다양한 데이터 가용성 계층 간의 차이점은 무엇입니까? 이 기사에서는 각 접근 방식의 장점과 단점을 살펴보겠습니다.
최근 몇 년 동안 실행 확장에 대한 관심이 높아짐에 따라 레이어 2가 주목을 받고 채택되기 시작했습니다. 동시에 점점 더 많은 플레이어가 제한된 블록 공간과 높은 비용으로 인해 성장 문제에 직면하고 있습니다. 그들은 블록체인을 효과적으로 확장하기 위해서는 확장 가능한 데이터 가용성 계층이 중요하다는 것을 깨닫기 시작했습니다. 이는 또한 비용을 절감하고 다양한 유형의 롤업을 지원하기 위해 더 큰 블록 공간을 가질 수 있는 기본 기술 계층이 필요하다는 것을 의미합니다.
Avail과 다른 여러 팀은 처음부터 확장 가능한 데이터 가용성 솔루션을 구축하고 있는 반면, Ethereum과 같은 다른 팀은 기존 블록체인의 데이터 가용성 용량을 늘리려고 노력하고 있습니다. 접근 방식에 관계없이 한 가지 사실은 남아 있습니다. 현재 선택하는 기본 계층 개발자가 향후 경쟁 우위를 결정하게 될 것입니다.
Avail은 블록체인의 데이터 가용성을 높이는 것을 목표로 빠르게 성장하는 모듈형 생태계의 일부입니다. Avail 외에도 동일한 목표를 향해 노력하는 Celestia 및 EigenDA와 같은 다른 데이터 가용성(DA) 솔루션이 있습니다. 다양한 솔루션은 블록체인 확장성을 달성하기 위해 다양한 전략과 기술 경로를 사용하고 있습니다. 일례로, 이더리움은 현재 EIP-4844라고도 알려진 Proto-Danksharding이라는 기술을 채택하고 있습니다. 이 기술은 완전한 Danksharding 기술이라는 이더리움의 장기 목표를 향한 한 걸음입니다.
이 기사에서는 각 접근 방식의 장점과 단점을 평가합니다. 포괄적인 이해를 돕기 위해 다양한 디자인 옵션을 강조하겠습니다. 개발자가 자신에게 가장 적합한 DA 레이어를 찾을 수 있도록 도와줍니다.
개요부터 시작한 다음 각 카테고리를 자세히 살펴보겠습니다.
사이버 보안
기본 계층을 고려할 때 네트워크의 보안과 복원력이 가장 먼저 고려되는 사항입니다. 네트워크 강도를 확인할 때 주요 요소는 다음과 같습니다.
합의 메커니즘
합의 메커니즘에는 활성 상태와 보안 사이에 근본적인 딜레마가 있습니다. Liveness는 트랜잭션이 빠르게 처리되고 네트워크가 계속 실행되도록 보장하며, 보안은 트랜잭션이 정확하고 안전하도록 보장합니다. 다양한 블록체인 시스템은 올바른 균형을 유지하기 위해 고유한 사용 사례에 대해 다양한 선택을 합니다.
Avail은 Polkadot SDK의 두 가지 합의 메커니즘인 BABE와 GRANDPA를 사용합니다. BABE는 주로 블록을 생성하는 데 사용됩니다. 네트워크의 활력을 보장하기 위해 검증 노드와 협력하여 어떤 노드가 새로운 블록 생산자가 될지 결정합니다. GRANDPA는 블록의 최종 확인을 주로 담당합니다. 2/3 이상의 검증인이 체인에 특정 블록이 포함되어 있음을 확인하면 GRANDPA는 이 특정 블록까지의 모든 이전 블록을 확인하는 블록을 허용합니다. Avail은 이 두 메커니즘을 결합하여 네트워크의 탄력성을 높이는 하이브리드 원장을 생성하여 임시 네트워크 파티션이나 대규모 노드 오류에서도 살아남을 수 있도록 합니다.
Avail의 디자인 선택은 Ethereum에서 사용되는 Casper 및 LMD GHOST와 유사합니다. LMD GHOST는 BABE와 같은 확률적 최종성에 의존하는 이더리움의 블록 생산 엔진인 반면, GRANDPA와 같은 Casper FFG는 최종성을 보장하는 최종화 메커니즘입니다.
