블록체인 확장성 확보를 위한 기존 기술 분석

현재까지 블록체인의 확장성을 극복하기 위해 제안된 방식들은 크게 온체인 스케일링 방식과 오프체인 스케일링 방식으로 구분된다. 

 

온체인 스케일링 방식은 블록의 사이즈 조절, 합의 알고리즘 변경 등 메인체인 자체의 요소 및  프로토콜 변경을 통해 스케일을 높이는 방식으로 주요 기술들은 다음과 같다. 

• 빅블록: 비트코인 언리미티드에서 운영 중인 방식으로 블록의 크기를 증가시켜 기존에 비해 더 많은 거래를 담아 처리하는 방식이다. 그러나 블록의 크기가 증가함에 따라 블록 수신 시간이 길어지고 노드 간 블록 수신 시간이 상이해져 포크 발생 확률이 높아진다. 높은 해시 파워를 소유하는 트정 노드들에 의해 채굴될 가능성이 높아진다. 
• 세그윗(Segregated Witness): 블록의 크기는 유지하면서 블록 내 거래 데이터 저장 공간을 늘리기 위해 거래 데이터와 전자 서명을 별도로 분리하는 방식, 더 많은 거래내역이 블록에 담겨 거리 처리율을 높일 수 있자만 블록 크기에 제한이 있어 확장성 향상에 제한적이다.
• PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance): 비잔팀 장군 문제가 발생할 수 있는 분산환경에서 Safety를 확보하는 합의 알고리즘, 막대한 전력을 소모하는 Proof of Work 작업증명 방식에 비해 에너지는 효율적이지만, 노드 간 합의를 위해 네트워크 상에서 송수신하는 통신 오버헤드가 O(N²)으로 증가한다. 따라서 합의를 도출함에 있어 네트워크 상태의 영향을 받는다.
• 혼합형 합의 (Hybrid Consensus): 각 합의 프로토콜의 취약점을 보완하고 이점을 활용하기 위해 다수의 합의 프로토콜을 결합하는 합의 방식. 대표적으로 PoW 작업증명과  PoS 지분증명을 결합한 PoSW와 PoW와 PBFT를 결합한 비즈코인(Byzcoin)이 존재한다.
•  샤딩(Sharding): 합의에 참여하는 노드들을 샤드라는 그룹으로 나눠 동시에 거래를 검증하는 방식. 병렬처리 방식으로 기존 블록체인과는 달리 노드가 증가하고 샤드 그룹 수가 늘어남에 따라 거래 처리율이 높아지게 됨. 특정 샤드에 대한 해킹 위험과 정보의 손실로 인한 보안성 문제가 발생하며, 샤드 간 거래 및 상태 정보 교환을 위한 통신 오버헤드가 발생됨. 질리카(Zilliqa) 에서는 PoW 작업증명과 다중전자서명(Multisignature)을 결합하여 샤드 보안성 문제를 해결하였다.
• DAG (Directed Acyclic Graph): 아이오타(IOTA)에서 운영 중인 방식으로 일련의 체인으로 분산원장 자료구조를 DAG으로 변경함. 하나의 거래가 다수의 이전 거래들을 참조할 수 있는 방식으로 거래 처리율을 향상시키지만 노드가 직접 거래를 추가하는 방식으로 전체 원장 상태가 존재하지 않아 보안성이 취약하다. 

 

오프체인 스케일링 방식은 메인체인의 부수적인 작업들을 체인 밖으로 처리함으로써 블록체인의 스케일을 확장하는 방식으로 해당하는 주요 기술들은 다음과 같다. 

• 라이트닝 네트워크(Lightning Network): 비트코인의 낮은 거래 처리율과 높은 거래 비용 문제를 해결하기 위해 제안된 거래 전용 네트워크로써 사용자 간 거래 채널이 별도로 생성되고 이를 통해 서로 간 다수의 거래를 수행할 수 있다. 라이트닝 네트워크에서 노드 간 거래는 메인 체인과  별도로 이루어지기 때문에 메인체인의 낮은 거래처리율에 영향을 받지 않는다.  그러나 라이트닝 네트워크 또한 P2P 네트워크 기반으로 운영되기 때문에 허브 노드 공격 및 장애가 발생하는 경우 거래가 불가능해진다. 
• 레이든 네트워크(Raiden Network):  이더리움과 호환되는 토큰 전송을 위한 거래 전용 네트워크로 낮은 요금으로 빠른 거래처리가 가능하다. 라이트닝 네트워크와 유사하게 거래 전 예치금이 요구되며, 사용자들을 중개하는 허브 노드 공격이 문제로 지적된다.
• 사이드 체인 (Sidechain): 메인체인에 연계되어 동작하는 체인으로 메인체인의 자산을 사이트 체인으로 옮겨 거래를 수행하거나 사이트 체인을 통해 서로 다른 블록체인에 존재하는 자산들을 쉽게 거래할 수 있다. 대표적으로 플라즈마(Plasma)가 이더리움의 사이드 체인으로 운영된다. 
• 인터 체인(Interchain): 서로 다른 여러 블록체인이 호환되도록 연결하는 체인으로 하나의 큰 블록체인을 구성할 수 있으며, 이를 통해 하나의 시장에서 서로 다른 암호화폐가 통용될 수 있다.