※ 본 콘텐츠는 투자 조언이 아니며 오직 교육 및 정보 제공 목적으로만 작성되었습니다. 모든 투자 결정은 독자 본인의 책임 하에 이루어져야 합니다. 블록체인은 탈중앙성과 보안성을 제공하지만, 동시에 처리 속도와 확장성(Scalability) 측면에서 한계를 가지고 있습니다. 이러한 한계는 대규모 사용자 채택과 복잡한 응용 프로그램 구현에 있어 주요 장애물로 작용해 왔습니다. 이 문제를 해결하기 위한 대표적인 기술 중 하나가 샤딩(Sharding)입니다. 샤딩은 네트워크 전체를 여러 부분으로 나누어 데이터 처리를 병렬화함으로써 전체적인 시스템 성능을 향상시키는 접근 방식입니다. 이 글에서는 샤딩의 구조와 원리, 블록체인에서의 적용 방식, 처리 속도 향상 메커니즘에 대해 기술적으로 분석해 보겠습니다.
1. 블록체인 확장성의 한계
전통적인 블록체인 네트워크(특히 Layer 1)는 모든 노드가 동일한 데이터를 저장하고, 모든 트랜잭션을 처리해야 합니다. 이러한 구조는 보안성과 탈중앙화를 제공하지만, 동시에 확장성에 심각한 제약을 가져옵니다. 이로 인해 다음과 같은 문제가 발생합니다. 첫째, 처리 병목 현상이 발생합니다. 네트워크 전체가 모든 데이터처리를 순차적으로 처리해야 하기 때문에, 초당 처리 가능한 트랜잭션 수(TPS)에 엄격한 한계가 생깁니다. 비트코인의 경우 초당 약 7개, 이더리움은 초당 약 15-30개의 트랜잭션을 처리할 수 있는데, 이는 비자와 같은 중앙화된 결제 시스템이 처리하는 초당 수천 개의 트랜잭션에 비해 현저히 낮은 수준입니다. 이러한 낮은 처리량은 블록체인 네트워크가 대규모 사용자를 수용하거나 복잡한 응용 프로그램을 지원하는 데 큰 제약이 됩니다. 둘째, 저장소 증가 문제가 있습니다. 모든 노드가 블록체인의 전체 상태와 모든 트랜잭션 내역을 저장해야 하므로, 시간이 지남에 따라 필요한 저장 공간이 계속 증가합니다. 이는 일반 사용자들의 풀 노드 운영을 어렵게 만들고, 결과적으로 네트워크의 탈중앙화 수준을 저하시킬 수 있습니다. 예를 들어, 이더리움의 경우 전체 블록체인 데이터 크기가 수 테라바이트에 달하며, 이는 계속해서 증가하고 있습니다. 셋째, 검증 부하 집중 현상이 발생합니다. 각 트랜잭션이 전체 네트워크의 모든 노드에 의해 검증되어야 하므로, 트랜잭션 수가 증가할수록 각 노드의 계산 부담도 증가합니다. 특히 복잡한 스마트 계약 실행과 같은 계산 집약적인 작업의 경우, 이러한 부하는 더욱 심각해집니다. 검증 부하가 집중되면 네트워크 지연이 발생하고, 트랜잭션 처리 시간이 길어지며, 이는 사용자 경험을 저하시키고 블록체인의 실용성을 제한합니다. 이러한 확장성 문제는 블록체인 기술이 주류 채택으로 나아가는 데 있어 중요한 장벽으로 작용해 왔습니다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 확장성 해결책이 제안되었으며, 그중에서도 샤딩은 가장 유망한 접근 방식 중 하나로 주목받고 있습니다.