Tendermint를 사용하기로 한 Celestia의 설계 선택을 통해 생성 시 블록을 결정할 수 있습니다. 그러나 그러한 옵션의 트레이드오프는 운영자 또는 검증자의 1/3 이상이 다운되면 체인이 중단될 수 있다는 위험입니다. 블록 완결성은 데이터 가용성을 보장하지 않는다는 점에 유의하는 것도 중요합니다. Celestia는 사기 방지 설계를 사용합니다. 이 설계에서는 블록이 신속하게 최종성을 달성하더라도(즉, 확인되어 변경할 수 없음) 사용자는 관련 데이터를 사용할 수 있다고 확신할 때까지 기다려야 합니다.
DAC(데이터 가용성 위원회)는 데이터 접근성 보장 또는 데이터 가용성 확인을 담당하는 조직 또는 단체의 그룹입니다. 데이터가 사용 가능한지 확인하면 특정 암호화 서명을 사용하여 이 확인을 표현합니다. 이는 과반수 이상의 위원회 구성원이 특정 데이터를 사용할 수 있다는 데 동의할 경우 특별한 디지털 서명을 사용하여 이 사실을 증명한다는 의미입니다.
EigenDA는 이더리움 메인체인에 직접 저장되지 않는 DAC이므로 오프체인 DAC라고 불립니다. Ethereum 네트워크의 검증인은 EigenDA에 가입할 수 있는 옵션이 있습니다. DAC 회원은 특정 데이터의 가용성을 확인할 때 스마트 계약 기반 증거 또는 설명을 제공합니다. 이 인증은 데이터의 신뢰성이나 무결성을 확인했음을 보여줍니다. 또한, 데이터의 순서나 구조를 보장하기 위해 DAC 회원은 외부의 독립적인 서비스에 의존하여 데이터를 정렬하거나 정리합니다.
분산
네트워크의 보안을 고려할 때 고려해야 할 두 가지 주요 요소는 스테이크된 총량과 해당 스테이크의 분배입니다. 탈중앙화 정도, 즉 약속된 금액이 얼마나 균등하게 분배되는지는 네트워크 보안에 직접적인 영향을 미칩니다. 잠재적 공격 비용은 네트워크 보안을 평가하는 데 사용됩니다. 왜냐하면 스테이킹된 양이 더 큰 검증자 세트에 균등하게 분배된다면 네트워크를 공격하려는 방해 행위자는 더 많은 노드가 동일한 스테이킹된 양을 요구하도록 설득해야 하기 때문입니다.
Avail은 Polkadot의 NPoS(지명 지분 증명)를 상속하여 최대 1,000명의 검증자를 지원할 수 있습니다. NPoS는 다중 승자 선출 방식인 순차적 Phragmén 방식으로 인해 스테이킹 중앙화의 위험을 줄일 수 있는 효율적인 보상 분배를 제공합니다.
Avail은 다른 시스템과 같이 네트워크 문제나 병목 현상이 발생할 경우 데이터를 가져오기 위해 전체 노드에 전적으로 의존하는 대신 라이트 클라이언트 P2P 네트워크에서 데이터를 샘플링하는 기능에서 모든 데이터 가용성 솔루션 중에서 독특합니다. 이 기능은 Avail을 기존 및 향후의 다른 데이터 가용성 솔루션과 차별화합니다. 이 기능으로 인해 Avail은 장애가 발생하더라도 데이터 가용성을 보장하는 효율적이고 안정적인 백업 메커니즘을 제공합니다. 이를 통해 Avail의 데이터 가용성 네트워크의 안정성과 간섭 방지 기능이 더욱 향상됩니다.
Celestia는 Tendermint를 합의 프로토콜로 사용하며 검증자 세트는 최대 수백 개에 달할 수 있습니다.
단일 블록체인인 이더리움은 900,000개 이상의 검증자 노드를 통해 보안의 표준으로 사용되지만 네트워크의 분포 정도는 이 수치에 완전히 반영되지 않습니다.
이와 대조적으로 DAC에는 일반적으로 블록체인 데이터의 가용성을 확인하는 역할을 하는 몇 개의 노드만 포함됩니다.
재스테이킹 프로세스는 이더리움에서 얻은 보안에 의존하지 않으며 보안은 주로 플랫폼의 Ether 재스테이킹 총량에 따라 달라집니다. 이는 재스테이킹 자체가 플랫폼의 보안을 향상시키는 데 직접적인 도움이 되지 않고, 이더리움에 고정되어 있는 기존 약속의 일부만 활용한다는 것을 의미합니다.
