암호화폐나 블록체인을 조사해 본 적이 있다면 아마도 레이어 1 및 레이어 2 프로토콜과 같은 용어를 접했을 것입니다. 이 레이어가 무엇이며 왜 존재하는지 궁금하십니까? 이 기사에서 블록체인 레이어 아키텍처에 대해 논의해 보겠습니다.
블록체인 기술은 암호학, 게임 이론 등 현재의 여러 기술과 암호 화폐와 같은 다양한 가능한 응용 프로그램의 독특한 혼합입니다. 데이터 인코딩 및 디코딩은 암호화로 알려진 수학 및 계산 분야입니다. 합리적인 의사결정자들 사이의 전략적 상호작용의 수학적 모델에 대한 연구는 게임 이론으로 알려져 있습니다. 블록체인은 투명성과 보안을 제공하여 중개자를 제거하고 비용을 낮추며 효율성을 향상시킵니다.
분산 원장 기술(DLT)은 중앙 기관의 감독 없이 미리 결정된 네트워크 프로토콜을 통해 동의한 사용자 그룹 간에 암호로 검증된 정보를 유지합니다. 이러한 기술을 결합하면 그렇게 할 동기가 없는 사람이나 당사자 간의 신뢰가 촉진됩니다. 이를 통해 블록체인 네트워크가 사용자 간에 가치와 데이터를 안전하게 교환할 수 있습니다.
중앙화된 권한이 없기 때문에 블록체인은 매우 안전해야 합니다. 또한 증가하는 사용자, 트랜잭션 및 기타 데이터를 처리할 수 있도록 확장성이 매우 높아야 합니다. 계층은 최고 수준의 보안 유지와 동시에 확장성 요구 사항에서 태어났습니다.
블록체인 기술에서 "스케일링"이라는 문구는 초당 트랜잭션으로 측정되는 시스템 처리율의 증가를 나타냅니다. 일상 생활에서 암호화폐가 널리 보급됨에 따라 이제 네트워크 보안, 기록 보관 및 기타 기능을 개선하기 위해 블록체인 레이어가 필요합니다.
초당 시스템에서 처리하는 트랜잭션 수를 "처리량"이라고 합니다. Visa의 VisaNet 전자 결제 네트워크는 초당 20,000건 이상의 거래를 처리할 수 있지만 비트코인(BTC) 메인 체인은 초당 7건 이상의 거래를 처리할 수 없습니다.
블록체인은 분산형 생태계의 첫 번째 계층입니다. 레이어 2는 노드 수와 결과적으로 시스템 처리량을 향상시키기 위해 레이어 1과 함께 사용되는 타사 통합입니다. 많은 레이어 2 블록체인 기술이 현재 구현되고 있습니다. 스마트 계약은 이러한 솔루션에서 거래를 자동화하는 데 사용됩니다.
블록체인 개발자들은 비트코인이 상업 세계에서 더 중요한 세력이 됨에 따라 블록체인 관리의 범위를 넓히려고 시도하고 있습니다. 그들은 블록체인 레이어를 개발하고 레이어 2 확장성을 최적화하여 처리 시간을 줄이고 TPS를 늘리기를 희망합니다.
블록체인 트릴레마는 탈중앙화, 보안 및 확장성 측면에서 탈중앙화 네트워크가 주어진 시간에 세 가지 이점 중 두 가지만 제공할 수 있다는 일반적 개념을 나타냅니다.
컴퓨터 과학자들은 1980년대에 이러한 어려움 중 가장 심각한 것을 표현하기 위해 일관성, 가용성 및 파티션 허용 오차(CAP) 정리를 고안했습니다. CAP 정리에 따르면 블록체인과 같은 분산형 데이터 스토리지는 위에서 언급한 세 가지 보장 중 두 가지만 동시에 충족할 수 있습니다.
이 정리는 현재 분산 네트워크의 맥락에서 블록체인 트릴레마로 발전했습니다. 널리 알려진 개념은 퍼블릭 블록체인 인프라가 보안, 분산 또는 확장성을 희생해야 한다는 것입니다.
결과적으로 블록체인 기술의 성배는 인터넷 규모의 트랜잭션 처리량을 처리하는 동시에 광범위하게 분산된 네트워크를 통해 침투할 수 없는 보안을 갖춘 네트워크를 만드는 것입니다.
트릴레마의 역동성을 탐구하기 전에 확장성, 보안 및 분산을 일반적인 용어로 정의해 보겠습니다.
블록체인의 확장성은 더 많은 양의 트랜잭션을 처리할 수 있는 능력을 의미합니다.
