전면 비교 네 가지 DA 레이어: Avail, Celestia, 이더리움, EigenDA

네트워크 보안

기본 계층을 고려할 때, 네트워크의 보안성과 탄력성이 가장 먼저 주목받는 사항입니다. 다음은 네트워크 강도를 점검할 때의 주요 요소입니다.

합의 메커니즘

합의 메커니즘에서는 활성화와 보안 간의 기본적인 딜레마가 존재합니다. 활성화는 거래가 신속하게 처리되고 네트워크가 운영되도록 보장하며, 보안은 거래가 정확하고 안전하게 이루어지도록 보장합니다. 서로 다른 블록체인 시스템은 적절한 균형을 이루기 위해 고유한 사용 사례에 따라 다양한 선택을 합니다.

Avail은 Polkadot SDK의 BABE와 GRANDPA 두 가지 합의 메커니즘을 사용합니다. BABE는 주로 블록을 생성하는 데 사용됩니다. 네트워크의 활성화를 보장하기 위해 검증 노드와 협력하여 어떤 노드가 새로운 블록 생산자가 될지를 결정합니다. GRANDPA는 주로 블록의 최종 확인을 담당합니다. 3분의 2 이상의 검증자가 특정 블록을 포함하는 체인을 확인하면, GRANDPA는 이 특정 블록까지의 모든 블록을 확인할 수 있도록 허용합니다. 이 두 가지 메커니즘을 결합함으로써, Avail은 네트워크의 탄력성을 강화하는 혼합형 원장을 형성하여, 네트워크의 일시적인 분할이나 많은 노드의 장애가 발생하더라도 정상적으로 운영될 수 있도록 합니다.

Avail의 설계 선택은 Ethereum에서 사용되는 Casper와 LMD GHOST와 유사합니다. LMD GHOST는 Ethereum의 블록 생산 엔진으로, BABE와 같은 확률적 최종성을 의존하며, GRANDPA와 같은 Casper FFG는 최종성 보장을 제공하는 최종 메커니즘입니다.

Celestia는 Tendermint의 설계 선택을 사용하여 블록을 생성할 때 이를 결정할 수 있습니다. 그러나 이러한 선택의 균형은 운영자나 검증자가 3분의 1 이상 중단될 경우 체인이 중단될 위험이 있다는 것입니다. 블록의 최종성이 데이터의 가용성을 보장하지 않는다는 점도 중요합니다. Celestia는 사기 증명(fraud-proof)에 기반한 설계를 채택하고 있습니다. 이 설계에서는 블록이 신속하게 최종성을 얻었더라도(즉, 확인되었고 변경되지 않을 것임) 사용자는 관련 데이터가 가용하다는 것을 확신할 때까지 기다려야 합니다.

데이터 가용성 위원회(Data Availability Committees, DAC)는 데이터에 대한 접근을 보장하거나 데이터 가용성을 검증하는 책임이 있는 조직 또는 개체의 집합입니다. 그들이 데이터가 가용하다고 확인할 때, 특정 암호화 서명을 사용하여 이 확인을 나타냅니다. 이는 위원회 구성원의 대다수가 특정 데이터가 가용하다고 동의할 때, 그들이 이 사실을 증명하기 위해 특별한 디지털 서명을 채택한다는 것을 의미합니다.

EigenDA는 Ethereum의 메인 체인에 직접 저장되지 않기 때문에 "오프체인" DAC로 불리는 DAC입니다. Ethereum 네트워크의 검증자는 EigenDA에 가입할 선택권이 있습니다. DAC 구성원이 특정 데이터의 가용성을 확인할 때, 그들은 스마트 계약 기반의 증명이나 선언을 제공합니다. 이 증명은 그들이 데이터의 진실성이나 완전성을 검증했음을 나타냅니다. 이 외에도 데이터의 순서나 구조성을 보장하기 위해 DAC 구성원은 외부의 독립적인 서비스에 의존하여 데이터를 정렬하거나 조직합니다.

