원제: "How Proof of Stake Ethereum Works" by Patrick McCorry

원래 번역: 0x Felix

원문 교정: Franci, ECN

Ethereum은 오랫동안 기다려온 이정표 중 하나인 합병에 도달했습니다! 이것은 매우 중요한 순간입니다. 7년 간의 노력 끝에 이더리움 커뮤니티는 작업 증명 메커니즘을 지분 증명 합의 프로토콜로 성공적으로 대체했습니다. 즉각적인 효과는 네트워크의 에너지 소비를 99.95%까지 줄이는 것입니다. 이는 전 세계 전력 소비의 0.02%에 불과합니다. 축하할 만한 결과입니다!

또한 업그레이드로 인해 많은 기술적 이점이 있지만 대부분의 커뮤니티는 명확하지 않습니다. Proof-of-Stake가 작동하는 방식, 왜 중요한지, 앞으로 어떤 흥미로운 기능이 제공될지, 특히 지금은 Proof-of-Stake가 수천억 달러의 자산을 보호하고 있기 때문에 더 쉽게 접근할 수 있는 자료가 필요합니다.

이러한 노력을 지원하기 위해 기술에 관심이 있는 연구원, 개발자 및 최종 사용자를 대상으로 지분 증명 프로토콜을 설명하는 일련의 기사를 준비했습니다. 2주 동안 다음 기사를 게시하고 관련 링크를 업데이트합니다.

- 모듈식 디자인과 두 개의 블록체인,

- 신기원, 슬롯 및 비콘 블록,

- 검증자 증인 및 투표 프로토콜,

- 보상 및 처벌,

- 이더리움의 Proof-of-Stake는 목표를 달성했는가?

또한 다음 주제 중 일부를 다룹니다.

- 등록 및 탈퇴 절차,

- 연체 벌금,

- 애그리게이터 및 소위원회의 역할,

- 스윙 어택(미공개),

- 싱크보드(미공개).

이 기사가 지분 증명 프로토콜의 작동 방식을 이해하는 데 도움이 되고 개발 중에 합의 클라이언트 코드를 시작하기 전에 사전 지식이 되기를 바랍니다.

Teku 팀, 특히 Ben Edington과 Mikhail Kalinin이 내 질문에 답변해 준 데 대해 인내심을 가지고 감사합니다.

모듈식 디자인과 두 개의 블록체인

블록 크기 전쟁은 궁극적으로 탈중앙화를 위한 싸움입니다. 가능한 한 저렴해야 할까요? 아니면 가능한 한 검증 가능해야 합니까?

블록체인 확장성에 대한 탐구로 인해 커뮤니티는 지난 10년 동안 몇 가지 야심찬 제안을 제안했습니다. 문제의 핵심은 근본적인 절충안입니다.

- 경제성: 네트워크에서 거래할 수 있는 사용자 수의 크기.

- 검증 가능성: 트랜잭션 무결성을 실시간으로 검증하기 위해 하드웨어 및 대역폭과 같은 엄격한 요구사항을 가진 사용자 수.

많은 최신 블록체인 시스템은 네트워크 운영자가 이를 실현하기 위해 최선을 다할 의향이 있다고 가정하고 다른 모든 것보다 경제성과 최대 사용자 수를 우선시합니다. 운영자가 열심히 일해야 한다는 이러한 가정은 운영자로 참여할 수 있는 사람의 수가 줄어들기 때문에 블록체인 시스템을 중앙 집중화하는 경향이 있습니다. 특히 운영자가 승인된 제조업체로부터 하드웨어를 구매해야 하는 네트워크의 경우.

현대 블록체인 디자인이 잘못된 것은 아니지만, 어느 쪽도 지금까지 비트코인이나 이더리움과 같은 관심을 받지 못했습니다. 우리가 생각하기에 눈에 띄는 이유 중 하나는 이 근본적인 트레이드 오프입니다. 이것은 비트코인 ​​블록 크기 논쟁의 핵심이며, 커뮤니티는 궁극적으로 누가 장기적인 경제성보다 네트워크의 무결성을 검증할 수 있는지 우선 순위를 정하기로 결정합니다.