보안은 다양한 유형의 공격으로부터 블록체인의 데이터를 보호하는 기능과 이중 공격에 대한 블록체인의 방어를 의미합니다. -지출.
분권화는 네트워크가 더 적은 수의 엔티티에 의해 제어되지 않도록 하는 네트워크 이중화 유형입니다.
트랜잭션을 결제하려면 네트워크가 먼저 유효성에 동의해야 합니다. 시스템에 많은 구성원이 있는 경우 계약에 시간이 걸릴 수 있습니다. 결과적으로 보안 매개변수가 동일할 때 확장성은 탈중앙화에 반비례함을 보여줄 수 있습니다.
이제, 두 개의 작업 증명 블록체인이 동일한 수준의 분산을 갖고 보안을 블록체인의 해시 비율로 간주한다고 가정합니다. 해시율이 올라갈수록 확인 시간이 줄어들고, 보안이 강화되면 확장성이 높아진다. 결과적으로 확장성과 보안은 지속적인 탈중앙화와 비례합니다.
결과적으로 블록체인은 세 가지 원하는 기능을 모두 동시에 최적화할 수 없으므로 절충을 해야 합니다. 이더리움은 트릴레마의 가장 최근 사례입니다. 이더리움 플랫폼은 올 여름 탈중앙화 금융(DeFi) 애플리케이션의 성장으로 인해 사용량이 급증했습니다. 이더리움은 특정 지점까지만 성장할 수 있습니다.
수요 증가로 인해 일부 사람들이 블록체인에 참여할 수 없는 수준까지 거래 수수료가 상승했습니다. 증가된 이더리움 수수료는 트릴레마의 한 예입니다. 이더리움이 보안이나 탈중앙화를 희생하지 않고 확장되지 않았음을 알 수 있습니다.
이더리움의 초점은 분권화와 보안에 있었고 초당 트랜잭션 수가 제한적이었습니다(확장성). 채굴자들이 거래의 우선 순위를 정하도록 장려하기 위해 사용자들은 더 높은 수수료를 지불했습니다. 마찬가지로 비트코인의 확장성보다 탈중앙화와 보안이 우선시되었습니다.
비트코인 및 이더리움과 같은 블록체인의 확장성이 현재 제한되어 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 따라서 신생 기업, 기업 및 기술자로 구성된 글로벌 커뮤니티는 블록체인 트릴레마를 해결하기 위해 레이어 1 및 레이어 2 솔루션에 미친 듯이 노력하고 있습니다.
계층 1 블록체인 네트워크는 속도, 보안 및 확장을 위해 설계되었습니다. 레이어 2는 기존 블록체인 네트워크의 확장성을 확장하는 데 활용할 수 있는 기술 향상 및 제품을 의미합니다. 두 계층 간의 완벽한 균형을 맞추는 것은 블록체인 채택과 분산 네트워크 확장의 판도를 바꿀 수 있습니다.
개발자들은 다양한 관점에서 이 문제에 접근하고 있습니다. 비트코인 캐시(BCH)의 블록 크기 증가는 비트코인의 확장성을 개선하려는 시도였습니다. 그러나 그것이 더 인기를 얻고 있다는 증거는 없습니다.
Bitcoin은 기존 블록체인 계층에 계층을 추가하여 문제를 해결하려고 합니다. 레이어 2 솔루션은 스케일링 솔루션의 이면에 있는 아이디어에 따라 수많은 트랜잭션을 함께 묶고 기본 레이어 블록체인을 가끔씩만 쿼리합니다. Ethereum은 기본 계층 블록체인을 확장하는 샤딩과 처리량을 더욱 높일 수 있는 여러 계층 2 솔루션을 기대하는 커뮤니티와 함께 하이브리드 접근 방식을 취하고 있습니다.
블록체인 아키텍처의 분산 네트워크의 경우 각 네트워크 참가자는 새 항목을 유지 관리, 승인 및 업데이트합니다. 특정 순서의 트랜잭션이 있는 블록 모음은 블록체인 기술의 구조를 나타냅니다. 이 목록은 플랫 파일(txt 형식)이나 간단한 데이터베이스로 저장할 수 있습니다. 블록체인 아키텍처는 공개, 비공개 또는 컨소시엄 형태를 취할 수 있습니다.
블록체인의 계층 구조는 6개의 계층으로 분류됩니다.
블록체인의 콘텐츠는 이 아름다운 지구 어딘가에 있는 데이터 센터의 서버에 저장됩니다. 클라이언트는 웹을 검색하거나 앱을 사용하는 동안 애플리케이션 서버에서 콘텐츠 또는 데이터를 요청합니다. 이를 클라이언트-서버 아키텍처라고 합니다.