2. 샤딩 기술 개요
샤딩은 데이터베이스 분야에서 유래한 개념으로, 대규모 데이터베이스를 관리하기 위해 데이터를 여러 조각으로 나누어 저장하고 처리하는 기법입니다. 블록체인에서 샤딩은 네트워크, 상태, 트랜잭션 등의 자원을 여러 샤드(shard)로 분할하여 처리 효율을 높이는 방식으로 적용됩니다. 샤딩의 기본 구조는 네트워크 전체를 여러 샤드 그룹으로 분할하는 것에서 시작합니다. 각 샤드는 독립적인 블록체인처럼 작동하며, 자신에게 할당된 트랜잭션과 데이터만을 처리하고 저장합니다. 이러한 구조에서 샤드는 자체적인 블록 생성과 검증 과정을 가지며, 다른 샤드의 데이터를 직접적으로 참조하지 않고도 병렬적으로 작업을 수행할 수 있습니다. 전체 블록체인 시스템은 일반적으로 'Beacon Chain'이나 '코디네이터 체인'이라고 불리는 중앙 조정 체인을 통해 연결되고 관리됩니다. 이 체인은 샤드 간의 통신을 관리하고, 전체 시스템의 상태와 보안을 유지하는 역할을 합니다. 샤드 간에 정보를 교환해야 할 때는 비콘 체인을 통해 이루어지며, 이를 통해 전체 네트워크의 일관성이 유지됩니다. 샤딩 구조의 핵심 이점은 처리량의 향상입니다. 전통적인 블록체인에서는 모든 노드가 모든 트랜잭션을 처리해야 했지만, 샤딩을 적용하면 각 노드는 특정 샤드에 할당된 트랜잭션만 처리하면 됩니다. 이는 네트워크 전체의 처리 능력을 샤드 수에 비례하여 증가시킬 수 있음을 의미합니다. 이론적으로, 10개의 샤드가 있다면 전체 시스템의 처리량은 기존 대비 최대 10배까지 향상될 수 있습니다. 또한 샤딩은 저장 공간 요구사항도 줄여줍니다. 각 노드는 전체 블록체인 데이터가 아닌 특정 샤드의 데이터만 저장하면 되므로, 노드 운영에 필요한 하드웨어 요구사항이 감소합니다. 이는 더 많은 참여자들이 노드를 운영할 수 있게 하여 네트워크의 탈중앙화 수준을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 샤딩에는 복잡성이라는 대가가 따릅니다. 샤드 간의 통신, 데이터 일관성 유지, 보안 보장 등 여러 기술적 과제를 해결해야 합니다. 이러한 복잡성에도 불구하고, 샤딩은 블록체인의 확장성 문제를 해결할 수 있는 가장 유망한 접근 방식 중 하나로 인식되고 있습니다.
3. 유형
블록체인 시스템에서 샤딩은 여러 다른 수준과 접근 방식으로 구현될 수 있습니다. 각 유형은 서로 다른 장단점을 가지고 있으며, 이들은 종종 결합되어 더 강력한 확장성 솔루션을 제공합니다. 첫 번째 유형은 네트워크 샤딩입니다. 이는 블록체인 네트워크의 노드들을 여러 그룹으로 분할하는 방식입니다. 각 그룹(샤드)은 특정 트랜잭션 집합을 처리하는 책임을 갖게 됩니다. 네트워크 샤딩의 주요 목적은 통신 및 데이터 전파 범위를 축소하여 네트워크 효율성을 높이는 것입니다. 모든 노드가 모든 다른 노드와 통신할 필요 없이, 주로 같은 샤드 내의 노드들과 통신하면 되므로 네트워크 부하가 감소합니다. 이는 특히 대규모 네트워크에서 중요한 이점을 제공합니다. 두 번째 유형은 트랜잭션 샤딩입니다. 이 접근 방식에서는 트랜잭션이 주소나 계정을 기준으로 여러 샤드에 분산되어 병렬적으로 처리됩니다. 예를 들어, 특정 범위의 주소에서 발생하는 트랜잭션은 특정 샤드에 할당될 수 있습니다. 이렇게 하면 각 샤드는 전체 트랜잭션의 일부만 처리하므로, 전체 시스템의 처리량이 증가합니다. 트랜잭션 샤딩은 구현이 비교적 간단하다는 장점이 있지만, 샤드 간 트랜잭션(서로 다른 샤드에 속한 계정 간의 트랜잭션)의 처리가 복잡해질 수 있다는 단점도 있습니다. 