이더리움과 마찬가지로 라이트닝 네트워크, 사이드체인 또는 롤업을 통해 경제성을 다른 수준으로 끌어올릴 수 있기를 바랍니다. Ethereum 커뮤니티, 로드맵 및 가치는 모두 동일한 배경에서 비롯됩니다. 유일한 차이점은 이더리움에는 커뮤니티가 이 딜레마를 극복하기 위해 기본 플랫폼을 실제로 변경할 수 있도록 하는 뿌리 깊은 사회적 계약이 있다는 것입니다.

Proof of Stake와 관련이 없는 단 하나의 교훈이 있다면, 탈중앙화 네트워크의 맥락에서 TPS 메트릭이 무의미하다는 것입니다. 확장성은 어떤 대가를 치르더라도 처리량을 늘리는 것이 아니라 다음과 같이 정의해야 합니다.

"완전한 유효성 검사 노드를 실행하는 데 필요한 동일한 컴퓨팅, 대역폭 및 스토리지 요구 사항을 계속 준수하면서 트랜잭션 처리량을 증가시킵니다."

독자로서 이 토론은 이상하게 보일 수 있습니다. 블록체인 확장성에 대해 이야기하는 이유는 무엇입니까? 이것은 지분 증명과 어떤 관련이 있습니까? 게다가 업그레이드가 의미 있는 방식으로 트랜잭션 처리량을 즉시 증가시키지 않기 때문에 이 논의는 주제에서 훨씬 더 벗어난 것처럼 보입니다. 그 이유는 이번 업그레이드가 미래의 확장성 솔루션을 위한 토대를 마련할 수 있는 능력을 과소평가했기 때문입니다.

모놀리식 블록체인에서 모듈식 블록체인으로

새로운 정신 모델 - 합의 참가자는 모든 노력을 다할 필요가 없으며 작업이 올바른지 확인하고 동의하기만 하면 됩니다.

블록 크기 전쟁 이후로 몇 년을 빨리 감아봅시다. 이제 우리는 이 딜레마가 블록체인 시스템의 설계, 즉 모놀리식 블록체인 또는 모듈식 설계에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 더 나은 용어를 갖게 되었습니다.

단일형 블록체인. 이것은 트랜잭션 실행 방법, 데이터 브로드캐스트 방법 및 데이터베이스 저장 방법과 같은 모든 하드웨어 병목 현상에 대한 일반적인 솔루션을 찾으려는 블록체인 프로토콜 및 구현 메커니즘입니다. 참여하는 네트워크 운영자는 모든 무거운 작업을 수행하고 전체 모놀리식 구현을 실행해야 하므로 합의 프로토콜에 참여할 수 있는 사람이 크게 제한됩니다.

모듈식 설계는 리소스를 레이어로 재정의하여 팀이 각 레이어에서 문제를 해결하는 소프트웨어를 구축할 수 있도록 합니다.

리소스는 레이어를 형성합니다. 이더리움의 지분 증명 설계와 장기 로드맵 뒤에 있는 큰 힘 중 하나는 각 리소스를 새로운 계층으로 정의하는 것입니다. 계층이 됨으로써 문제는 분리되고 독립적일 수 있으므로 팀은 각 특정 문제를 해결하기 위해 새로운 소프트웨어 클라이언트를 구축할 수 있습니다. 이것은 모듈식 블록체인 디자인으로 알려져 있습니다.

아마도 모듈식 접근 방식에 대한 가장 중요한 이해는 그것이 합의 참여자의 인식을 어떻게 바꾸는가일 것입니다. 더 이상 워크로드 위에 배치하는 것이 아닙니다. 대신 다음 사항에 중점을 둡니다.

"블록 제안자가 해야 할 최소한의 작업량은 얼마입니까? 불필요하게 힘든 작업을 모두 다른 곳에서 할 수 있습니까?"

대답은 예입니다

유효성 검사기는 라이트 클라이언트 역할을 합니다. 블록체인 프로토콜은 더 이상 네트워크 운영자의 작업을 최대화하도록 설계되지 않습니다. 사실 그 반대입니다. 네트워크 운영자(검증자)는 다른 곳에서 수행된 작업만 확인하고 검증하면 되는 라이트 클라이언트여야 합니다.

