누구나 아는 것처럼 비트코인(Bitcoin)에서 시작된 탈중앙화 플랫폼, 블록체인은 이제 현재는 물론 미래 사회의 가장 핵심적인 키워드 중의 하나가 되었다. 블록체인은 AI(인공 지능 컴퓨팅)와 5G 통신기술, 빅 데이터 분석 기술과 함께 4차 산업의 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만, 블록체인 기술이 4차 산업의 핵심 기술로서 대중적으로 사용되기 위해선 아직 해결해야 할 과제들 또한 많다.
느린 처리 속도, 적은 처리량, 수수료 문제, 사용자가 많아지면 급속히 느려 지는 확장성의 문제 등 전 세계 수많은 블록체인 업체에서 이런 기술적 과제들을 해결하기 위해 도전하고 있다. 이런 상황에서 한국의 블록체인 개발 업체인 블룸테크놀로지가 로커스체인(Locus Chain) 프로젝트를 통해 그간 블록체인 기술이 가지고 있는 기술적 한계를 모두 해결하는 놀라운 혁신을 이루어 냈다고 밝혔다.
현재의 블록체인 프로젝트들은 크게 두 가지 부류로 나눠 볼 수 있다. 하나는 다른 블록체인 메인넷을 이용하거나 소스 코드가 오픈된 메인넷을 변경해 사용하는 것으로 메인넷 개발 보다는 토큰 비즈니스에 초점을 맞춘 프로젝트다. 이더리움(Ethereum) ERC20 토큰처럼 다른 메인넷을 이용하여, 토큰 비즈니스에 목적을 두고 있는 것들이다. 통상적으로 유틸리티 토큰, 시큐리티 토큰, 결제 토큰 등이 여기에 해당된다.
다른 하나는 현재의 블록체인 메인넷이 가지는 기술적 한계를 개선하기 위해 새로운 메인넷 플랫폼을 개발하는 것이다. 이런 종류의 프로젝트에 이오스(EOS), 리브라(Libra) 등이 해당된다. 그러나 블록체인 전문가들은 기술적 성능의 문제는 어느 정도 해결되었을지 모르나, 탈중앙화를 훼손했다는 비판을 하고 있다.
반면 로커스체인은 실생활에 사용가능한 퍼블릭 블록체인 플랫폼을 목표로 약 2년간의 개발기간을 거쳐 완벽한 탈중앙화 기반의 고성능 블록체인을 완성했으며, 노드 실행을 위한 리소스(CPU, 저장 공간, 네트워크 용량)를 극도로 낮추었다고 발표했다. 블록체인 네트워크에 있어서 노드의 숫자가 많아지면 많아질수록 시스템의 안정성이 높아지고, 거래 검증을 위한 수수료를 낮추기 위해서도 노드의 필요 리소스를 낮추는 것이 꼭 선행되어야 한다는 필수불가결의 원칙을 구현한 것이다.
우리에게 익숙한 시스템은 중앙화 플랫폼으로서, 강력한 하드웨어와 네트워크 대역폭을 가진 서버와 일대일 통신을 통해 트랜잭션 처리가 마무리된다. 이에 반해 탈중앙화 플랫폼인 블록체인은 데이터를 수학적 해쉬 함수를 이용해 체인 형태로 묶어 네트워크에 참여하는 모든 노드가 공유하게 되며, 네트워크에 참여한 노드들 간의 합의로 트랜잭션을 처리하게 된다.
이러한 방식은 해커에 의한 데이터 위변조나 특정 노드의 불안정으로 인한 서비스 중지 등의 문제에서 자유로워지는 장점을 주게 되나, 노드들 간의 합의에 소요되는 시간으로 인해 중앙화 시스템에 비해 성능은 떨어질 수밖에 없다. 시스템의 안정성은 네트워크에 참여하고 있는 노드가 많으면 많을수록 높아지지만, 공유해야 할 합의 노드가 많아질수록 성능(처리속도, 처리량 등)은 떨어지게 되는 것이다.
이와 같은 성능의 문제를 해결하기 위한 기술적 접근은 다양하다. 우선 1세대 비트코인과 2세대 이더리움이 가지는 블록체인 원장 구조의 형태는 선형 블록체인 구조로서, 트랜잭션의 처리가 순차적으로 이루어질 수밖에 없어 고속 처리가 어렵다. 이런 문제를 해결하기 위해 선형 블록체인 구조가 아닌 DAG(Directed Acyclic Graph)로 대표되는 비선형 구조를 사용하여 병렬 처리하는 방식을 사용한다. DAG 원장구조를 사용하는 블록체인은 나노(NANO), 아이오타(IOTA)등이 있다.