클라이언트는 이제 피어 클라이언트와 연결하고 데이터를 공유할 수 있습니다. P2P(Peer-to-Peer) 네트워크는 데이터를 공유하는 대규모 컴퓨터 그룹입니다. 블록체인은 공유 원장에서 질서 있는 방식으로 거래를 계산, 검증 및 기록하는 P2P 컴퓨터 네트워크입니다. 결과적으로 모든 데이터, 트랜잭션 및 기타 관련 데이터를 저장하는 분산 데이터베이스가 생성됩니다. 노드는 P2P 네트워크의 컴퓨터입니다.
블록체인의 데이터 구조는 트랜잭션이 정렬된 블록의 연결 목록으로 표현됩니다. 블록체인의 데이터 구조는 포인터와 연결 목록이라는 두 가지 기본 요소로 구성됩니다. 연결 목록은 데이터와 이전 블록에 대한 포인터가 있는 연결 블록 목록입니다.
포인터는 다른 변수의 위치를 참조하는 변수이고 연결 목록은 이전 블록에 대한 포인터와 데이터가 있는 연결 블록 목록입니다. 머클 트리는 해시의 이진 트리입니다. 각 블록에는 Merkle 트리의 루트 해시와 이전 블록의 해시, 타임스탬프, nonce, 블록 버전 번호 및 현재 난이도 목표와 같은 정보가 포함됩니다.
블록체인 시스템의 경우 Merkle 트리는 보안, 무결성 및 반박 가능성을 제공합니다. 블록체인 시스템은 Merkle 트리, 암호화 및 합의 알고리즘을 기반으로 합니다. 체인의 첫 번째 블록이기 때문에 제네시스 블록, 즉 첫 번째 블록에는 포인터가 포함되지 않습니다.
블록체인에 포함된 데이터의 보안과 무결성을 보호하기 위해 트랜잭션은 디지털 서명됩니다. 개인 키는 거래에 서명하는 데 사용되며 공개 키를 가진 사람은 누구나 서명자를 확인할 수 있습니다. 디지털 서명은 정보 조작을 감지합니다. 암호화된 데이터도 서명되기 때문에 디지털 서명은 통일성을 보장합니다. 결과적으로 모든 조작은 서명을 무효화합니다.
데이터가 암호화되어 있으므로 검색할 수 없습니다. 적발되더라도 다시는 조작할 수 없습니다. 발신인 또는 소유자의 신원도 디지털 서명으로 보호됩니다. 결과적으로 서명은 소유자와 법적으로 연결되며 무시할 수 없습니다.
일반적으로 P2P 계층이라고 하는 네트워크 계층은 노드 간 통신을 담당합니다. 발견, 트랜잭션 및 블록 전파는 모두 네트워크 계층에서 처리됩니다. 전파 계층은 이 계층의 다른 이름입니다.
이 P2P 계층은 노드가 서로를 찾고 상호 작용, 배포 및 동기화하여 블록체인 네트워크를 합법적인 상태로 유지할 수 있도록 합니다. P2P 네트워크는 노드가 분산되어 네트워크의 작업량을 공유하여 공통의 목적을 달성하는 컴퓨터 네트워크입니다. 블록체인의 트랜잭션은 노드에 의해 수행됩니다.
블록체인 플랫폼이 존재하기 위해서는 합의 레이어가 필수적입니다. 합의 레이어는 이더리움, 하이퍼레저 또는 기타 모든 블록체인에서 가장 필요하고 중요한 레이어입니다. 합의 계층은 블록의 유효성을 검사하고 블록을 주문하며 모든 사람이 동의하는지 확인하는 역할을 합니다.
스마트 계약, 체인코드 및 분산 애플리케이션(DApp)이 애플리케이션 계층을 구성합니다. 응용 프로그램 계층 프로토콜은 응용 프로그램과 실행 계층으로 더 세분화됩니다. 응용 계층은 최종 사용자가 블록체인 네트워크와 통신하는 데 사용하는 프로그램으로 구성됩니다. 스크립트, API(응용 프로그래밍 인터페이스), 사용자 인터페이스 및 프레임워크가 모두 그 일부입니다.
블록체인 네트워크는 이러한 애플리케이션의 백엔드 기술 역할을 하며 API를 통해 통신합니다. 스마트 계약, 기본 규칙 및 체인코드는 모두 실행 계층의 일부입니다.
트랜잭션이 애플리케이션 계층에서 실행 계층으로 이동하더라도 의미 계층에서 유효성이 검사되고 실행됩니다. 애플리케이션은 트랜잭션을 실행하고 블록체인의 결정적 특성을 보장하는 실행 계층에 명령을 제공합니다.
