[블록체인] 클레이튼에 대해 알아보자

블록체인에 대해 전반적인 그림을 그리기 위해 조사하며 얻은 얕은 지식입니다.

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0. 코인말고 블록체인

암호화폐에 대한 글은 아니고 카카오의 블록체인 프로젝트 클레이튼으로써 클레이튼 네트워크 전반에 대해 얕게 조사해 본것을 정리하고자 한다.

이번 포스팅은 클레이튼 공식 문서에 있는 소개 동영상을 보고 정리한 내용이다.

https://ko.docs.klaytn.com/bapp/tutorials/bapp-on-baobab-video-lecture/1.-introduction

1. 소개 - Klaytn Docs KO

 

 

 

 

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1. 다른 블록체인 플랫폼들의 약점

• Scalability(확장성)
• Finality(확정성)
• Fork(분기발생)

 

 

 

1. Scalability(확장성)

"얼마나 많은 일을 신속하게 처리할 수 있는지"

 

를 의미한다.

이때 TPS와 Block Interval의 개념이 나온다.

TPS란 Transaction Per Second로, 초당 몇개의 트랜잭션(거래)인지를 의미하고.

Block Interval은 블록 생성 주기를 의미한다.

 

• 비트코인은 보통 7 TPS
• 이더리움은 보통 15~20 TPS

반면,

• VISA카드는 1700 TPS를 가진다.

 

또 Block Interval을 보면

• 비트코인은 10분
• 이더리움은 15~20초다.

 

다시말해

이더리움이 20 TPS에 15초의 인터벌을 가진다면 20 * 15 = 300 transactions라는 것을 알 수 있다.

이더리움으로 우리가 송금을 한다면, 이더리움 블록이 생성이 되어야 거래가 성사되기에 15초의 대기시간이 필요하다. 물론 비트코인의 10분에 비해서 이더리움의 15초는 많이 개선된 것이긴 하지만 여전히 너무 느리다.

 

왜 이렇게 느리지?

기존 평범한 중앙 서버 방식에서는 큰 request가 들어올 경우 많은 서버들이 request를 나누어 병렬적으로 처리를 하기에 서버의 개수를 증가시키면 처리 속도를 늘릴 수 있었다.

하지만 블록체인 네트워크에서는 노드의 수가 아무리 많다해도 일을 분산해서 처리하는 것이 아닌 모든 노드가 모든 일을 한다. 즉, 전체 네트워크에서 가장 낮은 퍼포먼스의 노드를 기준으로 전체 네트워크의 속도가 낮아지는 하향평준화가 발생한다.

 

하지만,

킹레이튼은 3000 TPS와 Block Interval 1초를 가진다.

 

 

 

2. Finality(확정성)

FInal이란 트랜잭션이 블록에 기록되고 그 블록을 더 이상 수정할 수 없는 상태를 의미한다.

Finality는 블록이 더 이상 변경될 수 없는 상태까지 소요되는 시간을 의미한다고 할 수 있다.

 

이전 포스팅에서 51%공격과 컨펌의 개념에 대해 살짝 다뤘는데 그 내용인 듯 하다.

• 비트코인은 블록생성(채굴)까지 10분이 걸리고, 60분의 Finality 시간이 걸린다.(10분씩 6번의 검증)
• 이더리움은 블록생성(채굴)까지 15초갸 걸리고, 6분의 Finality 시간이 걸린다.(15초씩 25번의 검증)

 

즉, 내가 만약 비트코인으로 송금을 했고, 10분이 지나서 나의 거래기록이 저장된 블록이 생성되어 체인에 붙었다고 해도,

그 거래를 확정하려면 그 뒤로 5개의 블록이 더 붙어야 한다는 것이다. 그 정도로 많은 블록이 추가로 붙은 체인이어야만 메인 체인으로 인정을 해 줄수 있기 때문이다.

거꾸로 말하면 비트코인은 60분동안은 내 거래내역이 무효화 될 수 있다는 뜻.

 

하지만,

갓레이튼은 Finality까지 1초면 충분하다.