탈중앙화

네트워크의 보안을 고려할 때, 두 가지 주요 요소를 고려해야 합니다: 총 스테이킹 금액과 이러한 스테이킹의 분포. 탈중앙화의 정도, 즉 스테이킹 금액이 얼마나 고르게 분포되어 있는지는 네트워크의 보안성에 직접적인 영향을 미칩니다. 잠재적 공격의 비용이 네트워크의 보안을 평가하는 데 사용됩니다. 이는 스테이킹 수량이 더 큰 검증자 집합에 고르게 분포되어 있을 경우, 네트워크를 공격하려는 파괴자가 동일한 스테이킹 수량을 얻기 위해 더 많은 노드를 설득해야 한다는 것을 의미합니다.

Avail은 Polkadot에서 지명된 지분 증명(NPoS)을 상속받아 최대 1,000개의 검증자를 지원할 수 있습니다. 순차적인 Phragmén 방법을 채택하여, NPoS는 효과적인 보상 분배를 제공하며 스테이킹 중앙화의 위험을 줄입니다.

Avail은 모든 데이터 가용성 솔루션 중에서 독특한 점이 있습니다. 경량 클라이언트의 P2P 네트워크에서 데이터를 샘플링할 수 있는 능력이 있기 때문입니다, 다른 시스템이 네트워크에 문제가 발생하거나 병목 현상이 발생할 때 전체 노드에 전적으로 의존하는 것과는 다릅니다. 이 특징은 Avail을 다른 기존 및 향후 데이터 가용성 솔루션과 구별짓습니다. 이 특성을 통해 Avail은 고효율적이고 신뢰할 수 있는 백업 메커니즘을 제공하여 장애가 발생하더라도 데이터의 가용성을 보장합니다. 이는 Avail 데이터 가용성 네트워크의 안정성과 저항력을 더욱 강화합니다.

Celestia는 Tendermint를 합의 프로토콜로 사용하며, 검증자 집합은 수백 개에 이를 수 있습니다.

Ethereum은 단일 블록체인으로, 900,000개 이상의 검증자 노드를 보안의 기준으로 삼고 있지만, 이 숫자에서 네트워크의 분포 정도는 충분히 반영되지 않았습니다.

반면에, DAC는 일반적으로 블록체인 데이터 가용성을 확인하는 몇 개의 노드만 포함합니다.

중요한 점은, 재스테이킹 과정이 Ethereum에서 얻은 보안성에 의존하지 않으며, 그 보안성은 해당 플랫폼에서 재스테이킹된 Ether의 총량에 주로 의존한다는 것입니다. 즉, 재스테이킹 자체가 해당 플랫폼의 보안을 높이는 데 직접적인 도움이 되지 않으며, 단지 Ethereum에 잠겨 있는 기존 스테이킹의 일부를 활용하는 것입니다.

EigenDA는 전체 노드 집합의 서명을 사용합니다. 그러나 데이터 가용성 샘플링과 비교할 때, 스마트 계약을 통한 검증 선언은 동일한 수준의 데이터 가용성(DA) 보장을 제공할 수 없습니다. EigenLayer는 재스테이킹 전략을 채택하여, Ethereum에 이미 잠겨 있는 자금이나 자산을 사용하여 스테이킹을 지원합니다. 그러나 이러한 접근 방식은 일부 비판을 받았으며, 이는 특정 검증자를 반복적으로 사용하여 합의 메커니즘의 과부하를 초래할 수 있습니다.

실행 환경의 추가 소비

지난 10년 동안, 스마트 계약 기능을 갖춘 단일 블록체인은 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 그러나 데이터 가용성, 실행 및 결제가 통합된 이 시대의 최첨단 기술인 Ethereum조차도 상당한 확장성 제한을 가져왔습니다. 이러한 제한은 실행을 체인 외부로 이동시키고 EIP-4844(Proto-danksharding 및 Danksharding으로도 알려짐)와 같은 개선 제안의 발전을 촉진했습니다.

신성한 스마트 계약은 상태를 정의하고 롤업으로의 다리 역할을 합니다. 이 방법에서 Ethereum은 롤업의 정확성을 검증하는 권위와 기준으로 작용합니다.