블록체인 레이어 0은 블록체인을 현실로 만드는 데 도움이 되는 구성 요소로 구성됩니다. 비트코인, 이더리움 및 기타 블록체인 네트워크가 작동하도록 하는 기술입니다. 레이어 0 구성 요소에는 인터넷, 하드웨어 및 레이어 1을 원활하게 실행할 수 있는 연결이 포함됩니다.
이것은 기초 레이어이며 보안은 불변성을 기반으로 합니다. 이더리움 네트워크 또는 레이어 1은 사람들이 이더리움을 말할 때 언급하는 것입니다. 이 계층은 블록체인 네트워크의 기본 기능을 유지하는 합의 프로세스, 프로그래밍 언어, 블록 시간, 분쟁 해결, 규칙 및 매개변수를 담당합니다. 구현 계층이라고도 합니다. 비트코인은 레이어 1 블록체인의 한 예입니다.
이 확장 솔루션은 함께 사용할 때 네트워크의 처리량을 높입니다. 그러나 블록체인 사용자가 증가하면서 레이어 1이 부족한 것으로 보입니다. 구식의 서투른 작업 증명 합의 프로세스가 레이어 1 블록체인에서 여전히 사용 중입니다.
이 방법은 다른 방법보다 안전하지만 속도가 제한됩니다. 채굴자는 연산 능력을 사용하여 암호화 알고리즘을 해결해야 합니다. 결과적으로 장기적으로 더 많은 계산 능력과 시간이 필요합니다. 또한 사용자 수가 증가함에 따라 레이어 1 블록체인의 워크로드가 증가했습니다. 그 결과 처리 속도와 용량이 느려졌습니다.
지분 증명은 이더리움 2.0이 채택할 대체 합의입니다. 이 합의 접근 방식은 네트워크 참여자의 담보를 기반으로 새로운 거래 데이터 블록을 인증하므로 절차가 더 효율적입니다.
샤딩은 레이어 1 블록체인 문제의 부담에 대한 확장 솔루션입니다. 간단히 말해서 샤딩은 트랜잭션의 유효성을 검사하고 인증하는 작업을 더 작고 관리하기 쉬운 청크로 나눕니다. 결과적으로 워크로드는 네트워크를 통해 분산되어 더 많은 노드의 컴퓨팅 기능을 사용할 수 있습니다. 네트워크는 이러한 샤드를 병렬로 처리하기 때문에 여러 트랜잭션을 순차적으로 동시에 동시에 처리할 수 있습니다.
기본 레이어 위에 있는 중첩 네트워크를 L2 솔루션이라고 합니다. 프로토콜은 기본 계층에서 일부 상호 작용을 제거하여 확장성을 높이기 위해 계층 2를 사용합니다. 결과적으로 기본 블록체인 프로토콜의 스마트 계약은 입출금만 처리하고 오프체인 거래가 규정을 따르도록 합니다. 비트코인의 라이트닝 네트워크는 레이어 2 블록체인의 한 예입니다.
레이어 1 블록체인과 레이어 2 블록체인의 차이점은 무엇입니까? 블록체인은 탈중앙화 생태계의 첫 번째 계층입니다. 레이어 2는 노드 수와 결과적으로 시스템 처리량을 향상시키기 위해 레이어 1과 함께 사용되는 타사 통합입니다. 현재 많은 레이어 2 블록체인 기술이 구현되고 있습니다.
레이어 2 프로토콜은 최근 몇 년 동안 폭발적인 인기를 얻었으며 특히 PoW 네트워크의 확장 문제를 해결하는 데 가장 효과적인 접근 방식임이 입증되었습니다. 다양한 레이어 2 스케일링 솔루션은 아래 섹션에 설명되어 있습니다.
중첩 블록체인
중첩 레이어 2 블록체인은 다른 블록 위에서 실행됩니다. 본질적으로 레이어 1은 설정을 지정하고 레이어 2는 절차를 수행합니다. 단일 메인체인에는 여러 블록체인 계층이 있을 수 있습니다. 전형적인 비즈니스 구조라고 생각하십시오.
한 사람(예:관리자)이 모든 작업을 수행하는 대신 관리자는 부하에게 작업을 위임하고 완료되면 관리자에게 다시 보고합니다. 결과적으로 관리자의 작업량은 줄어들고 확장성은 향상됩니다. 예를 들어 OMG 플라즈마 프로젝트는 이더리움의 레벨 1 프로토콜에 대한 레벨 2 블록체인으로 작동하여 더 저렴하고 빠른 거래를 가능하게 합니다.
