새로운 Ethereum 업그레이드(2.0)

공지: 이 개요에는 오래된 내용이 포함되어 있습니다. 작성 이후 Ethereum은 "The Merge"를 성공적으로 완료하고 Beacon Chain이 제공하는 Proof-of-Stake 합의로 전환했습니다. 샤딩 메인넷 계획은 danksharding과 모듈형 설계 원칙이 뒷받침하는 레이어2 중심 로드맵으로 방향을 바꿨습니다.

Ethereum이 처음 새로운 탈중앙화 가능성의 세계를 위한 토대를 마련했을 때, 스마트 컨트랙트와 탈중앙화 애플리케이션에 대한 네이티브 지원으로 사용자들을 끌어모았습니다. 하지만 수백만 명이 이를 채택하면서 에너지 소비가 커졌고, 이는 극도로 높은 가스비, 네트워크 혼잡, 긴 트랜잭션 시간, 큰 블록체인 크기 문제를 일으켰습니다. 이는 Ethereum이 사용하는 합의 메커니즘인 proof of work에서 드물지 않은 문제들입니다.

Ethereum 2.0이란?

Ethereum은 원래 새 업그레이드를 Ethereum 2.0 또는 Eth2라고 불렀습니다. 하지만 2022년 1월 24일부로, 사용자들 사이의 오해로 인해 이 용어를 폐기했습니다. Ethereum은 이제 "실행 계층"(Eth1)과 "합의 계층"(Eth2)이라는 용어를 선호합니다.

이 Ethereum 업그레이드는 실행 계층을 대체하려는 것이 아니라, 이를 보완하기 위한 것이었습니다. 따라서 Eth2는 존재하지 않으며, 더 나아지고 더 발전한 Ethereum만 있을 뿐입니다.

Serenity라고도 불리는 이 업그레이드는 Ethereum을 더 지속가능하고, 확장 가능하며, 안전하게 만들어 구조적 문제 일부를 해결하는 것을 목표로 합니다.

Ethereum은 곧 두 가지 핵심 업그레이드인 Proof of Stake(PoS)와 샤딩을 포함하게 됩니다.

합의 메커니즘을 proof of work(PoW)에서 proof of stake(PoS)로 전환

Proof of stake와 proof of work는 합의 메커니즘으로 알려져 있습니다. 이 메커니즘들은 특정 크립토 네트워크의 모든 컴퓨터가 어떤 트랜잭션이 유효한지 합의할 수 있게 해줍니다.

PoS는 PoW 연산을 수행하는 채굴자 대신, ETH를 "스테이킹"하는 검증자 네트워크가 트랜잭션을 확인하는 합의 메커니즘입니다. 연산 집약적인 PoW 과정에서 벗어남으로써, Ethereum은 앞으로 에너지 소비를 크게 줄이게 됩니다.

샤딩 추가

샤딩에서는 블록체인이 여러 섹션으로 분리되어 네트워크의 부하를 분산합니다. 이전에는 노드가 블록체인 전체의 트랜잭션을 처리해야 했지만, 샤딩을 통해 노드는 이제 자신의 샤드 트랜잭션만 유지하면 됩니다.

Proof of stake로의 전환

Ethereum의 계획된 전환은 Algorand와 Solana 같은 새로운 블록체인들이 Ethereum 대비 PoS의 이점 덕분에 인기를 얻고 있는 시점에 이루어지고 있습니다. 이러한 이점은 흔히 더 낮은 트랜잭션 수수료와 더 빠른 완결 시간(속도)으로 이어집니다.

Ethereum 창시자 Vitalik Buterin을 포함한 많은 이들이 proof of stake와 유사한 합의 메커니즘을 미래의 표준으로 보고 있으며, 그는 대부분의 블록체인이 결국 proof of stake를 사용하게 될 것이라고 믿고 있습니다.

Proof of stake와 proof of work는 어떻게 다른가?

Ethereum은 현재 Bitcoin이 처음 도입한 PoW를 사용합니다. PoW는 흔히 마이닝 풀이라고 불리는 그룹으로 뭉친 채굴자들이 복잡한 수학 문제를 풀기 위해 경쟁하는 방식으로 이루어집니다. 이 과정에서 채굴자들은 Bitcoin의 현재 목표값과 일치하는 해시를 계산하기 위해 경쟁합니다. 올바른 해시를 가장 먼저 찾은 채굴자는 최종적으로 새로 검증된 트랜잭션으로 블록체인을 업데이트하고 그 대가로 체인의 토큰을 받습니다.