Avail은 실행과 결제를 기본 계층에서 분리하고 롤업이 Avail에 직접 데이터를 게시할 수 있도록 허용합니다. 이 모듈화 접근 방식의 장점은 Avail 기반의 롤업이 Avail의 P2P 경량 클라이언트 네트워크를 활용하여 상태를 쉽게 검증할 수 있다는 것입니다. 또한, 이 네트워크가 실행 증명을 전달하는 데 사용된다면, 롤업은 스마트 계약이나 기본 계층에 의존하지 않고도 스스로 업그레이드할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 이는 롤업에 더 큰 유연성과 자율성을 제공합니다. 이 새로운 접근 방식은 개발자에게 필요에 따라 확장할 수 있는 기본 계층을 제공하며, 결제를 위해 어떤 실행 지원 계층(supported layer)을 선택할 수 있는 다리 옵션을 제공합니다.

Celestia는 Avail과 유사한 접근 방식을 채택하고 있습니다. 유일한 차이점은 경량 클라이언트가 전체 노드가 다운될 때 네트워크를 지원할 수 없다는 것입니다.

EigenDA는 고정된 결제 계층이 없습니다.

발전 잠재력

데이터 가용성(DA) 계층의 보안성과 탄력성 외에도, 그 위에 구축되는 롤업과 블록체인의 증가하는 수요를 수용하는 능력은 그들의 성공에 매우 중요합니다. 고려해야 할 몇 가지 주요 요소를 살펴보겠습니다.

유효성 증명

유효성 증명에 대해 논의할 때, 데이터 가용성 계층에서 사기 증명과 유효성 증명의 균형을 이해하는 것이 중요합니다. Avail에서 사용하는 KZG 약속은 DA의 유효성을 보장하는 데 사용되며, 메모리, 대역폭 및 저장 요구 사항을 줄이고 간결성을 제공합니다. 이는 증명의 크기가 다항식 복잡성의 영향을 받지 않고 고정된다는 것을 의미합니다. 이는 KZG 약속이 효율성, 프라이버시 및 확장성이 중요한 제로 지식 기반 블록체인에 이상적인 선택이 되게 합니다.

또한, Avail의 경량 클라이언트는 데이터를 신속하게 접근하고 샘플링할 수 있으며, 올바른 블록 인코딩을 보장하고 새로운 블록이 최종 확정될 때 데이터 가용성 보장을 제공합니다. 반면, 사기 증명은 도전 기간이 끝날 때까지 기다려야 합니다. KZG 약속과 Avail의 경량 클라이언트의 결합은 Avail에서의 검증 과정을 가속화하여, 그 위에 구축된 롤업이나 주권 체인이 빠른 검증 과정을 활용할 수 있게 하며, 향후 수년간 블록체인 설계에 대한 확장성과 유연성을 창출합니다. 이러한 검증 방법은 Avail을 Celestia와 같은 DA 계층과 구별짓는 핵심 요소입니다.

Celestia는 안전한 해시 함수를 사용하여 KZG 약속 생성보다 훨씬 빠릅니다. 여기서의 균형은 그들이 사기 증명에 의존하여 지우기 인코딩의 정확성을 확인해야 하며, 이는 데이터 가용성 보장을 보장하는 데 잠재적인 지연을 초래한다는 것입니다.

Celestia의 경량 노드는 데이터가 가용한지, 또는 아직 수신되지 않은 사기 증명이 있는지를 명확히 확인할 수 없습니다. 다시 말해, 사기 증명의 사용은 네트워크의 경량 노드가 샘플링 후 데이터 가용성을 명확히 확인하는 능력을 저하시킵니다. 이는 낙관적 검증의 일부가 필수적인 도전 기간을 필요로 하기 때문입니다.

EigenDA는 KZG 약속을 사용하고, 전체 데이터 블록이 아닌 소량의 데이터만 다운로드하며 유효성 증명을 채택합니다. 그들의 접근 방식은 데이터를 더 작은 블록으로 분할하기 위해 지우기 인코딩을 사용하고, 운영자가 전체 데이터 블록 크기의 일부인 블록만 다운로드하고 저장하도록 요구합니다.