로커스체인도 DAG구조의 하나인 AWTC(Account-Wise Transaction Chain) 구조를 사용한다. AWTC 원장구조는 어카운트의 수만큼 트랜잭션을 기록할 수 있는 지점이 늘어나기 때문에 처리 성능이 크게 향상되고, 확장성이 뛰어나며, 악의적인 사용자가 아니라면 거래가 즉시 확정되는 장점이 있으나 기존 DAG구조의 경우 BFT(Byzantine Fault Tolerance) 합의를 구현하기 어려웠다.
로커스체인은 DAG 구조상에서 BFT합의를 세계 최초로 구현하고 특허를 출원했다고 밝혔다.
잘 알려진 것처럼 비트코인과 이더리움의 경우 작업증명(PoW)과 나카모토 합의(Nakamoto Consensus, Longest Rule이라고도 함)를 사용하고 있으나, 최근의 블록체인 프로젝트는 지분증명(PoS)과 BFT(Byzantine Fault Tolerance) 합의를 사용하는 경향이 짙다.
BFT합의는 확정합의로 더 이상 합의 결과가 뒤집어 지지 않기에 안정적이지만 확장성이 떨어지는 단점이 존재한다. 이와 같은 단점을 해소하기 위한 방법으로 이전에 언급한 이오스와 리브라와 같은 프로젝트에서는 합의 노드를 미리 정함으로서 확장성의 한계를 해결하려 했으나, 탈중앙화라는 최우선 가치를 훼손하고 있다는 비판을 받고 있다. 이외에도 노드를 미리 정하게 될 경우 노드가 해킹 공격에 노출될 염려가 있고, 노드 선정 시 특정 기업이나 세력의 영향에서 자유로울 수 없게 되는 단점이 생긴다.
반면 로커스체인의 경우 합의 노드를 특정하지 않고 매 합의마다 다르게 전체 노드 중 일부를 공정하게 샘플링 하는 방식을 취하여, 탈중앙화의 중요 가치를 훼손하지 않으면서도 확장성의 문제를 해결하였다. 이렇게 될 경우 누가 합의 노드로 선출될지 알 수 없어 해킹 공격의 위험을 벗어날 수 있다. 이와 같은 합의방식을 구현한 블록체인은 로커스체인 외에도 알고랜드(Algorand), 디피니티(Difinity) 등이 있다.
탈중앙화 플랫폼인 블록체인 시스템은 성능의 이슈 외에도 블록체인 네트워크에 참여하는 노드가 부담해야할 CPU 및 네트워크 부하를 최소화해야 하는 과제가 남아 있다. 작업증명의 경우 CPU부담이 크기에, 최근 블록체인 프로젝트는 대부분 작업증명대신 지분증명의 방식을 선택하고 있고, 로커스체인의 경우에도 지분증명방식을 사용한다.
노드가 부담해야할 부하는 이외에도 네트워크 부하가 있을 수 있다. 현재의 저속 블록체인 혹은 사용량이 적은 블록체인이 아닌, 처리속도가 비자 카드의 최대 처리량이라 하는 4K TPS(Transaction Per Second)에 이르는 실용적인 성능을 내는 블록체인을 가정할 때 한 합의 노드가 부담해야 하는 네트워크 대역폭은 다음과 같다.
한 Tx 의 크기를 0.5kB 라 가정하면, 0.5kB/Tx * 4kTx/sec = 2MB/sec이고, P2P 네트워크의 Repeat까지 감안한다면 일반 가정집에서 노드를 운영하는 것은 현실적으로 어렵다. 뿐만 아니라 IOT 시스템 및 자율 주행 차량 시스템의 경우에도 결국 네트워크 부하로 인해 블록체인 도입이 어려울 수 있다.
로커스체인은 다이나믹 샤딩(Dynamic Sharding)을 이용해 네트워크 부하 문제를 해결하였다. 샤딩은 블록체인 업체들이 다양한 이유로 개발을 시도하고 있다. 그러나 실용가능한 샤딩을 개발한 것은 로커스체인이 최초라고 블룸테크놀로지는 밝혔다.
