화하고 네트워크 보안을 유지하면서 네트워크의 용량을 늘리기 위해 PoS 알고리즘으로 전환했습니다.

샤딩

샤딩은 가장 인기 있는 레이어1 확장 솔루션 중 하나입니다. 샤딩은 전체 블록체인 네트워크의 상태를 ‘샤드(shards)’라고 하는 별도의 데이터 집합으로 분할하는 과정을 말합니다. 모든 노드가 전체 네트워크를 관리하는 것보다 데이터를 처리하기 더 쉽기 때문입니다. 네트워크는 이러한 샤드를 병렬로 처리해 여러 트랜잭션을 순차적으로 처리할 수 있습니다. 또, 각 네트워크 노드는 특정 샤드에 할당됩니다. 각 샤드는 메인체인에 증명을 전송하고 샤드 간 통신 시스템을 사용해 다른 샤드와 주소, 일반 상태, 잔액을 공유합니다. 이더리움 2.0은 질리카(Zilliqa), 퀀텀(Qtum), 테조스(Tezos)와 함께 샤드를 연구하는 대표적인 블록체인 프로토콜입니다.

레이어2 확장 솔루션

레이어2 확장의 주요 목표는 블록체인 프로토콜 위에서 구동되는 네트워크나 기술을 사용하는 것입니다. 블록체인 네트워크는 오프체인 프로토콜이나 네트워크의 도움으로 확장성과 효율성을 높일 수 있습니다.

레이어2 확장 솔루션은 기본적으로 블록체인 프로토콜의 트랜잭션 부하를 오프체인 아키텍처로 옮기는 방법을 사용합니다. 오프체인 아키텍처는 전송된 트랜잭션의 최종 결과를 메인 블록체인에 통보합니다. 레이어2 확장 솔루션은 지원 아키텍처에서 데이터 처리를 보다 효율적이고 유연하게 할 수 있도록 지원합니다. 이를 통해, 핵심 블록체인 프로토콜에서 발생할 수 있는 정체를 줄여줍니다. 확장성을 강화하는 것이죠.

비트코인의 확장 솔루션인 라이트닝 네트워크는 레이어2 확장 솔루션의 가장 보편적인 사례 중 하나입니다. 레이어2 확장을 지원하는 더 많은 솔루션이 있습니다.

장점

• 레이어2 솔루션의 가장 중요한 장점 중 하나는 기본 블록체인의 성능이나 기능에 영향을 미쳐 네트워크의 전반적인 성능을 저하시키지 않는다는 것입니다.
• 블록체인 주소 간 직접적인 거래인 스테이트 채널(state channels)과 블록체인에서 발생하는 거래를 오프체인으로 빼 거래하는 라이트닝 네트워크(Lightning Network)과 같은 레이어2 솔루션은 여러 소액 거래를 신속하게 실행합니다. 거래를 위해 사소한 검증 절차를 거치거나 불필요한 수수료를 지불하지 않기 때문입니다.

단점

• 레이어2는 블록체인 연결에 부정적인 영향을 미칩니다: 현재 블록체인의 가장 중요한 문제 중 하나는 서로 다른 블록체인 간의 상호 연결성이 부족하다는 것입니다. 예를 들어, 비트코인을 사용하는 경우 이더리움에 있는 사용자와 연결할 수 없습니다. 이는 매우 예민한 사안입니다. 레이어2의 경우, 레이어2 사용자는 자신이 사용하는 솔루션의 프로토콜로 제한돼 있기 때문에, 네트워크 내 상호 연결성을 제한해 이 문제를 더욱 악화시킬 수 있습니다.
• 개인정보 보호 및 안전 문제: 다양한 솔루션이 여러 수준의 보안 및 개인정보 보호 기능을 제공합니다. 그러나 어떤 솔루션도 주요 체인과 동일한 수준의 보안을 제공하지 않습니다. 원하는 네트워크 우선순위에 따라 이러한 점도 신중하게 고려해야 합니다.

레이어2 문제 해결

중첩 블록체인과 스테이트 채널, 사이드체인은 모두 레이어2 수준에서 확장할 수 있는 솔루션입니다.

중첩 블록체인(Nested Blockchains)

기본적으로 중첩 블록체인은 다른 블록체인 안에, 혹은 다른 블록체인 위에 있는 블록체인입니다. 중첩 블록체인은 더 광범위한 네트워크의 매개변수를 만들기 위한 핵심 블록체인으로 구성되며, 실행은 상호 연결된 보조 체인 네트워크에서 이뤄집니다.

메인체인 위에서 여러 블록체인 계층을 구축할 수 있으며, 각 계층은 고유한 상위-하위 연결 구조를 갖습니다. 상위 체인은 하위 체인에 작업을 위임하고, 하위 체인은 작업을 끝내면 그 결과를 상위 체인에 반환합니다. 

분쟁 해결의 필요성이 없는 한, 기본 블록체인은 하위 체인의 네트워크 기능에 참여하지 않습니다. 이러한 작업 분배 모델은 메인체인의 작업 처리 부하를 줄여 확장성을 기하급수적으로 개선합니다. OMG(OmiseGo) 플라즈마 프로젝트는 레이어1 이더리움 프로토콜 위에 사용되는 레이어2 중첩 블록체인이 무엇인지 보여줍니다.