EigenDA는 전체 노드의 서명을 집계합니다. 그러나 스마트 계약을 통해 검증된 주장은 데이터 가용성 샘플링과 동일한 수준의 데이터 가용성(DA) 보장을 제공하지 않습니다. EigenLayer는 Ethereum에 잠겨 있는 자금이나 자산을 사용하여 자체 네트워크를 지원하겠다고 약속하는 재스테이킹 전략을 채택합니다. 그러나 이 접근 방식은 특정 검증자를 재사용하고 합의 메커니즘의 과부하를 초래할 수 있기 때문에 일부 비판을 받았습니다.
실행 환경 추가 소모
지난 10년 동안 스마트 계약 기능을 갖춘 단일 블록체인은 획기적인 혁신을 가져왔습니다. 그러나 데이터 가용성, 실행, 결제가 하나로 통합되는 이더리움과 같은 이 시대의 최첨단 기술조차도 상당한 확장성 제한을 안고 있습니다. 이러한 제한으로 인해 실행이 오프체인으로 이동하는 레이어 2 기술이 등장하고 EIP-4844(Proto-danksharding 및 Danksharding이라고도 함)와 같은 제안된 개선 사항이 개발되었습니다.
신성한 스마트 계약은 상태를 정의하고 롤업에 대한 다리 역할을 합니다. 이 접근 방식에서 Ethereum은 롤업의 정확성을 확인하기 위한 권한 및 표준 역할을 합니다.
Avail은 기본 계층에서 실행 및 정산을 분리하고 롤업이 Avail에 직접 데이터를 게시할 수 있도록 합니다. 이 모듈식 접근 방식의 장점은 Avail 기반 롤업이 Avail의 P2P 라이트 클라이언트 네트워크를 활용하여 상태를 쉽게 확인할 수 있다는 것입니다. 또한 네트워크가 실행 증명을 제공하는 데 사용되는 경우 롤업은 상태를 정의하기 위해 스마트 계약이나 기본 계층에 의존하지 않고도 자체적으로 업그레이드할 수 있습니다. 이는 더 큰 유연성과 자율성을 갖춘 롤업을 제공합니다. 이 새로운 접근 방식은 개발자에게 필요에 따라 확장할 수 있는 기본 레이어를 제공하여 원하는 지원 레이어와 합의를 연결할 수 있는 옵션을 제공합니다.
Celestia는 Avail과 유사한 접근 방식을 취합니다. 유일한 차이점은 전체 노드가 중단되는 경우 라이트 클라이언트가 아직 네트워크를 지원할 수 없다는 것입니다.
EigenDA에는 고정된 정착 레이어도 없습니다.
발전 가능성
데이터 가용성(DA) 계층의 보안 및 탄력성 외에도 롤업 및 그 위에 구축된 블록체인의 증가하는 수요를 수용하는 능력은 성공에 매우 중요합니다. 고려해야 할 몇 가지 주요 요소를 살펴보겠습니다.
유효성 증명
유효성 증명을 논의할 때 데이터 가용성 계층에서 사기 증명과 유효성 증명 간의 균형을 이해하는 것이 중요합니다. Avail에서 사용하는 KZG 약속은 메모리, 대역폭 및 스토리지 요구 사항을 줄이고 단순성을 제공하는 DA를 보장하기 위한 유효성 증명입니다. 즉, 증명의 크기가 다항식 복잡성의 영향을 받지 않음을 의미합니다. 이로 인해 KZG는 효율성, 개인 정보 보호 및 확장성이 모두 중요한 영지식 기반 블록체인에 이상적이라고 약속됩니다.
또한 Avail의 라이트 클라이언트는 데이터에 빠르게 액세스하고 샘플링하며 올바른 블록 인코딩을 보장하여 새 블록이 완료될 때 데이터 가용성을 보장하는 반면, 사기 방지를 위해서는 챌린지 기간이 만료될 때까지 기다려야 합니다. KZG 약속과 Avail의 라이트 클라이언트의 결합은 Avail의 검증 프로세스를 가속화하여 Avail에 구축된 롤업 또는 소버린 체인이 빠른 검증 프로세스를 활용하고 향후 수년간 블록체인 설계의 확장성과 유연성을 창출할 수 있도록 합니다. 이 인증 방법은 Avail과 Celestia와 같은 DA 레이어 간의 주요 차별화 요소입니다.
Celestia는 KZG 약속 생성보다 훨씬 빠른 보안 해시 기능을 사용합니다. 여기서 절충점은 삭제 코딩의 정확성을 확인하기 위해 사기 증명에 의존해야 한다는 것입니다. 이로 인해 데이터 가용성 보장이 지연될 수 있습니다.