블록체인 업계에서 샤딩에 관심을 갖는 이유는 크게 3 가지 정도이다. 첫번째는 새 블록을 블록체인에 추가할 때의 병목 현상을 회피해 전체적인 성능을 올리기 위해서이고, 두번째는 새 정보를 블록체인에 추가할 때 각 노드들이 보관하는 원장의 크기 문제를 해결하기 위해서이며, 세번째는 노드간에 주고받는 네트워크 트래픽을 줄이기 위해서다. 실생활에서 카드처럼 광범위하게 쓰일 수 있는 블록체인이라면 반드시 해결해야할 문제들이다.
로커스체인은 성능 문제는 앞서 언급한 DAG 기반 원장구조로, 원장의 크기 문제는 다음에 언급할 베리파이어블 프루닝으로 해결하였고, 네트워크 부하 문제는 다이나믹 샤딩으로 해결하였다.
현재의 성능적 이슈를 모두 해결한 고속 블록체인이 감당해야할 또 하나의 문제는 노드가 보관하게 되는 원장의 크기 문제이다. 4K TPS 에 이르는 고속 블록체인의 경우, 그 블록체인의 원장 사이즈는 다음과 같이 매일 증가할 것이다.
0.5kB/Tx * 4kTx/sec * 3.6ksec/hour * 24hour/day = 172.9GB
즉, 매일 170여 기가바이트 정도의 데이터가 쌓이면 일반 사용자가 노드로 참여하는 비용이 증가하고, 이로 인해 참여하는 노드가 줄어 들면 탈중앙화가 훼손되어 네트워크의 안정성이 떨어지는 문제가 발생한다.
예를 들어 기존 유통되는 모(某)코인의 경우 2019년 4월 22일 기준으로 원장의 크기가 2.38TB를 넘어선 상황이다. 4K TPS의 고속 블록체인은 20TPS에 불과한 기존 속도에 비해 200가 넘는 속도로 원장의 크기가 늘어나기 때문에 결국 이 문제를 해결하지 않으면 몇 년 후엔 노드를 운영하는 것이 쉽지 않아 블록체인 네트워크의 안정성은 크게 떨어질 수밖에 없다. 특히, 블록체인의 적용 분야로 각광받는 IOT, 자율주행 등의 분야에서는 네트워크에 참여하는 디바이스들의 저장 용량 한계로 블록체인의 도입이 제한될 가능성이 매우 크다.
로커스체인은 베리파이어블 프루닝(Verifiable Pruning)을 통해 원장의 크기를 극도로 작게 유지하면서도 검증이 가능하도록 구성하였다. 로커스체인은 노드가 가지는 원장의 크기를 10G이내로 유지하는 것을 목표로 하고 있다. 이처럼 네트워크에 참여하는 노드의 자원 요구량이 크게 낮아져 모바일 기기 및 IOT 기기에서도 노드를 운영할 수 있게 되는 큰 장점이 있는 것으로 보인다.
블룸테크놀로지의 이상윤 대표는 “국내 중소기업에서 세계 최고의 블록체인 기술을 만들었다고 말하면 잘 믿어주지 않았다. 사업적으로 힘든 시간을 보낸 것도 사실이다. 이제 세계 최고의 기술을 만들었으니, 글로벌 블록체인 전문가와 투자 기관으로부터 인정받는 일에 최선을 다할 것이다. 이미 글로벌 투자 기관과 투자 협의를 진행하고 있는데, 투자 성사와 함께 기술력을 인정받아 블록체인 업계의 획을 긋고 싶다”고 포부를 밝혔다.
블룸테크놀로지는 이후 다이나믹 샤딩에 대해 추가 특허출원 및 소스 코드 공개, 테스트넷 진행 등의 과정을 진행하며, 전 세계에 기술 알리기에 주력할 것으로 보인다.
비트코인으로 시작된 블록체인 혁명이라고 불린다. 혁명이라고 얘기하기에는 아직 가야할 길이 멀다. 그간의 블록체인이 가지고 있는 기술적 한계를 극복하기 위해 여러 블록체인 업체가 경쟁하고 있다. 블록체인 기술은 탈중앙화라는 이념을 훼손하지 않을 때 가치가 있고 수많은 새로운 비즈니스가 그로부터 파생될 수 있다. 그러나 탈중앙화에 충실하면서도 현재 블록체인 기술이 가지고 있는 많은 기술적 이슈들을 모두 해결하면서 개발을 진행하고 있는 프로젝트는 손에 꼽을 정도이다. 이런 상황에서 국내 블록체인 업체에서 개발한 로커스체인의 기술적 성과는 커 보인다. 로커스체인이 디지털 신용혁명의 시대를 앞당기기를 기대해본다.