 

 

 

3. fork(분기발생)

비트코인과 이더리움은 PoW 알고리즘으로 블록 생성 노드를 결정한다.

매우 복잡한 연산을 노드들끼리 경쟁적으로 하며 먼저 문제를 푼 노드가 블록을 생성하고, 주위 노드들로 자신이 문제를 풀었다고 전파를하는 원리인데,

 

만약 두개의 노드가 기가막힌 타이밍으로 동시에 문제를 푼다면?

그러면 블록체인에 분기가 발생한다.

 

하나의 예시 상황을 보자

1. 내가 비트코인을 친구에게 전송했다.
2. 내가 전송한 거래 기록은 트랜잭션 풀에 저장된다.
3. 채굴 노드들은 트랜잭션 풀에서 거래 기록을 모으고 문제를 풀며 블록을 생성하기 위해 애쓴다.
4. 이때 기막힌 타이밍에 A노드와 B노드가 동시에 문제를 풀어냈다.
5. 따라서 A노드와 B노드는 동시에 자신이 문제를 풀었다는 사실을 주위 노드들에게 전파한다.
6. 주위 노드들은 A노드에게 전파받은 노드는 A노드가 생성한 블록을 체인에 추가하고 다시 문제를 푼다.(B노드의 경우도 마찬가지) 이때 A노드와 B노드가 동시에 생성한 블록의 내용은 동일하다. 동일한 트랜잭션을 모았으니까.
7. 그러면 현재 A노드가 생성한 #6-1블록이 체인 마지막에 붙은 줄 알고있는 노드가 있을 것이고, B노드가 생성한 #7블록이 체인 마지막에 붙은 줄 알고있는 노드가 있을 것이다.
8. 이 상태로 노드들은 다시 열심히 채굴을 하고 이번에는 어떤 C노드가 문제를 풀어내어 블록 생성 권한을 가졌다고 해보자.
9.  C노드는 B노드가 생성했던 #7블록을 마지막으로 하는 체인을 알고있는 노드라면 #7블록 뒤에 자신이 생성한 #8 블록을 붙인다. 그리고 이 사실은 모든 노드들에게 전파된다.
10. #6-1 블록을 갖고있던 노드들은 #7블록이 없기에 자신들의 체인을 포기하고 #6 - #7 - #8 체인의 형태로 다시 채굴을 시작한다.

 

이런 흐름으로 PoW가 작동하는데 여기서 51%공격이 발생할 수 있다.

 

황레이튼은 이런 위험이 있는 PoW 방식 대신 IBFT 알고리즘을 사용하여 문제를 해결했다.

 

https://steemit.com/kr/@kanghamin/istanbul-byzantine-fault-tolerance

Istanbul Byzantine Fault Tolerance/이스탄불 비잔티움 장애 허용 — Steemit

 

 

 

 

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2. 클레이튼의 합의 과정

참여 노드 수를 제한하여 성능을 높힌 BFT 알고리즘은 덜 분산적이고 투명성이 저하된다는 단점이 있다.

이 단점을 개선한 방식이 IBFT다. 이거에 대해선 따로 다시 공부를 해야한다...

 

IBFT의 경우 1명의 제안자(Proposal)과 다수의 위원회(Commit/Validator)로 구성된다.

제안자는 거버넌스 카운실(Governance Council) 노드들 중 랜덤으로 선정된 하나의 노드이며 이번 라운드는 자신이 선정다는 사실을 자신의 공개키를 통해 암호화하여 위원회 노드들에게 알린(전파한)다. (클레이튼의 블록 생성 주기를 라운드라고 한다.)

위원회 노드들의 경우도 자신이 합의 노드라는 것을 합의 노드들에게 공개키를 통해 암호화하여 알린다.

제안자는 합의 노드의 2/3의 서명을 받을 경우 블록을 생성하고 다른 위원회 노드들에게 전파한다.