Celestia의 라이트 노드는 데이터가 사용 가능한지 또는 아직 수신되지 않은 사기 증거가 있는지 명시적으로 확인할 수 없습니다. 즉, 사기 증명을 사용하면 낙관적 검증의 일부로 필요한 도전 기간이 필요하기 때문에 네트워크의 라이트 노드가 샘플링 후 데이터의 가용성을 명확하게 확인하는 능력이 감소합니다.
EigenDA는 KZG 약속을 사용하고 완전한 데이터 블록이 아닌 소량의 데이터만 다운로드하고 유효성 증명을 사용합니다. 이들의 접근 방식은 삭제 코딩을 사용하여 데이터를 더 작은 청크로 분할하고 운영자가 전체 데이터 청크 크기의 일부에 불과한 청크 하나만 다운로드하여 저장하도록 하는 것입니다.
Ethereum의 경우 현재 버전에서는 유효성 증명을 사용하지 않지만 EIP-4844 및 전체 Danksharding은 구현 시 유효성 증명을 사용합니다.
확장된 기능
L2의 확산은 비싼 비용과 느린 트랜잭션 등 이더리움의 한계로 인해 발생합니다. 이는 Ethereum의 실행 계층이 되어 블록 공간에 대한 수요가 증가했습니다. 현재 이더리움에 데이터를 게시하는 비용은 전체 롤업 비용의 70~90%를 차지하는 것으로 추정됩니다. 이로 인해 Ethereum에서 개발된 유효성 검사기와 애플리케이션에 추가 비용이 발생합니다.
Avail 및 Celestia와 같은 기본 레이어는 이 문제를 해결하도록 설계되었습니다. 수요가 증가함에 따라 블록 크기를 동적으로 확장할 수 있는 기능을 통해 데이터 가용성에 최적화되었습니다. 라이트 클라이언트와 데이터 가용성 샘플링(DAS)을 결합함으로써 네트워크 수요 증가에 대응하여 데이터 가용성 블록 크기를 확장할 수 있는 이점이 있습니다. 즉, 블록 공간이 늘어나도 그 위에 구축된 애플리케이션은 영향을 받지 않습니다. 왜냐하면 이러한 네트워크 내의 라이트 클라이언트는 전체 블록을 다운로드하지 않고도 DAS를 실행할 수 있기 때문입니다. 이 독특한 기능은 단일 블록체인과 차별화됩니다.
2023년 9월 현재 이더리움은 시가총액 1,910억 달러로 가장 큰 커뮤니티를 보유하고 있습니다. 이더리움을 기반으로 구축된 프로토콜은 규모의 경제를 누리고 있지만 지난 몇 년 동안 제한된 블록 공간으로 인해 비싼 거래 비용에 직면해 있습니다. 롤업이 성장하면서 사용자 수와 거래량이 최고조에 달했고, 롤업은 실행을 위한 최선의 선택이 되었습니다. 블록체인 기술이 널리 보급됨에 따라 블록 공간에 대한 수요는 계속해서 증가할 것입니다.
DAC는 단순한 중앙 집중식 접근 방식으로 확장할 수 있지만 일부 롤업에서는 분산형 DA 솔루션을 설계할 수 있을 때까지 임시 수단으로 DAC를 사용했습니다.
데이터 가용성 샘플링
Avail과 Celestia는 모두 DAS(Data Availability Sampling)를 통해 라이트 클라이언트를 지원하므로 라이트 클라이언트가 최소한의 신뢰 보안을 제공할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 주요 차이점은 검증이 수행되는 방식과 중단이나 병목 현상이 발생할 경우 Avail의 라이트 클라이언트 P2P 네트워크가 전체 노드를 대체하여 네트워크를 지원하는 방식입니다.
반면 EIP-4844 이후의 이더리움에는 DAS가 탑재되지 않습니다. 이는 라이트 클라이언트가 업그레이드된 최소 신뢰 보안 기능을 갖지 않음을 의미합니다. 한 단계 더 나아가 이더리움의 DA 솔루션에는 스마트 계약 환경이 포함됩니다. 전체 danksharding에서는 Blob 공간을 확장하기 위해 DAS가 구현될 예정이며, 이는 향후 몇 년 내에 구현될 것으로 예상됩니다.
