소개

Web2이든 Web3이든 디지털 세계는 데이터에 의해 주도된다. 암호화폐와 블록체인 부문에서도 다르지 않다. 거대하고 새로운 분산형 네트워크가 회전하고 새로운 체인 계층을 얻고 있으며 데이터 가용성은 무결성, 보안 및 기능에 매우 중요하다.

기술이 엄청난 속도로 발전함에 따라 데이터 가용성과 그 의미를 이해하는 것은 암호화폐 애플리케이션의 미래를 이해하는 데 핵심이다. 데이터 샤딩 및 샘플링과 같은 새로운 혁신을 통해 이전보다 더 저렴하고 효과적으로 안정적인 DA 및 데이터 스토리지를 보장할 수 있게 되었다. 그리고 DA 공간은 특정 작업을 전담하는 특정 계층으로 구분되는 셀레스티아(Celestia)와 같은 '모듈형' 체인을 통해 앞으로 더욱 경쟁력을 갖추게 될 것이다.

데이터 가용성의 개념과 그 과제, 그리고 이를 해결하기 위해 개발 중인 혁신적인 솔루션을 살펴보겠다.

 

데이터 가용성(DA)이란 무엇일까?

데이터 가용성은 블록체인 네트워크의 노드에서 모든 거래 관련 데이터에 접근할 수 있는 상태로 정의할 수 있다. 무 신뢰 네트워크가 작동하려면 노드가 트랜잭션을 확인하고 블록체인의 상태를 독립적으로 계산할 수 있어야 한다. 블록 생산자는 새로운 블록을 제안할 때 거래 데이터를 포함한 블록 내의 모든 데이터를 다른 사람들이 보고 확인할 수 있도록 해야 한다.

꽤 복잡해질 수 있다. 세계 최고의 두 체인이 DA를 어떻게 처리하는지 살펴보겠다.

첫 번째는 비트코인이다.

이미지 출처:  Global X ETFs

이제 이더리움과 샤드 체인이 데이터를 배포하는 방법을 살펴보겠다.

이미지 출처: Shardeum

 

데이터 가용성의 중요성

데이터 가용성은 다음과 같은 여러 가지 이유로 중요하다.

1. 원장의 무결성을 유지한다. 일단 모든 노드에 데이터가 기록되면 변경이 어려워 원장의 불변성을 보장한다.

2. 분산화: 여러 노드가 원장의 사본을 저장함으로써 데이터 가용성을 통해 모든 노드가 동일한 데이터에 액세스할 수 있도록 보장하고 합의를 유지하며 중앙 실패 지점을 방지한다.

3. 투명성 및 감사 가능성: 데이터 가용성은 모든 참가자가 블록체인에 저장된 데이터와 거래를 확인할 수 있어 사용자 간의 신뢰를 조성할 수 있음을 의미한다.

4. 탄력성: 데이터를 여러 노드에 분산함으로써 블록체인은 공격이나 장애에 대한 탄력성을 더욱 강화한다.

 

 

데이터 가용성의 과제

블록체인이 제대로 작동하려면 데이터 가용성이 필수적이지만 다음과 같은 몇 가지 과제도 있다.

1. 처리량 감소: 노드가 데이터를 다운로드하고 확인하도록 요구하면 블록체인의 전체 처리량이 감소한다.

2. 저장 요구 사항 증가: 블록체인이 성장함에 따라 노드에 저장해야 하는 데이터의 양이 증가하여 하드웨어 요구 사항이 높아진다.

3. 중앙 집중화 위험: 하드웨어 요구 사항이 증가함에 따라 노드를 실행하려는 개인의 수가 줄어들어 잠재적으로 소규모 작업이 밀려나고 대규모 조직만 노드를 실행하게 될 수 있다.

 

 

블록체인 확장 솔루션의 데이터 가용성

데이터 가용성을 유지하면서 확장 문제를 해결하기 위해 다양한 솔루션이 제안되었다:

롤업 및 데이터 가용성

롤업은 트랜잭션을 압축하여 기본 계층에 일괄 게시하기 전에 오프체인 트랜잭션을 실행하는 계층 2 확장 솔루션이다. 롤업에는 두 가지 주요 유형이 있다.

1. 낙관적 롤업: 경제적 인센티브를 사용하여 데이터 가용성을 보장하고 사기 방지 기능을 사용하여 유효하지 않은 상태 전환을 방지한다.

2. 영지식 롤업(ZKR): ZKR은 민감한 정보를 공개하지 않고 거래가 유효한지 확인하기 위해 암호화 증명을 사용하여 데이터 가용성을 보장한다.

샤딩 및 데이터 가용성

샤딩에는 블록체인 네트워크를 병렬로 작동하는 여러 하위 체인(샤드)으로 분할하는 작업이 포함된다. 이더리움의 향후 확장성 계획에는 노드가 할당된 샤드에 게시된 데이터만 저장하는 데이터 샤딩이 포함된다. 이를 통해 네트워크 전체에서 데이터 가용성을 유지하면서 개별 노드의 스토리지 요구 사항을 줄일 수 있다.

 

 

데이터 가용성을 위한 모놀리식 블록체인과 모듈형 블록체인

모놀리식 대 모듈러(제공: Fuelet, C. (2024, January 4). 모놀리식 대 모듈러. 중간.)

네트워크가 확장됨에 따라 네트워크 아키텍처가 점점 더 중요해지고 있으며 셀레스티아(Celestia)와 같은 모듈형 체인의 등장으로 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)도 긴장하게 되었다.

