Linera 백서 개요: 미세 체인, 탄력적 검증자 및 다중 체인 프로그래밍

출처：Linera

편집: flowie, ChainCatcher

Aptos와 Sui에 비해 a16z의 지원을 받는 Diem의 후계자 Linera는 상대적으로 느린 속도를 유지하고 있으며, 올해 6월 말 a16z의 주도로 600만 달러의 자금을 조달한 후 오늘 드디어 프로젝트 백서를 공식 발표했다.

전해진 바에 따르면, Linera의 창립 팀원들은 주로 이전 Zcash 및 Meta/Novi의 엔지니어와 연구원들로 구성되어 있다. Linera의 창립자인 Mathieu Baudet는 이전에 Meta에서 엔지니어로 근무하며 Diem 블록체인을 만드는 데 도움을 주었고, Novi의 수석 연구원 및 엔지니어로 활동했으며, FastPay와 Zef 프로토콜의 발명에 핵심 인물로 참여했다.

백서에 따르면, Linera의 일부 기술적 영감은 여전히 저지연 결제 프로토콜 FastPay와 Move 언어에서 비롯되었다. 혁신적으로, Linera는 인터넷 규모에서 예측 가능한 성능, 응답성 및 보안을 갖춘 다중 체인 인프라를 제공하기 위해 동일한 검증자 그룹 내에서 "마이크로 체인"이라고 불리는 여러 개의 병렬 체인을 운영하고, 각 검증자의 내부 네트워크를 사용하여 체인 간에 비동기 메시지를 신속하게 전달한다.

백서에서는 Linera가 블록 공간 부족 문제를 해결하는 데 있어 블록체인 분할, 롤업 등 기존 솔루션의 결함과 Linera의 혁신적인 솔루션 및 아키텍처의 장점을 자세히 설명하고 있다. ChainCatcher는 Linera의 일부 내용을 발췌하여 편집하였다:

1. Linera: 블록 공간 부족 문제 해결에서 기존 솔루션의 결함

1. 더 빠른 단일 체인. 단일 체인 내 블록의 생산성은 일반적으로 검증자 간 데이터 전파 지연에 의해 제한된다. 역사적으로 블록 크기는 보안 요구 사항과 네트워크 제약에 따라 거래 처리량을 최대화하기 위해 조정해야 하는 첫 번째 매개변수였다. BFT 합의 프로토콜의 최신 발전으로 인해, 현재 거래 속도의 새로운 병목 현상은 합의 정렬이 아닌 거래의 순차 실행으로 보인다.

실제로 블록에 포함된 많은 거래는 독립적이어야 하며, 최근 몇 가지 프로젝트는 여러 처리 유닛에서 거래 하위 집합을 병렬로 실행할 수 있는 아키텍처를 개발했다. 이는 확실히 더 높은 거래 속도를 초래하지만, 이러한 시스템의 특성은 여전히 6자리 수 이하의 최대 거래 수를 유지한다. 또한, 유효 거래 속도는 각 블록 내 실제 독립 거래 비율에 크게 의존한다. 결론적으로, 다른 사용자 활동에 대한 어떤 가정도 하지 않는다면, 사용자에게 수수료 및/또는 지연을 사전에 보장하는 것은 불가능하다.

마지막으로, 높은 처리량 체인에서는 CPU 실행 요구 사항과 데이터 동기화 네트워크 요구 사항의 결합으로 인해 감사 검증자가 더욱 어려워진다. 특히, 순차 거래의 절대 수는 상품 하드웨어만 사용하는 커뮤니티 구성원이 거래를 충분히 빠르게 재생하여 검증자의 작업을 의미 있게 검증하는 것을 방해할 수 있다.

2. 블록체인 분할. 블록체인 확장성을 해결하는 또 다른 인기 있는 방향은 실행 상태를 고정된 수의 병렬 체인으로 나누는 것으로, 각 병렬 체인은 별도의 검증자 그룹에 의해 독립적으로 운영된다. 이를 블록체인 분할이라고 한다. 이 방법은 여전히 지속적으로 개선되고 있지만 역사적으로 몇 가지 도전에 직면해 있다.