세 번째 유형은 상태 샤딩입니다. 이는 블록체인의 상태(계정 잔액, 스마트 계약 데이터 등)를 여러 샤드로 분할하여 저장하는 접근 방식입니다. 각 샤드는 전체 상태의 일부만 관리하므로, 노드가 저장해야 하는 데이터의 양이 감소합니다. 이는 저장 공간 요구사항을 줄이고, 상태 접근 및 수정 작업의 효율성을 높입니다. 상태 샤딩은 기술적으로 가장 복잡한 형태의 샤딩이지만, 확장성 면에서 가장 큰 이점을 제공할 수 있습니다. 네 번째 유형은 하이브리드 샤딩으로, 위의 세 가지 접근 방식을 동시에 적용하는 방식입니다. 예를 들어, 이더리움 2.0이 추구하는 방법은 이러한 하이브리드 접근법에 가깝습니다. 하이브리드 샤딩은 각 개별 샤딩 유형의 이점을 결합하여 더 강력한 확장성 솔루션을 제공할 수 있지만, 그만큼 설계와 구현의 복잡성도 증가합니다. 각 샤딩 유형은 서로 다른 기술적 과제와 트레이드오프를 가지고 있으며, 특정 블록체인 시스템의 요구사항과 목표에 따라 적절한 접근 방식이 선택됩니다. 가장 효과적인 샤딩 솔루션은 종종 이러한 다양한 접근 방식의 요소들을 결합하여, 처리량, 저장 효율성, 보안성 사이의 균형을 맞추는 형태로 구현됩니다.
4. 블록체인에서 샤딩이 처리 속도를 높이는 방식
샤딩 기술은 여러 메커니즘을 통해 블록체인의 처리 속도를 향상시킵니다. 이러한 메커니즘들은 서로 유기적으로 작용하여 전체 시스템의 성능을 크게 개선합니다. 첫째, 병렬 처리 구조를 통해 처리 속도를 높입니다. 기존 블록체인에서는 모든 트랜잭션이 단일 체인에서 순차적으로 처리되었습니다. 반면 샤딩을 적용하면 여러 샤드가 동시에 서로 다른 트랜잭션을 처리할 수 있습니다. 이는 마치 하나의 계산기로 계산하는 대신 여러 계산기를 동시에 사용하는 것과 유사합니다. 예를 들어, 10개의 샤드가 있는 시스템에서는 이론적으로 10개의 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있으므로, 전체 처리량이 10배까지 증가할 수 있습니다. 이러한 병렬 처리 능력은 샤딩의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 둘째, 데이터 분산 저장을 통해 I/O 성능을 향상시킵니다. 블록체인 네트워크에서 노드는 트랜잭션을 검증하고 처리하기 위해 상태 데이터에 빈번하게 접근해야 합니다. 샤딩을 적용하면 각 노드는 전체 블록체인 데이터 대신 특정 샤드의 데이터만 저장하고 관리하면 되므로, 데이터 접근 속도가 향상됩니다. 이는 특히 상태 데이터가 대규모인 스마트 계약 플랫폼에서 중요한 이점입니다. 데이터 접근 지연 시간이 감소하면 트랜잭션 처리 속도도 자연스럽게 향상됩니다. 셋째, 노드 부하 분산을 통해 성능을 개선합니다. 기존 블록체인에서는 모든 노드가 모든 트랜잭션을 처리해야 했기 때문에, 트랜잭션 수가 증가하면 각 노드의 부하도 비례하여 증가했습니다. 샤딩에서는 전체 트랜잭션이 여러 샤드에 분산되므로, 각 노드가 처리해야 하는 트랜잭션 수가 감소합니다. 이는 노드의 CPU, 메모리, 네트워크 리소스를 더 효율적으로 활용할 수 있게 하며, 특히 하드웨어 성능이 제한된 환경에서도 노드 운영을 가능하게 합니다. 넷째, 검증자 분산 배치를 통해 처리 충돌을 방지합니다. 샤딩 시스템에서는 검증자(또는 채굴자)가 여러 샤드에 분산 배치됩니다. 각 검증자는 특정 샤드의 트랜잭션만 검증하므로, 검증 작업이 병렬화됩니다. 