모놀리식 블록체인은 실행, 합의, 데이터 가용성을 포함하여 블록체인의 모든 측면을 단일 계층에서 처리한다. 이 접근 방식은 높은 데이터 가용성을 보장하지만 노드의 스토리지 및 컴퓨팅 요구 사항 증가로 인해 확장성과 분산화가 제한될 수 있다.

대조적으로, 모듈형 블록체인은 블록체인의 기능을 별개의 레이어로 분리하여 전문화 및 최적화를 가능하게 한다. 이 아키텍처에서 전용 데이터 가용성 계층은 데이터 저장 및 액세스 제공에 중점을 두어 다른 계층을 보다 효율적으로 확장할 수 있도록 한다.

데이터 가용성의 혁신

데이터 가용성을 향상하고 문제를 극복하기 위해 몇 가지 혁신이 제안되었다.

데이터 가용성 샘플링(DAS)

DAS에는 블록체인에 데이터의 하위 집합을 저장하기 위해 노드를 무작위로 선택하는 작업이 포함된다. 이렇게 하면 가용성을 유지하면서 데이터를 저장하는 데 필요한 리소스가 줄어든다. DAS는 데이터가 중복된 데이터 조각으로 인코딩 되고 여러 노드에 저장되어 일부 데이터가 손실되더라도 복구 가능성을 보장하는 삭제 코딩과 함께 사용되는 경우가 많다.

데이터 가용성 계층

모듈형 블록체인 아키텍처에서 데이터 가용성 계층은 데이터 가용성을 보장하는 작업에 전념한다. 이러한 레이어는 온체인 또는 오프체인일 수 있으며 데이터 저장 및 액세스 제공에만 집중할 수 있으며 다른 레이어는 실행이나 합의와 같은 작업을 전문적으로 수행할 수 있다.

댄크샤딩(Danksharding) 및 프로토-댄크샤딩(Proto-Danksharding)

댄크샤딩은 효율적인 데이터 저장을 위해 BLOB(바이너리 대형 객체 Binary Large Object)를 활용하는 샤딩 아키텍처이다. 탈중앙화를 강화하고 추가적인 보안을 제공하며 MEV(최대 추출 가능 값 Maximal Extractable Value)의 위험을 완화하는 것을 목표로 한다. 최근 Dencun 업그레이드가 EIP4884를 구현했을 때 프로토-댄크샤딩이 이더리움에 추가되었다. 프로토-댄크샤딩은 완전한 샤딩을 향한 이더리움 로드맵의 한 단계로, BLOB 운반 트랜잭션이라는 새로운 트랜잭션 형식을 도입한다.

 

데이터 가용성 솔루션을 활용하는 5개 프로젝트

이더리움은 이더리움 2.0 로드맵의 일부로 샤딩을 적극적으로 구현하고 있다. 이 샤딩은 트랜잭션 처리 및 데이터 저장을 위해 이더리움 네트워크를 64개의 샤드 체인으로 분할하여 노드의 스토리지 요구 사항을 줄이는 동시에 데이터 가용성의 우선 순위를 지정하고 보장한다. 그러나 다른 사람들과 경쟁을 벌이고 있다. 다음은 아키텍처에 데이터 가용성 솔루션을 통합하는 몇 가지 주요 프로젝트이다:

셀레스티아 Celestia:

°합의, 실행 및 데이터 가용성 계층을 분리하는 모듈형 블록체인 아키텍처

°다른 블록체인이 그 위에 구축할 수 있는 분산형 데이터 가용성 레이어를 제공하는 데 중점을 둔다.

°보안이나 분산화를 손상시키지 않으면서 확장 가능하고 상호 운용 가능한 블록체인 솔루션을 가능하게 한다.

파일코인 Filecoin:

°안전하고 효율적인 데이터 저장을 위해 블록체인을 사용한 분산형 저장 네트워크

°스토리지 제공업체에 인센티브를 제공하기 위해 '공간 시간 증명' 합의 메커니즘을 활용한다.

°사용자가 필요에 따라 데이터를 검색할 수 있도록 암호화 증명 및 분산형 스토리지 공급자 네트워크를 통해 데이터 가용성을 보장한다.

니어 프로토콜NEAR Protocol:

°처리량을 늘리고 대기 시간을 줄이기 위해 샤딩을 사용하는 확장 가능한 블록체인 플랫폼

°삭제 코딩 및 Doomslug 합의 메커니즘을 통해 데이터 가용성을 보장한다.

°데이터 가용성을 유지하면서 트랜잭션의 병렬 처리를 가능하게 한다.

°더 나은 로드 밸런싱과 적응성을 위해 '청크' 도입

EigenDA:

°이더리움 롤업에서 처리량이 높은 분산 운영을 위한 데이터 가용성 서비스

°안전하고 확장 가능한 인프라를 위해 EigenLayer 재스테이킹 프리미티브를 사용한다.

°데이터를 효율적으로 저장하고 검색하기 위해 삭제 코딩 및 KZG 약속을 사용한다.

°공유 보안 모델과 최소화된 스토리지 요구 사항을 통해 비용 절감을 목표로 한다.

Avail:

°Avail은 Web3의 확장성과 상호 운용성을 향상시키는 데이터 가용성 계층이다.

°신뢰가 최소화된 애플리케이션 및 소버린 롤업을 위한 기본 계층 역할을 한다.

°유효성 증명, 삭제 코딩 및 KZG 다항식 약속을 활용한다.

°효율적인 롤업 작업을 위해 즉각적이고 안정적인 데이터 가용성을 보장한다.