PoW는 검증된 안전한 합의 방식이지만, 블록체인 네트워크가 확장됨에 따라 점점 비현실적이고 에너지 집약적인 과정이 되고 있습니다. Ethereum 같은 스마트 컨트랙트 호환 네트워크는 상당한 트랜잭션 양을 생성할 수 있습니다. PoW를 사용해 이러한 트랜잭션을 검증하려면 막대한 컴퓨팅 파워가 필요합니다.

PoS는 채굴을 스테이킹 메커니즘으로 대체하여 이 문제를 해결합니다. 이 메커니즘에서는 검증자가 네트워크에서 검증자로 참여하기 위해 체인 토큰의 일정량을 담보로 예치해야 합니다. PoW와 달리, PoS는 모든 참여자가 한꺼번에 경쟁하는 대신 한 명의 검증자가 무작위로 선택되기 때문에 필요한 연산 능력이 훨씬 적습니다.

검증자가 선택되면, 블록체인에 기록할 권한을 얻고, 그 정보는 attestation이라는 과정을 통해 나머지 네트워크에 의해 검증됩니다. 그 대가로 검증자는 체인의 토큰으로 보상을 받습니다. 선택된 검증자가 잘못되거나 악의적인 블록을 제안하면, slashing이라는 과정을 통해 스테이킹한 자산을 잃게 됩니다. 업그레이드된 Ethereum에서 검증자 노드를 운영하려면 최소 32 ETH를 스테이킹해야 합니다.

샤딩이란?

샤딩은 컴퓨터 과학에서 흔한 개념으로, 부하를 분산시키기 위해 데이터베이스를 분할하는 아이디어입니다. Ethereum의 경우, 이는 네트워크를 "샤드"라고 불리는 64개의 체인으로 분할한다는 것을 의미합니다. 현재의 Ethereum Mainnet과 유사하게, 각 샤드는 결국 자체적인 계정 잔액과 스마트 컨트랙트 세트를 갖게 됩니다.

블록체인을 여러 부분으로 분리함으로써, 검증자는 더 이상 Ethereum 네트워크에 브로드캐스트된 모든 트랜잭션을 처리할 책임을 지지 않습니다. 대신 검증자는 자신의 샤드에서 새 블록을 검증하며, 이를 "위원회"(무작위로 선택된 128명의 검증자)가 메인 Ethereum 체인에서 확인합니다. 샤드 블록이 충분한 attestation을 얻으면, Beacon Chain과 "크로스링크"가 생성되어 전체 네트워크의 트랜잭션을 확인합니다.

Beacon Chain은 샤드들의 주요 조정 메커니즘입니다. 이는 샤드 상태 정보를 다른 샤드로 주고받는 역할과 검증자 프로세스를 관리하는 역할을 담당합니다. Beacon Chain은 샤드 체인을 검증할 스테이커를 배정하기 위해 난수를 생성합니다.

지속가능성에 어떤 영향을 미칠까?

PoS는 PoW처럼 컴퓨팅 파워가 아니라 통화 스테이킹에 의존하기 때문에 에너지 소비가 훨씬 적습니다. 이는 Ethereum에 있어 중요한 개선점입니다. 오늘날 네트워크의 연간 소비량은 112.9 TWh로 추산되며, 이는 네덜란드(인구 1740만 명)의 연간 소비량과 거의 맞먹습니다.

Ethereum 개발팀은 이 전환으로 에너지 소비를 99.95% 줄일 수 있을 것으로 추산합니다.

확장성에 어떤 영향을 미칠까?

에너지 측면의 이점과 더불어, PoS와 샤딩은 Ethereum의 용량을 크게 확장할 것입니다.

현재 Ethereum 네트워크는 초당 15개의 트랜잭션만 지원할 수 있습니다. 수백만 명의 사용자가 합류하고 새로운 애플리케이션이 매일 출시되면서, 이 트랜잭션 한도는 Ethereum의 활용성을 크게 제한해 왔습니다. 게다가 현재의 합의 메커니즘은 각 노드가 전체 네트워크 데이터를 보유하도록 요구하는데, 이는 이미 1TB를 넘어섰습니다. 네트워크가 확장됨에 따라 이러한 디스크 공간 요구사항의 증가는 지속 불가능하며 누가 노드를 운영할 수 있는지를 제한합니다.