이를 통해 검증자 간의 작업 충돌이 감소하고, 전체 네트워크의 검증 처리량이 증가합니다. 또한 검증자를 주기적으로 다른 샤드로 재배치하는 메커니즘을 통해 보안성도 유지할 수 있습니다. 다섯째, 크로스-샤드 통신 최소화를 통해 복잡도를 감소시킵니다. 샤드 간 통신은 추가적인 오버헤드와 지연을 발생시킬 수 있으므로, 효과적인 샤딩 설계는 이러한 통신을 최소화하는 것을 목표로 합니다. 이는 트랜잭션과 계정을 샤드에 효율적으로 할당하고, 샤드 내부에서 완결될 수 있는 트랜잭션의 비율을 높이는 방식으로 달성됩니다. 크로스-샤드 통신이 필요한 경우에도, 최적화된 프로토콜을 통해 그 영향을 최소화할 수 있습니다. 이러한 메커니즘들이 결합되어, 샤딩은 블록체인의 처리 속도와 확장성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 실제 구현에서는 이러한 이점을 최대화하면서도 보안성과 탈중앙화를 유지하는 균형이 중요합니다.
5. 구현 사례
여러 블록체인 프로젝트들이 각자의 방식으로 샤딩 기술을 구현하고 있습니다. 이들은 서로 다른 접근 방식과 기술적 특성을 가지고 있으며, 블록체인 생태계의 확장성 문제를 해결해 가고 있습니다. 이더리움은 가장 주목받는 샤딩 구현 사례 중 하나로, 계획된 업그레이드에서 데이터 샤딩과 Danksharding(또는 Proto-Danksharding)을 도입할 예정입니다. 이더리움의 샤딩 접근법은 단계적으로 진행되고 있으며, 비콘 체인(Beacon Chain)을 중심으로 하는 구조를 가지고 있습니다. 초기에는 데이터 샤딩에 중점을 두고, 이후에 상태 및 실행 샤딩으로 확장할 계획입니다. Danksharding은 롤업(rollup) 중심의 이더리움 확장 전략과 일치하도록 설계되었으며, 블롭(blob)이라고 하는 대용량 데이터 구조를 통해 롤업의 데이터 가용성을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이더리움의 샤딩 구현은 복잡하고 장기적인 프로젝트이지만, 완료되면 처리량을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다. 질리카(Zilliqa)는 세계 최초로 샤딩 기반 메인넷을 출시한 블록체인 플랫폼입니다. 질리카는 네트워크 샤딩과 트랜잭션 샤딩을 결합한 접근 방식을 채택했습니다. 질리카의 구현에서는 노드 수에 따라 네트워크가 자동으로 여러 샤드로 분할되며, 각 샤드는 특정 범위의 트랜잭션을 처리합니다. 질리카는 샤딩을 통해 초당 수천 개의 트랜잭션 처리가 가능하며, 네트워크 확장에 따라 처리량이 선형적으로 증가하는 특성을 가지고 있습니다. 그러나 질리카의 샤딩 구현은 크로스-샤드 트랜잭션 처리와 상태 샤딩 측면에서 일부 제한사항이 있습니다. 니어 프로토콜(Near Protocol)은 Nightshade라고 불리는 동적 샤딩 구조를 구현했습니다. 니어의 접근법은 트랜잭션 수와 네트워크 활동에 따라 샤드 수를 자동으로 조절하는 유연한 방식을 특징으로 합니다. 이는 네트워크 자원이 효율적으로 활용되도록 하며, 사용량이 적을 때는 샤드 수를 줄이고 사용량이 많을 때는 샤드 수를 늘리는 방식으로 작동합니다. 니어는 또한 '청크' 기반 처리 방식을 통해 크로스-샤드 통신을 최적화하고, 사용자 친화적인 계정 모델을 유지하면서도 높은 확장성을 달성하고자 합니다. 하모니(Harmony)는 네트워크 샤딩과 상태 샤딩을 모두 지원하는 블록체인 플랫폼입니다. 