첫째, 서로 다른 검증자 집합을 사용하는 것은 보안 트레이드오프를 초래할 수 있다. 공격자는 시스템에서 가장 약한 그룹(예: 토큰 발행)을 선택적으로 공격할 수 있다. 둘째, 사용자 계정이 체인 간에 분산되는 방식인 분할 재구성은 복잡한 작업으로, 광범위한 네트워크 통신이 필요하다. 마지막으로, 분할 수가 증가하여 추가 트래픽을 지원할 때 교환해야 하는 체인 간 메시지 수가 증가한다. 각 분할에 독립적인 검증자 그룹이 있는 시스템에서는 체인 간 메시지가 상당한 지연을 초래하여 새로운 체인을 추가하는 효과를 상쇄한다.

3. 롤업. 블록 공간 부족 문제를 해결하는 또 다른 인기 있는 방법은 롤업 프로토콜로, 낙관적이거나 유효성 증명(즉, ZK 롤업) 기반이다. 높은 수준에서, 낙관적 및 유효성 롤업(ZK)은 모두 layer2 프로토콜을 포함하며, 이는 layer1에서 실행, 압축 및 확인하기 위해 대량의 블록을 구축하는 것을 목표로 한다. 불행히도, 거래를 확인하는 과정은 두 경우 모두 layer1에서 오랜 시간이 걸린다. 낙관적 롤업은 분쟁을 해결하기 위해 며칠을 기다려야 한다. 유효성 롤업은 layer1의 가스를 지불하기 위해 많은 layer2 거래를 한 번에 압축해야 한다.

실제로 충분한 layer2 거래를 수집하고 유효성 증명을 계산하며 거래를 아카이브하여 엄격한 데이터 가용성을 강제하는 데는 각 layer2 블록이 몇 시간을 소요할 수 있다. 긴 layer1 확인 시간은 일부 사용자가 보안 트레이드오프를 수용하고 특정 애플리케이션에 대한 layer2의 최종성을 신뢰하도록 유도할 수 있다. 일반적으로 롤업은 프로토콜을 실행(즉, 활성화)하고 거래를 공정하게 선택하기 위해 신뢰해야 한다(채굴자가 추출할 수 있는 가치 참조). 최근 분산 롤업 프로토콜을 설계하려는 노력에서 이러한 우려가 드러난다.

2. Linera의 혁신점은 무엇인가?

위의 솔루션에 대한 관찰과 영감을 바탕으로 Linera는 다음 세 가지 핵심 원칙에 기반한 새로운 웹3 인프라를 개발할 계획이라고 밝혔다:

1. 탄력적인 검증자 그룹에서 여러 체인을 운영하여 예측 가능한 성능과 응답성을 갖춘 안전한 인프라를 구축한다;
2. 새로운 실행 계층에서 작업하여 다중 체인 프로그래밍을 주류로 만들고 확장 가능한 웹3 애플리케이션의 풍부한 생태계를 활성화한다;
3. 탄력적인 검증자가 최적의 인센티브를 받고 커뮤니티의 대규모 감사가 이루어지도록 하여 탈중앙화를 극대화한다.

Linera의 혁신점은 다음과 같은 측면에서 나타난다:

1. 탄력적인 검증자를 갖춘 통합 다중 체인 시스템

예측 가능한 성능과 대규모 응답성을 갖춘 웹3 인프라에 대한 비전을 실현하기 위해, Linera는 클라우드 인프라를 활용하여 새로운 다중 체인 프로토콜인 탄력적인 검증자를 갖춘 통합 다중 체인 시스템을 개발하였다.

