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이더리움 플라즈마

이더리움 플라즈마(Ethereum Plasma) 기술은 이더리움 2.0 로드맵 1단계인 샤딩(Sharding)이 가진 단점에 대한 대안으로 나온 기술입니다.

샤딩은 데이터베이스 저장기법 중 하나으로, 이더리움 샤딩은 메인 체인이 처리해야 할 블록들을 여러 개로 조각내어 여러 검증자에게 할당하는데, 각 검증자들은 각각 트랜잭션의 유효성을 검증하게 됩니다. 이더리움 샤딩은 이처럼 여러 검증자들이 동시에 참여해 거래 내역을 쓰는 방법을 통해 블록체인에서의 트랜잭션 처리 속도를 향상시키게 됩니다.

하지만 샤딩에는 낮은 확장성이나 보안 문제 등 단점이 존재하며, 샤딩이란 기술이 이러한 단점을 완전히 해결하기엔 많은 시간이 걸릴 것으로 보입니다. 지금부터는 샤딩과는 다른 방식으로 이더리움의 확장성 문제를 해결하기 위한 솔루션인 이더리움 플라즈마에 대해 알아보겠습니다.

이더리움 플라즈마는 오프체인 솔루션으로, 차일드 체인을 이용하여 이더리움의 확장성을 해결하려는 기술입니다. 모든 거래 기록을 메인체인에서 처리하는 기존 블록체인과 달리 메인체인 위에 생성된 작은 체인인 차일드 체인(플라스마 체인)에서 거래를 취합한 후, 메인 체인인 이더리움 네트워크에 반영하는 방식입니다. 각 차일드 체인은 서로 다른 방식으로 설계될 수 있는 스마트 콘트랙트를 활용하기 때문에, 독립적으로 작동할 수 있습니다.

이더리움 플라즈마는 스마트 컨트랙트와 머클트리를 활용하는 트리구조 입니다. 트리구조에서 루트(패런트) 체인은 그 밑에 여러 개의 무한한 차일드 체인을 만들 수 있습니다. 각 차일드 체인 위에 더 많은 차일드 체인을이 만들어질 수 있으므로, 결국 트리와 같은 구조를 이루게 됩니다.

여러 개의 거래 정보가 자식 체인에 쌓이게 되며, 검증자는 이러한 거래 정보들을 모아 배치 트랜잭션을 생성합니다. 이러한 배치 트랜잭션을 루트 체인에 배포해 거래를 완성합니다. 이더리움 플라즈마는 위와 같은 트리 구조의 스마트 컨트랙트를 온체인이 아닌 오프체인(이더리움 메인넷 밖)에서 처리한 후 트랜잭션 결과를 하나로 묶어 다시 온체인으로 결과를 등록하는 방식입니다. 때문에 검증자가 노드 하나하나가 일치하는지 검증하는 것보다 효율적입니다. 다시말해, 오프체인에서 차일드 체인을 통해 수 많은 거래를 한 번에 처리한 뒤, 루트 체인으로 올려 트랜잭션을 처리하기 때문에 속도가 빠르다는 것입니다.

하지만 이더리움 플라즈마도 대규모 탈출이라는 문제점이 존재합니다. 많은 사람들이 동시에 차일드 체인에서 벗어나고, 그 뒤 루트 체인으로 몰려들어 네트워크가 대규모 혼잡 상황이 발생할 수 있습니다.

하이브리드 레이어2 솔루션

이더리움 플라즈마의 문제점을 해결하기 위해 하이브리드 레이어2 솔루션이 제안됐습니다. 하이브리드 레이어2 솔루션은 오프체인 상에서 해킹을 당할 수 있는 위험을 줄이기 위해 일부를 온체인에서 트랜잭션을 처리하는 것을 말합니다.

하이브리드 레이어2 솔루션에는 롤업이 존재하는데, 크게 옵티미스틱(낙관적) 롤업과 Zk(영지식) 롤업이 존재합니다.

