병렬화란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

• 병렬화는 블록체인 트랜잭션을 하나씩 순차적으로 처리하는 대신, 여러 트랜잭션을 동시에 처리하는 방식입니다.
• 주요 실행 모델은 두 가지입니다. 낙관적 병렬화와 상태 접근 기반 병렬화입니다.
• 대표적인 유형에는 트랜잭션 수준 병렬화, 블록 수준 병렬화, 스마트 컨트랙트 병렬화가 있습니다. 각각은 네트워크 성능의 서로 다른 측면을 개선하는 데 초점을 맞춥니다.
• 병렬화의 장점에는 더 빠른 트랜잭션 처리, 향상된 확장성, 잠재적으로 낮은 수수료가 포함될 수 있습니다. 다만 각 방식에는 고유한 절충점이 존재합니다.

개요

블록체인 네트워크가 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 처리량입니다. 즉, 네트워크가 초당 얼마나 많은 트랜잭션을 처리할 수 있는가의 문제입니다.

초기 블록체인의 대부분은 트랜잭션을 순차적으로 처리합니다. 이는 각 트랜잭션이 이전 트랜잭션의 처리가 끝날 때까지 기다려야 한다는 뜻입니다. 수요가 증가하면 이러한 구조는 병목 현상을 만듭니다.

병렬화란 무엇인가요?

병렬화, 또는 병렬 트랜잭션 실행은 여러 작업을 동시에 처리하는 방식입니다. 블록체인 맥락에서는 여러 트랜잭션을 순차적 대기열에 따라 하나씩 처리하는 대신, 동시에 검증하거나 실행하는 것을 의미합니다.

이 개념은 컴퓨터 과학에서 오래전부터 확립된 병렬 컴퓨팅에서 비롯되었습니다. 병렬화를 도입한 블록체인 네트워크는 처리량을 높이고, 혼잡을 줄이며, 온체인에서 작동하는 사용자와 애플리케이션의 경험을 개선하는 것을 목표로 합니다.

최근 몇 년 동안 여러 네트워크가 병렬 실행을 구현했습니다. 여기에는 처음부터 병렬성을 염두에 두고 설계된 솔라나, 앱토스, 수이 등이 포함됩니다. 또한 이더리움 호환 환경에서 병렬 실행을 탐구하는 신규 프로젝트들도 등장하고 있습니다.

병렬화는 어떻게 작동하나요?

병렬 실행 시스템에서는 트랜잭션이 블록체인의 합의 규칙에 따라 정렬됩니다. 이후 실행 엔진은 그 순서를 보존하고 트랜잭션 간 의존성을 추적하면서, 서로 충돌하지 않는 여러 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있습니다.

실행 과정은 결정론적이기 때문에, 많은 트랜잭션이 병렬로 실행되더라도 모든 노드는 동일한 최종 상태에 도달합니다.

병렬화 모델

블록체인 시스템의 병렬 실행에는 두 가지 주요 접근 방식이 있습니다.

낙관적 병렬화

이 모델에서는 네트워크가 정렬 단계를 건너뛰고 처음부터 트랜잭션을 동시에 처리합니다. 대부분의 트랜잭션이 서로 독립적이며 동일한 데이터를 건드리지 않는다고 가정합니다.

만약 두 트랜잭션이 실제로 동일한 데이터에 영향을 미치는 것으로 확인되면, 시스템은 실행 이후 이를 감지하고 충돌한 트랜잭션을 다시 처리해 정확성을 보장합니다.

이 접근 방식은 속도를 우선시하고, 충돌은 사후에 조정하는 구조입니다.

상태 접근 기반 병렬화

이 모델은 트랜잭션이 네트워크 상태의 어떤 부분에 접근하는지를 기준으로 먼저 분류합니다. 예를 들어 특정 스마트 컨트랙트나 계정에 접근하는지를 확인합니다.

서로 다른 상태 요소를 건드리는 트랜잭션은 동시에 실행할 수 있습니다. 반대로 동일한 상태 요소를 공유하는 트랜잭션은 충돌을 피하기 위해 신중하게 순서를 정합니다.

우선순위는 대개 수수료를 기준으로 정해지며, 더 높은 수수료를 지불한 트랜잭션이 먼저 처리되는 경우가 많습니다. 이 접근 방식은 더 보수적이지만, 재실행 필요성을 줄일 수 있습니다.

병렬화의 다양한 유형

트랜잭션 수준 병렬화

트랜잭션 수준 병렬화는 여러 개별 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있게 합니다. 이는 네트워크의 초당 트랜잭션 처리량(TPS)을 직접적으로 높이고, 사용자의 거래 확정 시간을 줄일 수 있습니다.

핵심 과제는 데이터 의존성을 관리하는 것입니다. 한 트랜잭션의 결과가 다른 트랜잭션에 영향을 미친다면, 시스템은 이 관계를 신중하게 처리해야 합니다.