하모니의 샤딩 구현은 빠른 블록 생성 시간(약 2초)과 효율적인 크로스-샤드 통신을 특징으로 합니다. 하모니는 또한 유효한 랜덤 상태 전환(Effective Proof of Stake)이라는 합의 메커니즘을 사용하여, 샤딩된 환경에서의 보안성을 강화하고 있습니다. 하모니의 접근법은 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 목표로 하며, 이를 통해 대규모 분산 애플리케이션을 지원하고자 합니다. 이러한 다양한 샤딩 구현 사례들은 각자의 강점과 약점을 가지고 있으며, 블록체인 확장성 문제에 대한 다양한 접근 방식을 보여줍니다.
6. 구성 요소
샤딩 기술은 여러 핵심 구성 요소로 이루어져 있으며, 이들이 유기적으로 작동하여 블록체인의 확장성을 향상시킵니다. 첫 번째 구성 요소는 샤드 체인(Shard Chain)입니다. 샤드 체인은 개별 샤드에 해당하는 독립적인 처리 체인으로, 자신에게 할당된 트랜잭션과 상태 데이터를 관리합니다. 각 샤드 체인은 자체적인 블록 생성 과정과 검증 메커니즘을 가지며, 메인 체인과 병렬적으로 작동합니다. 샤드 체인은 전체 시스템의 처리량을 향상시키는 핵심 요소로, 샤드의 수에 비례하여 처리 용량이 증가합니다. 효과적인 샤딩 시스템은 샤드 체인 간의 균형을 유지하고, 각 샤드에 트랜잭션을 효율적으로 분배하는 메커니즘을 포함합니다. 두 번째 구성 요소는 비콘 체인(Beacon Chain)입니다. 비콘 체인은 전체 샤드의 상태를 관리하고 샤드 간 통신을 조정하는 중앙 체인입니다. 이는 샤드 체인의 헤더 정보, 검증자 관리, 무작위성 생성, 크로스-샤드 트랜잭션 조정 등의 역할을 수행합니다. 비콘 체인은 전체 샤딩 시스템의 '백본'으로서, 개별 샤드들이 일관된 상태를 유지하도록 돕습니다. 이더리움 2.0의 비콘 체인이 대표적인 예로, 이는 지분증명(PoS) 합의 메커니즘을 기반으로 여러 샤드 체인을 조정합니다. 세 번째 구성 요소는 크로스-샤드 통신(Cross-shard Communication) 메커니즘입니다. 이는 서로 다른 샤드에 있는 계정이나 스마트 계약 간의 상호작용을 가능하게 합니다. 크로스-샤드 통신은 비동기적 메시지 전달, 원자적 트랜잭션 처리, 데이터 일관성 유지 등의 복잡한 문제를 해결해야 합니다. 효과적인 크로스-샤드 통신은 샤딩 시스템의 유용성을 결정짓는 중요한 요소로, 이를 위해 다양한 프로토콜과 메커니즘이 개발되고 있습니다. 일부 구현에서는 비콘 체인을 통한 중계 방식을, 다른 구현에서는 직접적인 샤드 간 메시지 전달 방식을 채택하고 있습니다. 네 번째 구성 요소는 검증자 재배치(Reshuffling) 메커니즘입니다. 이는 샤드 간에 검증자를 주기적으로 이동시켜 보안을 강화하는 기능입니다. 검증자가 고정된 샤드에만 할당된다면, 특정 샤드를 공격하기 위해 필요한 검증자 수가 상대적으로 적어지므로 보안 위험이 증가할 수 있습니다. 따라서 검증자들을 무작위로 다른 샤드에 재할당함으로써, 어떤 샤드도 장기간 동안 동일한 검증자 집합에 의해 통제되지 않도록 합니다. 이러한 재배치는 보통 에포크(epoch)라고 불리는 일정 시간 간격으로 이루어지며, 비콘 체인에서 생성된 난수를 기반으로 결정됩니다. 다섯 번째 구성 요소는 슬롯 및 에포크 시스템입니다. 이는 시간 단위로 샤드 작업을 스케줄링하는 메커니즘입니다. 슬롯(slot)은 블록이 생성될 수 있는 가장 작은 시간 단위이며, 여러 슬롯이 모여 에포크를 형성합니다. 