• Linera에서 검증자는 웹2와 유사한 탄력적인 서비스로, 여러 체인에서 거래 블록을 병렬로 검증하고 실행할 수 있다. Linera 시스템 내에 존재하는 체인(활성 및 비활성)의 수는 무한하며, 이를 마이크로 체인이라고도 한다.
• 새로운 블록을 통해 마이크로 체인을 적극적으로 확장하는 작업은 검증 또는 실행과 분리되어 있으며, 각 체인의 소유자가 부담한다. 각 Linera 사용자가 자신의 체인을 생성하고 그곳에 자신의 계정을 두도록 장려한다.
• 각 검증자는 모든 마이크로 체인을 관리한다(이를 통합 다중 체인 방법이라고 한다). 마이크로 체인은 비동기 메시지를 통해 상호작용하며, 그렇지 않으면 독립적으로 운영된다. 따라서 검증자는 많은 내부 분할 간에 작업량을 분배하여 탄력적으로 확장할 수 있다. 각 검증자의 내부 네트워크를 사용하여 체인 간 비동기 메시지를 효과적으로 구현한다.
• 마이크로 체인의 새로운 블록 수신 방식은 다를 수 있다. 자신의 체인을 확장할 때, 사용자는 신뢰할 수 있는 브로드캐스트에서 영감을 받은 저지연, 메모리 풀 없는 프로토콜을 통해 검증자에게 새로운 블록을 직접 제출한다. 사용자 간의 더 복잡한 상호작용이 필요한 애플리케이션은 필요에 따라 생성된 임시 마이크로 체인에 의존할 수 있다. 실제로 Linera 인프라가 소유한 공용 마이크로 채널만이 완전한 BFT 합의 프로토콜을 갖춘다.
• 검증자 간의 마이크로 체인 동기화는 체인 소유자에게 위임된다. 이는 비활성 마이크로 체인(블록을 생성하지 않는) 외에는 검증자에게 비용이 없음을 의미한다.

탄력적인 검증자를 사용하는 것은 Linera의 독특한 가정이다. Linera는 Linera 커뮤니티가 새로운 검증자가 선택할 수 있는 다양한 클라우드 제공업체를 지원하도록 할 계획이다. Linera의 초기 영감은 Meta에서 개발한 저지연 결제 프로토콜 FastPay에서 비롯되었다. Linera는 사용자 계정을 마이크로 체인으로 전환하고 스마트 계약을 추가하며 체인 간의 임의 비동기 메시지를 지원함으로써 FastPay를 크게 발전시켰다.

2. 다중 체인 프로그래밍을 주류로 만들기

Linera는 여러 체인을 독특한 검증자 그룹에 통합한다. 각 검증자의 내부 네트워크 덕분에 체인 간 통신이 크게 촉진된다. 이는 다양한 웹3 애플리케이션이 저렴하고 효율적인 다중 체인 아키텍처를 활용하여 탄력적으로 확장할 수 있는 기회를 제공하는 첫 번째 사례이다. 다중 체인 프로그래밍의 채택을 촉진하기 위해 다음과 같은 설계 선택을 하였다:

• Linera의 실행 모델은 언어에 독립적이며 개발자 친화적으로 설계되었다. Linera의 초기 SDK는 Wasm 기반이며 Rust 프로그래밍 언어를 목표로 한다.
• Linera 애플리케이션은 조합 가능하고 다중 체인이다. 애플리케이션이 생성되면 필요에 따라 어떤 체인에서든 실행될 수 있다. 동일한 애플리케이션의 실행 인스턴스는 비동기 메시지와 게시/구독 채널을 통해 체인 간 조정된다. 동일한 마이크로 체인 내에서 실행되는 애플리케이션은 계약 간 호출 및 임시 세션 객체를 통해 상호작용한다.

Linera의 세션 객체는 Move 언어의 리소스에서 영감을 받았다. Move의 정적 유형 리소스는 조합 가능성을 높이는 데 도움이 되는 것으로 제안되었다. Linera에서 클래스 리소스의 조합 가능성은 세션 핸들과 런타임 검사를 사용하여 달성된다. 예를 들어, 토큰을 전송하기 위해 Linera 계약은 토큰을 포함하는 임시 세션의 소유권을 이전할 수 있다. 일반적으로 대규모 개발자 커뮤니티를 구축하는 것은 블록체인 인프라 채택의 주요 요소이다. Wasm 생태계가 다국어 도구를 지속적으로 개선하고 있어 Linera는 여러 개발자 커뮤니티에 서비스를 제공할 수 있는 장기적인 가능성을 제공한다.