Ethereum의 경우, 현재 버전은 유효성 증명을 사용하지 않지만, EIP-4844와 완전한 Danksharding은 구현 시 유효성 증명을 채택할 것입니다.

확장 능력

Ethereum의 제한으로 인해, 높은 비용과 느린 거래로 인해 L2의 급증이 발생했습니다. 이들은 Ethereum의 실행 계층이 되어 블록 공간에 대한 수요를 증가시키고 있습니다. 현재 Ethereum에 데이터를 게시하는 비용은 롤업 총 비용의 70%에서 90%를 차지하는 것으로 추정됩니다. 이는 Ethereum에서 개발된 검증자와 애플리케이션에 추가 비용을 초래합니다.

Avail과 Celestia와 같은 기본 계층은 이 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다. 이들은 데이터 가용성을 최적화하여 수요 증가에 따라 동적으로 블록 크기를 확장할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 경량 클라이언트와 데이터 가용성 샘플링(DAS)을 결합함으로써, 이들은 네트워크 수요 증가에 대응할 때 데이터 가용성 블록 크기를 확장할 수 있는 이점을 가지고 있습니다. 이는 블록 공간이 증가함에 따라 그 위에 구축된 애플리케이션이 영향을 받지 않도록 하며, 이러한 네트워크 내의 경량 클라이언트가 전체 블록을 다운로드하지 않고도 DAS를 수행할 수 있게 합니다. 이 독특한 능력은 이들을 단일 블록체인과 구별짓습니다.

2023년 9월 기준으로, Ethereum은 1910억 달러의 시가총액을 가진 가장 큰 커뮤니티를 보유하고 있습니다. Ethereum에 구축된 프로토콜은 규모의 경제를 누리지만, 지난 몇 년간 블록 공간이 제한되어 있었기 때문에 비싼 거래 비용에 직면해 있습니다. 롤업의 성장으로 사용자 수와 거래량이 정점에 달했으며, 롤업은 실행의 최선의 선택이 되었습니다. 블록체인 기술이 더욱 보편화됨에 따라 블록 공간에 대한 수요는 계속 증가할 것입니다.

DAC는 단순한 중앙 집중식 방법으로 확장할 수 있으며, 일부 롤업은 탈중앙화 DA 솔루션을 설계할 때까지 DAC를 임시 조치로 사용했습니다.

데이터 가용성 샘플링

Avail과 Celestia는 데이터 가용성 샘플링(DAS)을 지원하는 경량 클라이언트를 제공하여 경량 클라이언트가 최소한의 신뢰성을 가진 보안을 제공할 수 있도록 합니다. 앞서 언급한 바와 같이, 주요 차이점은 검증 방식과 중단이나 병목 현상이 발생할 경우 Avail의 경량 클라이언트 P2P 네트워크가 전체 노드를 대체하여 네트워크를 지원하는 방식입니다.

반면에, EIP-4844 이후의 Ethereum은 DAS를 갖추지 않을 것입니다. 이는 Ethereum의 경량 클라이언트가 이러한 업그레이드된 최소 신뢰 보안 기능을 갖추지 못한다는 것을 의미합니다. 더 나아가, Ethereum의 DA 솔루션은 스마트 계약 환경을 포함합니다. 완전한 danksharding에서는 blob 공간을 확장하기 위해 DAS가 구현될 것이며, 이는 향후 몇 년 내에 실현될 것으로 예상됩니다.

EigenDA의 보안성은 신뢰할 수 있는 소수의 전체 노드나 다른 개체에 기반하고 있으며, 데이터 가용성 샘플링(DAS)이 없습니다. 프로토콜의 완전성은 위원회 내의 절대 다수가 정직하고, 최소한 하나의 개체가 데이터 사본을 보유하고 있다는 것에 의존합니다. 비록 이중 법정 수 방법이 단일 법정 수보다 보안을 높이지만, 여전히 DAS를 통한 독립 검증의 이상적인 상황에 도달하지 못했습니다.