각 에포크가 종료될 때마다 시스템은 검증자 재배치, 상태 업데이트 등의 작업을 수행합니다. 이 시스템은 샤딩된 블록체인에서 시간적 동기화와 일관성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 이더리움 2.0에서는 슬롯이 12초, 에포크가 6.4분(32개 슬롯)으로 설정되어 있습니다. 이러한 구성 요소들은 샤딩 시스템의 기본 구조를 형성하며, 서로 긴밀하게 상호작용하여 전체 시스템의 성능과 보안을 보장합니다. 각 블록체인 프로젝트는 자신의 요구사항과 설계 목표에 따라 이러한 구성 요소들을 다양하게 구현하고 있으며, 이는 샤딩 기술의 풍부한 생태계를 만들어내고 있습니다.
7. 기술적 과제
샤딩 기술은 블록체인의 확장성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 동시에 여러 기술적 과제와 복잡성을 수반합니다. 이러한 과제들을 효과적으로 해결하는 것이 샤딩 구현의 핵심입니다. 첫 번째 과제는 샤드 간 데이터 일관성 유지입니다. 블록체인이 여러 샤드로 분할되면, 각 샤드는 독립적으로 작동하지만 동시에 전체 시스템의 상태 일관성도 유지해야 합니다. 동기화 지연이 발생하면 샤드 간 상태 불일치가 발생할 수 있으며, 이는 트랜잭션 처리 오류나 이중 지불 문제로 이어질 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 효율적인 동기화 프로토콜, 일관성 검사 메커니즘, 그리고 비콘 체인과 같은 조정 계층이 필요합니다. 또한 샤드 간 상태 업데이트의 순서와 타이밍을 관리하는 것도 중요한 고려사항입니다. 두 번째 과제는 크로스-샤드 트랜잭션 처리의 복잡성입니다. 다른 샤드에 있는 계정이나 스마트 계약 간의 트랜잭션은 추가적인 조정과 통신이 필요합니다. 예를 들어, A 샤드의 계정이 B 샤드의 계정으로 자금을 전송하는 경우, 이 트랜잭션은 두 샤드 모두에서 처리되어야 합니다. 이는 원자성, 일관성, 그리고 효율성 측면에서 복잡한 문제를 제기합니다. 크로스-샤드 트랜잭션이 많아질수록 샤딩의 성능 이점이 감소할 수 있으므로, 효율적인 크로스-샤드 통신 프로토콜과 트랜잭션 라우팅 전략이 필요합니다. 세 번째 과제는 보안성 저하 가능성입니다. 네트워크가 여러 샤드로 분할되면, 각 샤드의 보안은 해당 샤드에 할당된 검증자(또는 해시 파워)에 의존하게 됩니다. 이는 공격자가 특정 샤드에 자원을 집중하여 그 샤드만 공격할 가능성을 열어둡니다. 예를 들어, 전체 네트워크의 10%만 장악하면 되는 상황보다, 10개의 샤드 중 하나를 공격하기 위해 해당 샤드의 51%를 장악하는 것이 더 쉬울 수 있습니다. 이러한 "단일 샤드 공격"을 방지하기 위해 검증자 재배치, 무작위 샘플링, 그리고 샤드 간 검증 메커니즘과 같은 추가적인 보안 조치가 필요합니다. 네 번째 과제는 검증자 스플릿 문제입니다. 샤딩 시스템에서 검증자들이 특정 샤드에 불균등하게 분포될 경우, 일부 샤드는 다른 샤드보다 더 높은 보안성을 갖게 되고, 이는 시스템 전체의 보안 불균형을 초래할 수 있습니다. 또한 검증자가 소수의 샤드에 집중되면 중앙화 경향이 나타날 수 있으며, 이는 블록체인의 탈중앙화 가치에 위배됩니다. 이 문제를 해결하기 위해서는 검증자 할당 알고리즘, 인센티브 구조, 그리고 동적 샤드 재구성 메커니즘이 필요합니다. 이러한 기술적 과제들은 샤딩 구현의 복잡성을 증가시키지만, 동시에 혁신적인 해결책과 새로운 연구 분야를 촉진하고 있습니다.