EigenDA의 보안은 DAS(데이터 가용성 샘플링)가 없기 때문에 소수의 전체 노드 또는 기타 엔터티에 대한 신뢰를 바탕으로 구축되었습니다. 프로토콜의 무결성은 위원회의 대다수가 정직하고 적어도 하나의 다른 주체가 데이터 사본을 보유하고 있다는 점에 달려 있습니다. 이는 낙관적 구성과 유사합니다. 이중 쿼럼 접근 방식은 단일 쿼럼에 비해 보안을 향상시키지만 DAS를 통한 독립적인 검증이라는 이상적인 수준에는 여전히 미치지 못합니다.
비용
이더리움은 혼잡도와 수요에 비해 가장 비싼 솔루션입니다. EIP-4844를 사용하더라도 이더리움은 블록 공간을 일회성 증가만 제공하기 때문에 여전히 비용이 많이 듭니다. DAC는 가장 저렴하지만 더 중앙화된 접근 방식을 취하는 대가가 따릅니다.
실행 계층이 없으면 Avail과 Celestia는 비용을 낮게 유지할 수 있습니다. 또한 오늘날 이더리움은 DAS 없이는 할 수 없는 블록 공간을 쉽게 늘릴 수도 있습니다.
EigenDA의 경우 변동 수수료와 고정 수수료가 모두 포함된 유연한 비용 모델을 도입하겠다고 밝혔지만 실제 비용은 아직 발표되지 않았습니다.
성능 하이라이트
이제 성장 잠재력을 살펴보았으므로 이러한 블록체인의 성능을 살펴보겠습니다.
블록타임
각 필수 빌드 블록의 시간을 보려면 위의 표를 참조하세요.
블록을 구성하는 데 걸리는 시간만으로 블록체인의 성능을 측정하는 것은 특이합니다. 이 지표는 블록 확인부터 검증 완료까지 프로세스의 한 측면만 다루기 때문입니다. 즉각적인 최종성을 제공하는 합의 메커니즘을 사용하더라도 사기 증명 기반 방법을 사용하면 DA 검증에 시간이 걸릴 수 있습니다.
Ethereum은 Casper를 사용하여 64~95개 슬롯마다 블록을 마무리합니다. 이는 Ethereum 블록 최종성이 약 12~15분임을 의미합니다.
EigenLayer는 블록체인이 아니라 Ethereum에서 실행되는 일련의 스마트 계약입니다. 이는 이더리움과 동일한 결정론적 시간을 상속한다는 의미입니다. 따라서 사용자가 롤업을 위해 트랜잭션을 보내는 경우 롤업은 데이터가 사용 가능하다는 것을 증명하기 위해 트랜잭션 데이터를 EigenLayer로 전달해야 합니다. 그러나 거래는 이더리움 블록이 확정된 경우에만 완료된 것으로 간주되므로 롤업이 거래를 승인하더라도 지연이 발생할 수 있습니다. 더 빠른 DA 보장과 암호화폐 경제 조치를 제공하여 문제를 회피하는 방법이 이미 논의되고 있습니다.
블록 공간
롤업이 미래의 실행 계층이 되면서 블록 공간에 대한 수요는 더욱 늘어날 것입니다. Avail 및 Celestia와 같은 DA 레이어는 모듈식 설계로 인해 수요를 충족할 수 있지만 Ethereum의 블록 공간 성장은 제한됩니다. Avail의 Kate 테스트넷은 블록 크기 2MB로 구성되었으며, 이를 4MB로 복사하고 삭제 코딩했습니다. Avail은 효율적인 클라이언트 측 검증 기술을 사용하여 블록 크기를 늘리는 기능이 독특합니다. 내부 벤치마크를 통해 Avail은 최대 128MB의 블록 크기를 어려움 없이 테스트했습니다.
Celestia는 DAS 덕분에 블록 공간에 대한 수요가 증가함에 따라 블록 크기를 늘릴 수도 있습니다.
EigenDA는 DA와 합의, 삭제 코딩 및 직접 유니캐스트를 분리하여 처리량을 확장합니다. 그러나 이는 기본 레이어의 검열 저항을 상속하지 않고 위에 구축된 롤업의 대가로 발생합니다.
요약하다
구축할 견고한 기본 레이어를 선택하는 것은 어려울 수 있습니다. 이 기사가 독자들이 다양한 디자인 선택의 장단점에 대해 자세히 알아보고 귀하에게 적합한 DA 레이어를 선택하는 데 도움이 되기를 바랍니다.
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원본 링크: https://blog.availproject.org/a-guide-to-selecting-the-right-data-availability-layer/#consensus-mechanisms
편집: 모듈러 101
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