옵티미스틱 롤업은 거짓 증명 방식을 사용하여 플라즈마의 단점을 보완한 기술입니다. 플라즈마가 모든 거래를 오프체인에서 처리한 뒤 온체인에 입력하는 방식이었다면, 옵티미스틱 롤업은 거래 내역을 이더리움에 전송하여 진위확인을 한 후 의심거래가 존재하면 검증자가 트랜잭션을 재실행하여 하나하나 값을 대조하며 검증합니다. 단, 검수가 오래걸려 자금을 되돌려 받기까지의 시간이 오래 걸린다는 단점이 존재합니다. 그럼에도 옵티미스틱 롤업은 블록 생성을 끝까지 기다려야하는 이더리움 메인넷과 달리 마이크로 블록에 하나씩 거래를 담아 즉각적으로 승인을 냅니다. 이에 따라 빠른 속도와 싼 수수료가 큰 장점이 됩니다.

하지만 거래의 과정에 대해서는 오프체인에서 진행되기 때문에 해당 결과까지 나오는 과정을 증명할 방법이 불가능합니다. 이를 해결하고자 Zk(영지식) 롤업이 제안되었습니다.

Zk 롤업은 기존 롤업에 영지식증명(Zero Knowldge proof)을 더한 것으로, 복잡한 수학 및 암호학적 구조를 통해 전송된 트랜잭션이 유효하다는 것을 증명합니다. 이를 유효성 증명이라고 하며, 옵티미스틱 롤업보다 훨씬 더 안전하고 빠른 거래처리 속도를 보이는 장점이 존재합니다. 하지만 영지식 알고리즘의 난이도가 높아 구현까지는 어려운 상황입니다.

그 외 이더리움 레이어2 솔루션 기술

이더리움 레이어2 솔루션의 기술은 이더리움 플라즈마 외에도 다양한 것들이 존재합니다. 스테이트 채널, 사이드체인, Validium 등이 있습니다.

우선, 스테이트 채널은 특정 참여자들간의 채널을 열어 오프체인에서 온체인에 데이터를 기록하는 방식을 말합니다. 1) 거래의 규칙을 기록해둔 스마트 컨트랙트를 메인 체인에 올려 놓고, 2) 블록체인 외복에서 거래를 진행하며, 3)참여자들은 서로의 서명이 담긴 거래 내역을 각자 보관해, 4)거래가 끝나면 최종 결과를 메인 체인의 스마트 컨트랙트에 제출하고, 5) 채널을 닫습니다. 6) 스마트 컨트랙트는 최종 결과에 양측의 서명이 담긴 것을 확인하고, 7) 결과가 조작된 경우 참여자들이 결과에 대해 반박할 수 있도록 일정 시간을 기다립니다. 스테이트 채널과 플라즈마의 가장 큰 차이점은 블록체인을 따로 만들지 않고 진행한다는 점입니다.

스테이트 채널 기술은 데이터 기록 시 스마트 컨트랙트를 이용해 온체인에 적용시키고, 오프체인 상의 거래의 집합을 통해 수수료 비용의 효율화를 이끌어냅니다. 이는 대규모 자금을 한 번에 처리할 때 활용합니다.

사이드체인(SideChain)은 메인체인인 이더리움과 같은 레벨 상에서 독립적으로 동작하는 별도의 블록체인을 말합니다. 사이드체인만의 독립된 노드를 구성하지 않고, 기존 메인체인의 노드에 사이드체인의 노드가 추가되는 방식으로 작합니다. 이는 원하는 합의 알고리즘을 사용할 수 있어 양뱡향 브릿지로 이더리움과 연동해 확장할 수 있습니다.

발리디움(Validium)은 Zk롤업과 동일한 방법의 유효성 증명을 이용하지만 메인체인에 트랜잭션을 기록하지 않고 오프체인에 저장하는 방식입니다. 발리디움은 트랜잭션이 이더리움 네트워크에 저장되지 않으므로 발리디움 체인당 초당 최대 10,000 트랜잭션의 확장성을 허용하며 그 중 여러 개를 병렬로 실행할 수 있습니다.

그러나 발리디움은 이더리움 네트워크의 보안성을 활용하지 않으며, 인출 지연을 제공하지 않아 보안성이 다소 떨어진다는 단점이 있습니다.