그래서 저는 개인적으로 "검증인"이라는 이름을 좋아합니다. 그들의 유일한 임무는 확인하고, 합의에 도달하고, 궁극적으로 이더리움 데이터베이스에 저장된 모든 사용자 자산을 보호하는 것입니다. 장기적으로 참여하려면 상용 하드웨어와 우수한 인터넷 연결만 필요합니다.

또한 유효성 검사기를 가벼운 클라이언트로 만들어 노드 소프트웨어 실행의 이타적 특성을 해결할 수 있습니다. 사용자는 마침내 블록체인을 검증하고 실시간으로 무결성을 확인하는 대가를 받을 수 있습니다. 또한 그들이 작업을 수행하고 있는지 확인할 수 있습니다.

두 개의 블록체인

이번 합병은 이더리움 사양을 모듈식 설계로 전환하는 첫 번째 이정표입니다.

트랜잭션 순서의 글로벌 합의를 트랜잭션의 최종 실행과 분리합니다. 동시에 두 개의 새로운 블록체인을 소개합니다.

1) 블록체인을 구현합니다. 사용자 생성 트랜잭션 및 스마트 계약 실행을 처리하는 원래 이더리움 블록체인입니다. 때때로 ETH 1 블록체인이라고도 합니다.

2) 합의된 블록체인. 합의 레이어 전용 블록체인. 블록체인을 실행하는 캐노니컬 체인을 결정하고 지분 증명의 전사를 기록합니다. 비콘 블록체인이라고도 합니다.

두 개의 소프트웨어 클라이언트. 작업 증명 PoW 모듈과 일반적으로 표준 체인에 대한 결정을 다루는 모든 코드는 원래 이더리움 노드 소프트웨어에서 제거할 수 있습니다. 전체 실행 환경은 그대로 유지되며 이제 실행 클라이언트라고 합니다. 정식 실행 체인을 검색하기 위해 새 블록에 대한 합의 계층("합의 클라이언트")을 처리하는 소프트웨어 클라이언트를 폴링합니다.

구현 블록체인과 클라이언트는 크게 변경되지 않았기 때문에 우리 기사는 지분 증명 프로토콜의 합의 계층을 구현하는 데 중점을 둘 것입니다.

다중 클라이언트 생태계. 위에서 설명한 분리의 결과로 여러 팀이 독립적으로 합의 또는 실행 문제를 해결하려고 시도했습니다. 물론 두 경우 모두 일반 사양을 따라야 하지만 구현 세부 사항을 자유롭게 실험할 수 있습니다. 현재 번성하고 있는(놀랍게도 자금이 풍부한) 다중 클라이언트 생태계가 있습니다. 예를 들어 합의 클라이언트에는 Teku 및 Prysm이 포함되고 실행 클라이언트에는 Geth, Erigon 및 Nethermind가 포함됩니다.

유효성 검사기는 합의 및 실행 클라이언트의 다양한 조합을 실행하도록 권장됩니다. 이것은 동일한 버그가 여러 독립적인 구현에 복제되지 않기를 바라며 합의 수준의 버그에 대한 첫 번째 방어선입니다. 이 소프트웨어 엔지니어링 관행을 "N-버전" 프로그래밍이라고 합니다.

마지막에 쓰기

마지막에 쓰기

주의 깊은 독자라면 여기에서 데이터 가용성, 실행 및 결제 계층의 사용을 알아차렸을 수 있지만 지분 증명 이더리움은 합의 및 실행 계층의 토대를 마련합니다.

장기 로드맵은 다음과 같습니다.

합의 → 데이터 가용성. 모든 유효성 검사기는 데이터 순서에 대한 합의에 도달하고 proto-danksharding은 이 역할을 강화하는 데 도움이 됩니다.

롤업 → 실행 레이어. 롤업은 실행 계층의 역할을 맡습니다.

ETH 1 → 결제 계층. 오리지널 이더리움 블록체인은 모든 사용자 정의 자산을 보호하는 신뢰의 기반입니다.

이 명명법은 Ethereum 프로토콜의 향후 반복에 따라 혼란스러울 수 있습니다. 구현 및 배포되었으므로 이제는 단순히 합의 및 시행 레이어라고 부릅니다.