스테이트 채널(State channels)

스테이트 채널은 블록체인과 오프체인 트랜잭션 채널 간의 양방향 통신을 가능하도록 해 트랜잭션 용량과 속도를 개선합니다. 스테이트 채널은 레이어1 네트워크 노드로 검증을 하지 않습니다. 오히려 다중 서명 또는 스마트 컨트랙트 메커니즘을 통해 작동합니다.

스테이트 채널에서 트랜잭션이 완료되면 채널의 최종 ‘스테이트(state∙상태)’와 변경 사항이 기본 블록체인에 기록됩니다. 스테이트 채널은 리퀴드 네트워크(Liquid Network)와 이더리움의 레이든 네트워크(Raiden Network), 셀러(Celer), 비트코인 라이트닝을 포함합니다. 트릴레마 트레이드오프에서, 스테이트 채널은 확장성을 높이기 위해 탈중앙화의 일부를 포기합니다.

사이드체인(Sidechains)

사이드체인은 블록체인에 인접한 트랜잭션 체인으로 일반적으로 대량 거래에 사용됩니다. 사이드체인은 메인체인과 독립적인 합의 메커니즘을 사용하며, 사용자는 속도와 확장성을 위해 사이드체인을 최적화할 수 있습니다. 사이드체인 아키텍처에서 메인 체인의 주요 역할은 전반적인 보안을 유지하고, 배치된 거래 기록을 검증하며, 분쟁을 해결하는 것입니다.

사이드체인은 몇 가지 점에서 스테이트 채널과 근본적으로 다릅니다. 첫째, 사이드체인 트랜잭션은 참여자 사이, 비공개가 아니라 블록체인에 공식적으로 기록됩니다. 또, 사이드체인의 보안 침해는 메인 체인이나 다른 사이드체인에 영향을 미치지 않습니다. 보통 사이드체인의 인프라는 처음부터 구축되기 때문에, 이를 구축하기 위해 상당한 노력이 필요할 수 있습니다.

레이어1 vs 레이어2: 주요 차이점

레이어1과 레이어2가 무엇이 다른지 다시 정리해 봅시다. 주요 차이점은 다음과 같습니다.

1. 정의

레이어1 확장 솔루션은 블록체인 프로토콜의 기본 레이어를 수정해 문제를 개선합니다. 예를 들어, 더 많은 트랜잭션을 받아들이기 위해 블록 크기를 조정하거나, 사용자의 합의 프로토콜을 변경해 네트워크의 속도와 효율성을 개선할 수 있습니다.

레이어2는 기본 블록체인 프로토콜의 부하를 공유하는 오프체인 솔루션을 사용합니다. 블록체인 프로토콜의 메인넷은 특정 정보 처리와 트랜잭션 처리 작업을 레이어2 프로토콜과 네트워크, 애플리케이션에 위임합니다. 이후, 오프체인 프로토콜이나 솔루션은 정해진 작업을 완료하고 그 결과를 메인 블록체인 레이어에 보고합니다.

2. 작동 방식

레이어1의 실제 확장 방법은 핵심 프로토콜을 수정하는 것입니다. 레이어1 확장 솔루션을 사용하려면 블록체인 프로토콜을 변경해야 합니다. 만일, 거래량이 급격히 감소할 경우 수정 사항을 바로 축소할 수 없습니다.

반면, 레이어 2 확장 솔루션은 오프체인 솔루션으로 작동합니다. 오프체인 솔루션은 기본 블록체인 프로토콜과 독립적으로 작동됩니다. 이때 오프체인 프로토콜과 네트워크, 솔루션은 블록체인 프로토콜이 요구하는 최종 결과만 보고합니다.

3. 솔루션 유형

레이어1 블록체인 솔루션은 합의 프로토콜 향상과 샤딩 등의 방법으로 네트워크를 개선합니다. 레이어1 확장에는 블록 크기나 블록 생성 속도를 변경하는 것도 포함됩니다.

블록체인 레이어2 확장 솔루션의 경우 사실상 제한이 없습니다. 모든 프로토콜과 네트워크, 애플리케이션이 오프체인 레이어2의 솔루션으로 작동할 수 있습니다.

4. 품질

레이어1 네트워크는 최종적인 정보처 역할을 하며, 궁극적으로 트랜잭션의 결제를 책임집니다. 레이어1 네트워크에서는 네이티브 토큰을 사용해 네트워크 리소스에 접근합니다. 레이어1 블록체인의 또 다른 특징은 혁신적인 합의 메커니즘입니다.

레이어2 네트워크는 레이어1 블록체인과 동일한 기능에 추가적인 특성을 제공합니다. 예를 들어, 레이어2 네트워크는 트랜잭션 비용을 낮추면서 처리량과 프로그래밍 능력을 높이는 기능이 있습니다. 각 레이어2 솔루션에는 각각의 기본 레이어에 다시 트랜잭션을 매핑하는 기능이 있습니다.

확장성의 미래 

블록체인 산업계는 확정성의 한계 때문에 암호화폐를 광범위하게 수용하지 못하고 있습니다. 반면, 암호화폐에 대한 수요가 증가하면서 플랫폼 확장에 대한 요구는 증가하고 있습니다. 레이어1과 레이어2 확장은 모두 뚜렷한 장단점이 있습니다. 따라서 미래 형태는 레이어1과 레이어2가 조합된 진화형 블록체인이 될 것입니다.

자주 묻는 질문

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