상태 채널
상태 채널은 다양한 접근 방식을 통해 블록체인과 오프체인 트랜잭션 채널 간의 양방향 통신을 촉진하여 총 트랜잭션 용량과 속도를 향상시킵니다. 상태 채널을 통해 트랜잭션을 검증하기 위해 광부가 즉시 참여할 필요는 없습니다.
대신 다중 서명 또는 스마트 계약 메커니즘을 통해 보호되는 네트워크 인접 리소스입니다. "채널"의 궁극적인 "상태"와 모든 고유한 전환은 상태 채널에서 트랜잭션 또는 트랜잭션 배치가 완료될 때 기본 블록체인에 게시됩니다.
상태 채널의 예로는 Bitcoin Lightning 및 Ethereum의 Raiden Network가 있습니다. 트릴레마 트레이드오프에서 상태 채널은 확장성을 높이는 대가로 분산화를 포기합니다.
사이드체인
사이드체인은 블록체인과 함께 실행되는 트랜잭션 체인으로 대규모 대량 트랜잭션에 사용됩니다. 사이드체인에는 속도와 확장성을 위해 조정할 수 있는 합의 방식이 있으며 유틸리티 토큰은 사이드 체인과 메인 체인 간의 데이터 전송 메커니즘의 일부로 자주 활용됩니다. 메인 체인의 주요 기능은 일반적인 보안 및 분쟁 해결을 제공하는 것입니다.
몇 가지 중요한 면에서 사이드체인은 상태 채널과 다릅니다. 우선 사이드체인 거래는 참여자 간에 비공개가 아닙니다. 대신 원장에 공개적으로 게시됩니다. 또한 사이드체인의 보안 침해는 메인체인이나 다른 사이드체인에 영향을 미치지 않습니다. 사이드체인을 처음부터 구축하려면 상당한 시간과 노력이 필요합니다.
롤업
롤업은 레이어 1 네트워크 외부에서 트랜잭션을 수행한 다음 트랜잭션의 데이터를 레이어 2 블록체인으로 업로드하는 레이어 2 블록체인 확장 솔루션입니다. 데이터가 기본 레이어에 있기 때문에 레이어 1은 롤업을 안전하게 유지할 수 있습니다.
사용자는 트랜잭션 처리량, 공개 참여 및 낮은 가스 비용을 높이는 데 도움이 되기 때문에 롤업의 이점을 누릴 수 있습니다.
응용 프로그램 계층은 종종 계층 3 또는 L3라고 합니다. L3 프로젝트는 통신 채널의 기술적인 측면을 가리면서 사용자 인터페이스 역할을 합니다. L3 애플리케이션은 블록체인 아키텍처의 계층 구조에 설명된 대로 블록체인에 실제 적용 가능성을 제공합니다.
블록체인이 생겨난 분산 데이터 저장소가 직면한 문제는 블록체인으로 전달되었습니다. 이러한 어려움과 관련 문제를 더 잘 이해하기 위해 "블록체인 트릴레마"라는 용어를 만들어 그룹화했습니다.
트릴레마라는 단어는 남았지만 블록체인 트릴레마는 추측일 뿐입니다. 이 가설은 초기 데이터를 기반으로 정확하다고 의심되지만 증명도 반증도 되지 않았습니다. 레이어 1과 레이어 2 솔루션이 이미 어느 정도 성공했지만 더 많은 연구가 수행되어야 합니다.
블록체인 비즈니스에서 암호화 주류 채택이 불가능한 이유 중 하나는 확장성입니다. 암호화폐에 대한 수요가 증가함에 따라 블록체인 프로토콜을 확장해야 하는 압력도 커질 것입니다. 두 블록체인 레벨 모두 고유한 제한 사항이 있기 때문에 궁극적인 솔루션은 확장성 트릴레마를 해결할 수 있는 시스템을 개발하는 것입니다.
계층 1은 분산 시스템의 기초 역할을 하기 때문에 중요합니다. 기본 블록체인의 확장성 문제는 레이어 2 프로토콜을 통해 해결됩니다. 불행히도 대부분의 계층 3 프로토콜(DApp)은 현재 계층 2를 건너뛰고 계층 1에서만 실행됩니다. 이러한 시스템이 우리가 원하는 대로 작동하지 않는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
계층 3 애플리케이션은 블록체인의 실제 사용 사례를 개발하는 데 도움이 되기 때문에 필수적입니다. 그러나 레거시 네트워크와 달리 기반 블록체인만큼 많은 가치를 포착하지 못합니다.