PoS에서는 노드 운영에 그러한 상당한 하드웨어 및 에너지 투자가 필요하지 않으며, 이러한 비용은 네트워크 규모가 커져도 증가하지 않습니다.

또한 샤딩을 추가하면 더 많은 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있고 저장 요구사항이 줄어들면서 네트워크 혼잡이 결국 해소될 것입니다. Ethereum 개발팀에 따르면, 이러한 변화는 초당 10만 건의 트랜잭션 처리량으로 이어질 수 있습니다.

보안에 어떤 영향을 미칠까?

PoS의 또 다른 이점은 탈중앙화를 증가시키고 보안을 개선한다는 점입니다. 하드웨어 요구사항이 낮아짐에 따라 네트워크에 더 많은 노드가 참여할 수 있는 진입 장벽이 낮아집니다. 업그레이드 이후 Ethereum은 현재의 2,700개에 비해 최소 16,384개의 검증자를 보유하게 됩니다.

PoS로 전환하는 것은 잠재적인 공격에 대한 유인도 더욱 낮춥니다. 첫째, 검증자에 의한 공격 시도는 프로토콜이 검증자의 스테이킹된 ETH를 파괴하는 slashing으로 이어질 수 있습니다. 둘째, 51% 공격이나 Sybil 공격 같은 공격은 이제 네트워크 채굴 파워의 51%를 장악하는 대신 스테이킹된 ETH의 51%를 보유해야 합니다. 이는 비현실적인 금액(현재 기준 약 150억 달러)일 뿐만 아니라, ETH의 상당한 가치 하락으로 이어질 가능성이 높아 이러한 공격을 단념시킬 것입니다.

Ethereum 개발 타임라인상 우리는 어디에 있는가?

업그레이드 이전

2015년, Vitalik Buterin은 PoS 업그레이드의 필요성을 인식했습니다. 이 업그레이드는 플랫폼에 있어 중요한 업그레이드일 뿐 아니라, Buterin이 오랫동안 기다려온 Ethereum에 대한 비전을 실현하는 것이며, 핵심 Ethereum Foundation 팀이 수년간 노력해 온 목표이기도 합니다.

"Ethereum 1.0을 프로토타입이라고 생각할 수 있습니다. 확장 가능하지 않으리라는 것을 알면서도, 탈중앙화 애플리케이션을 만들 수 있다는 것을 증명하기 위해 무언가를 출시해야 했습니다." — Joe Lubin, Ethereum 공동창업자.

비컨 체인

2020년 12월 1일, 이 새 업그레이드의 첫 부분인 Beacon Chain이 가동을 시작했습니다. 현재 Beacon Chain과 Ethereum Mainnet은 병렬 체인으로 존재하며, 우리가 기존 Ethereum 체인을 사용하는 방식에는 아무런 변화가 없습니다.

Beacon Chain 업데이트는 Ethereum에 PoS를 도입합니다. 사용자는 이제 예치 컨트랙트를 사용해 Mainnet에서 Beacon Chain으로 ETH를 이전할 수 있으며, 이를 통해 ETH를 스테이킹하고 Beacon Chain의 보안을 더욱 강화할 수 있습니다. 하지만 인출은 다음 업데이트인 "Merge"에서 Ethereum Mainnet이 Beacon Chain과 "도킹"할 때까지 불가능합니다. 즉, ETH를 스테이킹한 사람들은 보상을 받기까지 어느 정도 기다려야 합니다. 현재 총 공급량 약 1억 2천만 ETH 중 약 1천만 ETH가 스테이킹되어 있습니다.

처음에는 검증자들이 Beacon Chain에만 새 블록을 추가합니다. 하지만 "Merge"가 일어나면, 이 검증자들은 메인 Ethereum 네트워크에도 블록을 기여하기 시작합니다.

PoS를 구축하는 과정에서, Beacon Chain은 샤딩이 일어나는 데 필요한 인프라를 제공합니다. 결국 Beacon Chain은 안전한 샤딩을 위해 필요한, 샤드 체인 검증자를 무작위로 배정하는 역할을 맡게 됩니다. 샤딩은 "Merge" 이후의 업그레이드에서 추가될 예정입니다.

머지

원래 2021년 4분기로 계획되었던 Merge는 이제 2022년 2분기로 예정되어 있습니다. 완료되면 Ethereum Mainnet은 Beacon Chain 내의 하나의 샤드가 되며, PoS가 공식 합의 메커니즘이 됩니다. Ethereum Mainnet 샤드는 PoS를 사용하게 되어, Ethereum의 PoW와 채굴이 모두 종료됩니다.