비용

혼잡과 수요에 비해, Ethereum은 가장 비싼 솔루션입니다. EIP-4844가 도입되더라도, Ethereum은 여전히 비쌀 것이며, 이는 일회성 블록 공간 증가만 제공하기 때문입니다. DAC는 가장 저렴하지만, 이는 더 중앙 집중식 접근 방식을 취해야 하는 대가입니다.

실행 계층이 없는 Avail과 Celestia는 낮은 비용을 유지할 수 있습니다. 그들은 블록 공간을 쉽게 늘릴 수 있으며, 오늘날의 Ethereum은 DAS 없이 이를 수행할 수 없습니다.

EigenDA는 유연한 비용 모델을 도입할 것이라고 밝혔지만, 그 실제 비용은 아직 공개되지 않았습니다.

성능 하이라이트

이제 성장 잠재력을 검토했으므로, 이러한 블록체인의 성능을 살펴보겠습니다.

블록 시간

위의 표를 참조하여 각 블록을 구축하는 데 필요한 시간을 확인하십시오.

블록 구축에 필요한 시간만으로 블록체인의 성능을 측정하는 것은 단편적입니다. 이 지표는 블록 확인에서 검증 완료까지의 과정의 특정 측면만을 포함합니다. 즉각적인 최종성을 제공하는 합의 메커니즘이 있더라도, 사기 증명 기반 방법을 사용할 경우 DA 검증에는 시간이 걸릴 수 있습니다.

Ethereum은 Casper를 사용하여 64-95개의 슬롯마다 하나의 블록을 최종 확정합니다. 이는 Ethereum 블록의 최종성이 약 12-15분이라는 것을 의미합니다.

EigenLayer는 블록체인이 아니라 Ethereum에서 실행되는 스마트 계약의 집합입니다. 이는 Ethereum과 동일한 최종성 시간을 상속받습니다. 따라서 사용자가 롤업에 거래를 전송하면, 롤업은 해당 거래의 데이터를 EigenLayer에 전달하여 데이터가 가용하다는 것을 증명해야 합니다. 그러나 Ethereum 블록이 최종 확정될 때까지 거래는 완료된 것으로 간주되지 않으며, 롤업이 거래를 수락했더라도 지연이 발생할 수 있습니다. 더 빠른 DA 보장을 제공하고 암호 경제적 조치를 통해 문제를 회피하는 방법이 논의되고 있습니다.

블록 공간

롤업이 미래의 실행 계층이 됨에 따라 블록 공간에 대한 수요는 계속 증가할 것입니다. Avail과 Celestia와 같은 DA 계층은 모듈화 설계 덕분에 이 수요를 충족할 수 있으며, Ethereum의 블록 공간 증가는 제한될 것입니다. Avail의 Kate 테스트넷은 블록 크기를 2MB로 구성하였으며, 이 블록 크기는 복제되어 4MB로 지우기 인코딩됩니다. Avail의 독특한 점은 효율적인 클라이언트 검증 기술을 사용하여 블록 크기를 늘릴 수 있는 능력입니다. 내부 벤치마크 테스트를 통해 Avail은 최대 128MB의 블록 크기를 어려움 없이 테스트했습니다.

Celestia도 블록 공간 수요 증가에 따라 블록 크기를 늘릴 수 있으며, 이는 DAS 덕분입니다.

EigenDA는 DA와 합의를 분리하고, 지우기 인코딩 및 직접 단일 방송을 통해 처리량을 확장할 것입니다. 그러나 이는 상단에 구축된 롤업이 기본 계층의 검열 저항성을 상속받지 못하는 대가를 치르게 됩니다.

요약

튼튼한 기본 계층을 선택하여 구축하는 것은 도전적일 수 있습니다. 이 글이 독자들이 다양한 설계 선택의 장단점을 더 잘 이해하고, 적합한 DA 계층을 선택하는 데 도움이 되기를 바랍니다.