모듈러 블록체인(Modular Blockchain)은 블록체인의 핵심 기능들을 여러 개의 독립된 계층으로 분리하여 각각의 역할을 최적화하고, 확장성을 극대화하는 새로운 블록체인 아키텍처입니다. 기존의 블록체인(예: Ethereum, Bitcoin)은 모놀리식(Monolithic) 구조로, 하나의 블록체인에서 모든 기능(합의, 데이터 가용성, 실행)을 동시에 처리하는 방식이지만, 모듈러 블록체인은 각 기능을 독립적으로 분리하고 이를 다른 계층 또는 블록체인에서 처리하도록 합니다.
모듈러 블록체인은 더 나은 확장성, 유연성, 상호운용성을 목표로 하며, 특히 블록체인 네트워크가 증가하는 트랜잭션 수요를 처리하는 데 있어서 더 효율적인 해결책을 제시합니다.
1. 모듈러 블록체인의 주요 특징
모듈러 블록체인은 블록체인 네트워크의 3가지 주요 기능을 분리하여 다루고 있습니다:
- 합의(Consensus): 네트워크에서 어떤 트랜잭션이 유효하며, 트랜잭션의 순서를 결정하는 메커니즘.
- 데이터 가용성(Data Availability): 트랜잭션 데이터가 올바르게 전파되었고, 네트워크 참여자들이 그 데이터를 확인할 수 있는지 여부를 보장하는 것.
- 실행(Execution): 스마트 계약이나 트랜잭션을 실제로 처리하고 실행하는 과정.
기존의 모놀리식 블록체인은 이 세 가지 기능을 하나의 블록체인에서 모두 처리하지만, 모듈러 블록체인은 이를 분리하고, 각 계층이 별도로 최적화된 역할을 수행하도록 설계되어 있습니다.
2. 모듈러 블록체인의 구조
모듈러 블록체인은 각 기능을 담당하는 모듈형 계층으로 나눌 수 있으며, 대표적으로 다음의 세 가지 계층으로 나눌 수 있습니다.
1) 데이터 가용성 계층(Data Availability Layer)
데이터 가용성 계층은 트랜잭션 데이터가 네트워크 전체에 올바르게 전파되었는지 확인하는 역할을 합니다. 데이터 가용성은 블록체인 네트워크의 무결성을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 하며, 이를 통해 네트워크의 검열 저항성과 보안성을 보장할 수 있습니다.
- 데이터 가용성 문제를 해결하기 위해 데이터 가용성 샘플링(Data Availability Sampling, DAS) 같은 기술이 사용됩니다. 이 기술은 전체 데이터를 다운로드하지 않고도 네트워크 노드들이 데이터가 올바르게 배포되었는지 확인할 수 있게 하여 확장성 문제를 해결합니다.
대표적인 예: Celestia
- Celestia는 모듈러 블록체인의 데이터 가용성 계층을 제공하며, 다른 블록체인 또는 실행 계층이 Celestia를 사용해 데이터를 저장하고 검증할 수 있습니다.
2) 합의 계층(Consensus Layer)
합의 계층은 네트워크가 트랜잭션을 검증하고 합의를 이루는 역할을 담당합니다. 이는 블록을 생성하고, 블록이 네트워크 전체에서 유효한지 확인하는 과정입니다. 모듈러 블록체인에서는 이 계층이 다른 계층과 독립적으로 작동하며, 데이터 가용성이나 실행과는 분리된 채로 트랜잭션의 순서를 정하고 블록을 검증합니다.
대표적인 예: Tendermint, Ethereum 2.0
- Tendermint는 Cosmos SDK에서 사용하는 합의 프로토콜로, 빠르고 안전한 합의를 달성하기 위해 설계되었습니다.
- Ethereum 2.0에서의 비콘체인(Beacon Chain) 역시 합의 계층의 역할을 담당합니다.
3) 실행 계층(Execution Layer)
실행 계층은 트랜잭션을 실제로 처리하고, 스마트 계약을 실행하며, 그 결과를 네트워크에 기록하는 역할을 합니다. 이 계층은 스마트 계약 플랫폼에서 트랜잭션을 처리하고, 계약의 상태를 관리하는 역할을 합니다. 모듈러 블록체인에서 실행 계층은 데이터 가용성이나 합의 계층과 독립적으로 작동할 수 있어, 더 높은 확장성과 유연성을 제공합니다.
대표적인 예: Optimistic Rollups, zk-Rollups
- Rollups는 실행을 레이어 2에서 처리하면서, 데이터 가용성과 합의는 레이어 1에서 처리하는 확장 솔루션입니다. 이를 통해 확장성과 처리 성능을 대폭 향상시킬 수 있습니다.
3. 모듈러 블록체인의 장점
1) 확장성(Scalability)
모듈러 블록체인의 가장 큰 장점 중 하나는 확장성입니다. 모놀리식 블록체인에서는 모든 트랜잭션 데이터가 각 노드에서 처리되고 저장되기 때문에 트랜잭션 처리량에 제한이 있습니다. 하지만 모듈러 구조에서는 데이터 가용성과 실행을 분리하여 트랜잭션 데이터를 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이로 인해 블록체인이 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있게 됩니다.