 

 

 

 

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3. 클레이튼 네트워크의 구조

CNN : consensus node network = 합의 노드 / 제한 노드

PNN : proxy node network = 블록을 앤드포인트 노드에게 전달하는 노드

ENN : Endpoint node network = 기타 노드 / 누구나 참여가능 노드

CN/PN/ENBootnode : 새로운 참가자의 노드를 등록하게 도와주는 노드

CNN + PNN : Core cell

출처: https://jeongbincom.tistory.com/88 [하나셋 - 프로그래머로써 살아남기]

CN노드들간의 합의 끝에 블록이 생성되고 CNN에서 PNN으로, PNN에서 EN들에게 전파된다.

 

 

왜 CN -> EN의 다이렉트 통신을 안하고 CN -> PN -> EN처럼 중간에 PN을 둘까?

위에 언급하였듯 블록체인 네트워크에서 커다란 request가 들어온다면 이 request를 여러 노드들이 분산하여 처리하는 것이 아닌 각각의 노드들이 모든 request를 처리해야한다. 따라서 네트워크의 성능은 그 네트워크에서 가장 낮은 성능의 노드에 맞춰진다.

 

즉, CN 노드들의 성능이 매우 중요한데, CN 노드들은 합의하는 것에만 최선을 다해도 모자란 판인데 EN들과 통신하는 것에 자원을 낭비해선 안된다. 따라서 CN 하나에 여러개의 EN을 연결하는 구조 대신, CN 하나와 여러개의 EN 사이에 PN을 두어 EN과 통신하는 측면에서 성능을 높힌것이다.

 

참고로 CN 노드가 되려면 

• Physical core가 40개 이상
• 256GB RAM
• 14TB 이상 저장공간
• 10G 네트워크

의 조건이 필요하다고 한다.

 

 

 

 

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4. 서비스 체인

메인넷과 연결돼있고, 독립적으로 운영되는 체인이다.

• Bapp이 특별한 노드 환경에서 수행되어야 할 때
• 프라이빗 블록체인과 같이 보안 수준 맞춤형으로 설정해야 할 때
• 많은 처리량을 요구하는 서비스라서 메인넷에서 사용하기엔 비용 부담이 될 때

서비스 체인을 사용한다.

 

메인체인과 서비스체인간 통신은 되지만 제한된 조건 하에서 통신한다.

요약하면 서비스 체인은 독립된 서비스 공간을 구축해서 필요할때 메인넷의 신뢰를 고정 시키는 것

참고로 클레이튼의 서비스 체인에서는 트랜잭션 가스비를 안받도록 설정할 수 있다.

 

 

 

 

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5. 이더리움 VS 클레이튼

이더리움

• 단일 네트워크
• PoW방식이고, 어떤 노드가 블록을 생성하게 될지 모름
• 따라서 최신 블록을 전파받기 위해서 노드는 다른 모든 노드들고 최대한 연결돼 있어야한다.

 

클레이튼

• 2개의 레이어를 가지는 네트워크
• 매 라운드마다 합의 노드들 중  하나가 뽑혀서 블록을 생성한다.
• 이더리움과 달리 합의 노드들 중에서 블록이 생성되기에 어떤 노드에서 생성될지 거의 알 수 있다.
• 따라서 최신 블록을 전파받기 위해서는 합의 노드들에게만 연결해 있으면 된다.
• 개발자가 Bapp을 만들고 엔드포인트 노드에 접속한다. EN -> PN -> CN
• 혹은 개발자의 Bapp 자체를 엔드포인트로 활용하여 네트워크에 접근할 수도 있다.
• 메인넷과 부분적으로 소통하며 독립된 서비스 공간을 구축할 수 있는 서비스 체인이 있다.

 

 

 

 

 

참고:

https://ko.docs.klaytn.com/bapp/tutorials/bapp-on-baobab-video-lecture/1.-introduction

1. 소개 - Klaytn Docs KO

https://jeongbincom.tistory.com/88

[Klaytn] Klaytn이란?

https://www.gloriouscoding.com/7a70aca7-bd08-4c8f-9d4b-c460319601b0

08.서비스 체인, 이더리움과 클레이튼의 차이

https://steemit.com/kr/@kanghamin/istanbul-byzantine-fault-tolerance

Istanbul Byzantine Fault Tolerance/이스탄불 비잔티움 장애 허용 — Steemit