8. 샤딩과 L2 확장 솔루션의 차이
블록체인의 확장성 문제를 해결하기 위한 접근 방식은 크게 온체인(Layer 1) 솔루션과 오프체인(Layer 2) 솔루션으로 나눌 수 있습니다. 샤딩은 대표적인 Layer 1 확장 솔루션인 반면, 롤업(Rollups), 상태 채널(State Channels), 사이드체인(Sidechains) 등은 Layer 2 솔루션에 해당합니다. 이 두 접근 방식은 서로 다른 특성과 장단점을 가지고 있습니다. 첫째, 작동 계층에서 차이가 있습니다. 샤딩은 블록체인 프로토콜 자체에 통합되어 기본 계층(Layer 1)에서 작동합니다. 이는 블록체인의 핵심 구조와 합의 메커니즘을 수정하고 확장하는 방식으로, 네트워크의 기반 구조에 직접적인 변화를 가져옵니다. 반면, Layer 2 솔루션은 기본 블록체인 위에 구축된 별도의 계층으로, 기본 계층의 보안을 활용하면서도 독립적인 처리 환경을 제공합니다. Layer 2는 기본 블록체인 프로토콜을 변경하지 않고도 구현될 수 있어, 더 유연하고 모듈화된 접근이 가능합니다. 둘째, 속도 향상 방식에서 차이가 있습니다. 샤딩은 데이터 분할을 통한 병렬 처리로 속도를 향상시킵니다. 네트워크를 여러 샤드로 나누고, 각 샤드가 독립적으로 트랜잭션을 처리함으로써 전체 처리량이 증가합니다. 이는 시스템 전체의 확장성을 향상시키는 근본적인 접근 방식입니다. 반면, Layer 2 솔루션은 대부분의 처리를 메인 체인 밖에서 수행한 후, 최종 결과나 상태 변화만을 메인 체인에 기록하는 방식으로 작동합니다. 예를 들어, 롤업은 많은 트랜잭션을 처리한 후 그 증명이나 데이터를 배치(batch)로 메인 체인에 제출하고, 상태 채널은 오프체인에서 여러 트랜잭션을 교환한 후 최종 상태만 메인 체인에 기록합니다. 셋째, 보안성 연계 방식에서 차이가 있습니다. 샤딩은 네이티브 블록체인의 보안 구조를 직접 사용합니다. 각 샤드는 메인 체인의 합의 메커니즘에 통합되어 있으며, 전체 네트워크의 보안 보장을 상속받습니다. 이는 모든 샤드가 동일한 수준의 보안성을 갖도록 합니다. 반면, Layer 2 솔루션은 보안성의 일부를 Layer 1에 의존하면서도, 자체적인 보안 메커니즘을 구현할 수 있습니다. 예를 들어, 롤업은 사기 증명(Fraud Proofs)이나 유효성 증명(Validity Proofs)을 사용하여 오프체인 계산의 정확성을 보장하고, 이를 Layer 1에 앵커링 하여 Layer 1의 보안성을 활용합니다. 넷째, 구현 복잡도에서 차이가 있습니다. 샤딩은 일반적으로 블록체인 프로토콜의 깊은 수준에서 변경을 요구하므로, 구현이 매우 복잡하고 광범위한 테스트와 검증이 필요합니다. 이는 기존 블록체인에 샤딩을 추가하는 것이 어려운 이유 중 하나입니다. 반면, Layer 2 솔루션은 상대적으로 독립적으로 개발될 수 있으며, 기존 블록체인 위에 구축될 수 있습니다. 