- 병렬 처리: 모듈러 블록체인은 서로 다른 계층에서 병렬로 작업을 처리할 수 있기 때문에, 블록체인의 트랜잭션 처리 능력을 향상시킬 수 있습니다.
2) 유연성(Flexibility)
모듈러 블록체인은 각 계층을 독립적으로 최적화할 수 있기 때문에 더 유연한 구조를 제공합니다. 예를 들어, 실행 계층에서 Ethereum Virtual Machine(EVM)을 사용하거나, 다른 맞춤형 실행 계층을 구축할 수 있습니다. 이는 다양한 블록체인 애플리케이션에 적합한 환경을 제공할 수 있게 합니다.
- 개발자는 특정 애플리케이션 요구에 맞춘 블록체인 환경을 구성할 수 있으며, 데이터 가용성이나 합의 메커니즘을 자신의 선택에 맞게 설계할 수 있습니다.
3) 보안 강화(Security)
모듈러 블록체인은 데이터 가용성과 합의의 독립성을 통해 더 안전한 네트워크를 구축할 수 있습니다. 각 계층이 독립적으로 작동하기 때문에, 한 계층에서 문제가 발생해도 다른 계층이 그 문제를 상쇄하거나 보호할 수 있습니다.
- 데이터 가용성 보장: Celestia 같은 모듈러 블록체인은 데이터 가용성을 보장하는데 특화되어 있어, 블록체인의 검열 저항성과 신뢰성을 강화합니다.
4) 다양한 레이어 2 솔루션과의 연동성
모듈러 블록체인은 레이어 1과 레이어 2 간의 상호작용을 원활하게 만들어 레이어 2 솔루션이 블록체인 네트워크의 확장성 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있도록 합니다. 특히 Rollups(Optimistic Rollup, zk-Rollup 등) 같은 레이어 2 확장 솔루션과 결합할 때 모듈러 구조는 매우 효과적입니다.
- Rollups는 데이터 가용성 계층에 의존하여 레이어 2에서 대규모 트랜잭션을 처리하고, 최종 상태를 레이어 1에 기록합니다. 이때 모듈러 블록체인의 구조는 Rollups가 효율적으로 작동하는 데 큰 도움이 됩니다.
4. 모듈러 블록체인의 한계
1) 복잡한 구현
모듈러 블록체인은 각 계층이 독립적으로 작동해야 하므로, 이를 구현하는 데 더 많은 기술적 복잡성이 요구됩니다. 기존의 모놀리식 블록체인은 비교적 단순한 구조로 하나의 네트워크에서 모든 기능을 처리하지만, 모듈러 블록체인은 각 기능이 상호작용해야 하기 때문에 복잡성이 증가합니다.
2) 노드 역할의 분리
모듈러 블록체인에서는 각 계층의 역할을 다르게 나누기 때문에, 풀 노드나 라이트 노드와 같은 노드의 역할이 기존 블록체인과 달라질 수 있습니다. 이는 네트워크 참여자들이 새로운 방식에 적응해야 한다는 도전 과제를 제공합니다.
3) 상호운용성 문제
각 계층이 서로 다른 기능을 수행하고, 다른 블록체인이나 레이어 2 솔루션과 연동되기 때문에, 상호운용성이 중요한 요소가 됩니다. 만약 특정 계층이나 솔루션 간에 호환성이 부족하거나 문제가 발생할 경우, 네트워크 전체의 성능이나 안전성에 영향을 미칠 수 있습니다.
5. 모듈러 블록체인의 사례
1) Celestia
Celestia는 모듈러 블록체인의 대표적인 예시로, 데이터 가용성 계층에 중점을 둔 블록체인입니다. Celestia는 데이터를 저장하고 전파하는 역할을 담당하며, 다른 블록체인이나 레이어 2 솔루션들이 이 계층을 활용하여 데이터를 효율적으로 관리할 수 있게 합니다.
2) Ethereum 2.0
Ethereum 2.0은 모듈러 구조로 전환하려는 계획의 일환으로 비콘체인(Beacon Chain)을 도입하여 합의 계층을 별도로 운영하고 있습니다. 또한, Rollups와 같은 레이어 2 솔루션을 활용하여 실행을 레이어 2에서 처리하고 데이터 가용성은 Ethereum의 레이어 1에서 처리하는 방식으로 확장성을 극대화하고 있습니다.
3) Rollups(Optimistic Rollups, zk-Rollups)
Rollups는 모듈러 구조의 대표적인 레이어 2 솔루션으로, 트랜잭션을 실행하는 역할을 맡고 있습니다. Rollups는 실행 계층을 레이어 2에서 처리하고, 데이터를 압축하여 레이어 1에 기록하는 방식으로 확장성을 제공합니다.
6. 모듈러 블록체인의 미래
모듈러 블록체인은 앞으로 블록체인의 확장성과 효율성을 극대화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. Celestia와 같은 모듈러 블록체인은 다양한 레이어 2 솔루션과 결합하여 더 높은 확장성, 보안성, 그리고 유연성을 제공할 수 있습니다. 이를 통해 블록체인은 더 많은 애플리케이션을 지원하고, 대규모 채택을 위한 인프라를 제공할 것입니다.
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