솔라나 같은 네트워크는 선언적 계정 모델을 사용합니다. 각 트랜잭션이 어떤 계정을 읽거나 쓸 것인지 미리 명시하는 방식입니다. 이를 통해 안전하게 병렬 실행할 수 있는 경로를 더 쉽게 식별할 수 있습니다.

블록 수준 병렬화

블록 수준 병렬화는 개별 트랜잭션이 아니라 블록의 생성과 검증을 동시에 수행하는 데 초점을 맞춥니다. 여러 블록이 겹치는 시간 구간에서 처리될 수 있으며, 이는 더 큰 규모에서 네트워크 처리량을 개선할 수 있습니다.

이 접근 방식은 보안성을 유지하기 위한 신중한 설계가 필요합니다. 또한 노드에 더 많은 연산 자원을 요구하므로, 네트워크 참여자가 노드를 운영하기 쉬운지에도 영향을 줄 수 있습니다.

스마트 컨트랙트 병렬화

앱토스와 수이를 포함한 일부 신규 블록체인 아키텍처는 객체 기반 저장소라는 데이터 모델을 사용합니다. 이는 어떤 스마트 컨트랙트 실행이 서로 독립적이며 안전하게 병렬로 실행될 수 있는지를 더 쉽게 식별할 수 있게 합니다.

병렬화의 장점

높은 트랜잭션 처리 속도

실행 작업을 여러 노드나 스레드에 분산함으로써, 병렬 시스템은 트랜잭션을 검증하고 확정하는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있습니다. 병렬화를 사용하는 네트워크는 순차 처리 모델과 비교해 더 높은 TPS를 달성하는 경향이 있습니다.

확장성

병렬화는 검증 작업을 네트워크 전반에 분산함으로써 확장성 문제를 완화할 수 있습니다. 또한 수평 확장도 지원합니다. 즉, 수요가 증가할 때 전체 아키텍처를 완전히 바꾸지 않고도 노드를 추가해 처리 능력을 확장할 수 있습니다.

잠재적으로 낮은 수수료

네트워크가 트랜잭션을 더 빠르고 효율적으로 처리하면 블록 공간을 둘러싼 경쟁이 줄어들 수 있습니다. 이는 거래 수수료를 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다.

다만 실제 수수료 인하 효과는 전체 네트워크 수요와 설계 방식에 따라 달라집니다.

자주 묻는 질문

병렬화와 샤딩의 차이는 무엇인가요?

병렬화는 단일 샤드 또는 단일 체인 안에서 여러 트랜잭션을 동시에 실행하는 것을 의미합니다.

샤딩은 네트워크를 여러 개의 별도 구역, 즉 샤드로 나누고 각 샤드가 서로 다른 트랜잭션을 독립적으로 처리하도록 하는 방식입니다.

두 접근 방식은 결합될 수 있습니다. 샤딩된 네트워크는 각 샤드 내부에서 병렬화를 사용할 수도 있습니다.

병렬화는 탈중앙화에 영향을 미치나요?

블록 수준 병렬화와 일부 스마트 컨트랙트 병렬화 방식은 노드의 하드웨어 요구사항을 높일 수 있습니다.

요구사항이 높아지면 소규모 참여자가 노드를 운영하기 어려워질 수 있고, 이는 탈중앙화를 약화시킬 수 있습니다. 이는 네트워크가 병렬 실행을 도입할 때 반드시 균형을 맞춰야 하는 절충점 중 하나입니다.

낙관적 병렬화의 주요 리스크는 무엇인가요?

주요 리스크는 충돌입니다. 네트워크가 두 트랜잭션이 독립적이라고 잘못 가정했지만 실제로는 동일한 상태를 공유한다면, 하나 또는 두 트랜잭션을 다시 실행해야 할 수 있습니다.

충돌이 많은 환경에서는 이로 인해 지연 시간이 늘어날 수 있습니다. 네트워크는 더 나은 충돌 감지와 트랜잭션 스케줄링을 통해 이러한 문제를 완화합니다.

병렬화가 블록체인 확장성 문제를 완전히 해결할 수 있나요?

병렬화는 처리량을 크게 개선할 수 있지만, 단독으로 모든 확장성 문제를 해결하기는 어렵습니다.

대부분의 고성능 네트워크는 병렬화와 함께 오프체인 실행, 옵티미스틱 롤업, 기타 확장성 전략을 결합합니다.

마무리

병렬화는 여러 트랜잭션을 동시에 처리하는 방식입니다. 이는 더 높은 트랜잭션 처리 속도, 향상된 확장성, 낮아진 수수료 등 여러 장점을 제공할 수 있습니다.

또한 향후 확장성 문제를 해결하기 위해 샤딩 같은 다른 확장 솔루션과 결합될 수도 있습니다.

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