Mainnet이 추가됨으로써, 이 새로운 PoS Ethereum은 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있는 능력과 Ethereum의 전체 이력 및 상태를 모두 갖추게 됩니다.

스테이킹된 ETH 인출과 같은 기능들은 Merge 이후 즉시 지원되지 않는다는 점에 주의해야 합니다. 이러한 기능들은 대신 그 뒤를 잇는 첫 하드포크에서 출시될 예정입니다.

샤드 체인

2023년으로 예상되는 샤드 체인은 두 차례의 업데이트로 진행됩니다.

버전 1: 데이터 가용성

샤드 체인은 처음에는 Ethereum 네트워크에 추가 데이터만 제공하며, 63개의 새로운 체인(총 64개)을 추가합니다. 출시 시점에는 트랜잭션이나 스마트 컨트랙트를 지원하지 않습니다. 하지만 이렇게 추가된 체인들은 rollups와 함께 트랜잭션 용량을 크게 개선하고 가스비를 낮춰, 초당 수만 건의 트랜잭션으로 가는 길을 열어줄 것입니다.

Rollups는 메인 Ethereum 체인(레이어 1) 외부에서 트랜잭션을 실행한 다음, 완료된 트랜잭션 데이터를 레이어 1에 게시하는 레이어 2 솔루션입니다. 트랜잭션을 하나의 오프체인 트랜잭션으로 "롤업"하는 이 과정은 상당한 확장성 이점을 가져다줍니다.

버전 2: 코드 실행

업그레이드의 마지막 부분은 샤드를 현재의 Ethereum Mainnet과 더 유사하게 만들어, 트랜잭션 처리 및 스마트 컨트랙트 실행을 가능하게 합니다. 또한 샤드끼리 통신할 수 있게 되어 크로스샤드 트랜잭션이 가능해집니다.

이 단계가 필요한지 여부는 Ethereum 커뮤니티 내에서 논쟁의 대상입니다. 많은 이들은 "버전 1: 데이터 가용성"에서 제공되는 초당 트랜잭션 수 증가만으로 충분하며, 따라서 "더 스마트한" 샤드는 필요하지 않다고 여깁니다.

실행 샤드가 전달 속도를 높이는 데 어느 정도까지 필요할지는 두고 봐야 합니다.

Ethereum 업그레이드의 더 넓은 영향

Ethereum 업그레이드가 실현되면, Ethereum은 전체 블록체인 생태계가 직면한 여러 병목 현상을 해결할 수 있을 것입니다. 이 글을 쓰는 시점의 가스 가격은 쉽게 80 Gwei(약 30달러)를 넘어서며, 이는 소액 이체를 비현실적으로 만들어 사용자 풀을 제한하고 있습니다. 게다가 이러한 혼잡은 긴 트랜잭션 시간을 초래하고 있으며, 많은 경우 몇 시간이 걸려 Ethereum의 현재 활용성을 더욱 제한하고 있습니다.

지속가능성, 확장성, 보안 측면에서 Ethereum의 새로운 발전과 함께, 이러한 병목 현상 중 다수가 개선되어 Ethereum의 더 큰 채택과 사용 사례로 이어지는 길이 열릴 것입니다.

Web3 공간 전체가 이 업그레이드가 가져오는 기술적 개선의 혜택을 확실히 누리게 되겠지만, 대출과 유동성 파밍 같은 DeFi의 일부 영역은 스테이킹이 이러한 투자 전략의 대안이 될 수 있어 경쟁이 심화될 수 있습니다. 하지만 이는 적어도 단기적으로는 불필요한 우려일 가능성이 큽니다. DeFi 수익률은 대체로 업그레이드된 Ethereum의 스테이킹 보상을 상회하기 때문입니다.

애플리케이션들이 이 새로운 기술로 전환하는 데 얼마나 걸릴지는 여전히 열린 질문입니다. Skale 네트워크의 제작사인 Skale Labs의 CEO Jack O'Holleran은 대부분의 앱이 머지가 있을 때까지 기다렸다가 그 이후 "각자의 여유에 맞춰" 전환할 가능성이 높다고 말합니다. 업그레이드가 정확히 언제 완료되거나 완전히 채택될지는 여전히 불확실하지만, 완료되면 전체 생태계에 광범위한 개선을 가져올 잠재력을 제공하리라는 점만은 분명합니다.