3. 탄력적인 검증자의 강력한 탈중앙화

고전적인 "블록체인 삼중 난제"는 확장성, 보안 및 탈중앙화를 동시에 달성하는 것이 어렵다고 주장한다. 이 관찰은 고정 용량의 검증자에게는 확실히 적용되지만, Linera는 탄력적인 검증자를 위한 만족스러운 탈중앙화 개념을 정의하고 구현하는 데 있어 모든 노력이 충분하지 않다고 생각한다.

• Linera는 위임된 지분 증명(DPoS)에 의존하여 보안을 보장하고 검증자 집합의 변경을 정기적으로 지원한다. 블록의 연결 덕분에 과거 거래, 체인 간 메시지 및 각 마이크로 체인의 실행 상태는 변경할 수 없다.
• 마이크로 체인은 독립적으로 감사할 수 있도록 설계되었다. 이는 Linera 전체가 커뮤니티에 의해 상품 하드웨어만을 사용하여 분산 방식으로 감사될 것임을 의미한다. 블록체인 커뮤니티는 롤업의 맥락에서 성능을 높이기 위해 대규모 검증자를 사용하는 것과 커뮤니티 주도의 검증자를 사용하여 탈중앙화를 유지하는 것에 대해 논의해왔다. Linera 프로젝트가 진행됨에 따라 유효성(ZK) 증명 및 롤업 관련 기술 발전에 계속 주목할 것이다.

4. Linera 아키텍처의 장점

Linera는 인터넷 규모에서 예측 가능한 성능, 응답성 및 보안을 갖춘 최초의 다중 체인 인프라를 제공하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 Linera는 동일한 검증자 그룹 내에서 "마이크로 체인"이라고 불리는 여러 개의 병렬 체인을 운영하고, 각 검증자의 내부 네트워크를 사용하여 체인 간에 비동기 메시지를 신속하게 전달하는 아이디어를 도입하였다. Linera는 이러한 아키텍처가 많은 장점을 가지고 있다고 생각한다:

탄력적 확장. Linera에서 확장성은 블록의 크기나 속도를 증가시키는 것이 아니라 체인을 추가함으로써 얻어진다. 각 검증자는 다중 체인 애플리케이션의 명목 성능을 유지하기 위해 언제든지 용량(내부 작업자라고도 함)을 추가하거나 제거할 수 있다.

응답성. 마이크로 체인이 단일 사용자에 의해 운영될 때, Linera는 신뢰할 수 있는 브로드캐스트에서 영감을 받은 간소화된 메모리 풀 없는 합의 프로토콜을 사용한다. 이는 블록 지연을 줄이고 궁극적으로 웹3 애플리케이션의 응답성을 높인다.

조합 가능성. 다른 다중 체인 시스템과 비교할 때, 낮은 블록 지연은 조합 가능성에도 기여한다: 새로운 블록을 빠르게 추가하여 다른 체인에서 오는 비동기 메시지를 수신할 수 있다.

체인 보안. 모든 마이크로 체인이 동일한 검증자 그룹 내에서 운영되는 전통적인 다중 체인 시스템과 비교할 때, 체인 생성이 Linera의 보안 모델에 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다.

권력 분산. Linera는 보안을 보장하기 위해 위임된 지분 증명(DPoS)에 의존한다. 각 마이크로 체인은 상품 하드웨어에서 독립적으로 실행될 수 있다. 이는 고객과 감사자가 지속적으로 자신의 검증을 실행하고 검증자에게 책임을 지울 수 있게 한다.

언어 "무관론자". Linera의 프로그래밍 모델은 특정 프로그래밍 언어에 의존하지 않는다. 깊이 있는 고민 끝에 Linera는 초기 실행 계층에서 Wasm과 Rust에 집중하기로 결정하였다.