이로 인해 Layer 2 솔루션은 더 빠르게 개발 및 배포될 수 있으며, 특정 용도나 애플리케이션에 맞게 최적화될 수 있습니다. 이러한 차이점에도 불구하고, 샤딩과 Layer 2 솔루션은 서로 배타적이지 않으며, 오히려 상호 보완적일 수 있습니다. 예를 들어, 샤딩된 블록체인 위에 Layer 2 솔루션을 구축하면, 샤딩의 병렬 처리 이점과 Layer 2의 효율적인 오프체인 처리를 결합하여 더 큰 확장성을 달성할 수 있습니다. 이더리움의 경우, 샤딩과 롤업을 결합한 "롤업 중심 로드맵"을 채택하고 있으며, 이는 두 접근 방식의 장점을 활용하는 전략입니다.
9. 결론
샤딩 기술은 블록체인 네트워크의 병목 현상 해소와 TPS 향상을 위한 핵심 확장 전략입니다. 네트워크, 상태, 트랜잭션을 나누어 병렬 처리함으로써 블록체인의 처리 성능을 크게 향상시키고, 검증자와 저장소 부하를 분산시켜 노드 참여의 장벽도 완화할 수 있습니다. 샤딩은 블록체인의 확장성 문제에 대한 가장 근본적인 해결책 중 하나로, 탈중앙화와 보안성을 유지하면서도 처리량을 크게 증가시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 다양한 블록체인 프로젝트들이 샤딩 기술을 각자의 방식으로 구현하고 있으며, 이는 블록체인 생태계의 기술적 다양성과 혁신을 촉진하고 있습니다. 이더리움, 질리카, 니어 프로토콜, 하모니 등의 프로젝트들은 서로 다른 접근 방식과 설계 목표를 가지고 샤딩을 구현하고 있으며, 이를 통해 각자의 특성과 요구사항에 맞는 확장 솔루션을 제공하고 있습니다. 그러나 샤딩 기술이 가진 잠재력에도 불구하고, 샤드 간 데이터 일관성 유지, 크로스-샤드 트랜잭션 처리, 보안성 저하 가능성 등 여러 기술적 과제들이 존재합니다. 샤딩은 Layer 2 솔루션과 같은 다른 확장 접근 방식과 상호 보완적으로 작용할 수 있으며, 이들을 결합한 하이브리드 접근법은 더 큰 확장성과 유연성을 제공할 수 있습니다. 특히 롤업과 같은 Layer 2 기술과 샤딩을 결합한 전략은 블록체인의 확장성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 블록체인 기술이 계속해서 발전하고 새로운 응용 분야가 등장함에 따라, 샤딩과 같은 확장성 솔루션은 더욱 중요해질 것입니다. 다양한 샤딩 구현과 접근 방식의 지속적인 발전과 개선은 블록체인 기술의 대규모 채택과 응용 확장에 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 샤딩은 특히 이더리움과 같은 범용 플랫폼에서 필수적 기능으로 자리 잡을 것이며, 다양한 구현 사례와 보완 기술과 함께 고성능 블록체인 아키텍처를 위한 중요한 기술로 계속해서 발전할 것입니다. ※ 주의사항: 이 글은 투자 조언을 제공하지 않으며, 암호화폐 투자에는 상당한 리스크가 따릅니다. 항상 본인의 판단에 따라 신중하게 결정하시기 바랍니다.