샤딩이란 무엇인가요?
‘샤딩’은 레이어 1 네트워크와 관련된 확장성 문제를 해결하기 위해 블록체인을 더 작은 '샤드'로 분할하는 것을 말합니다. 이것은 트랜잭션 속도를 향상시키고 처리 및 저장 비용을 최소화하며 네트워크 성능을 향상시킵니다. 네트워크 보안 문제 및 샤드 간 트랜잭션의 복잡성과 같은 잠재적인 단점도 있습니다.
들어가며
블록체인 기술은 분산화, 투명성 및 보안 측면에서 전례 없는 잠재력을 가져왔습니다. 그러나 확장성이라는 중요한 과제에 직면해 있습니다. 확장성은 보안과 분산화도 포함하는 " 블록체인 트릴레마 " 의 한 지점입니다 . 이 세 가지를 동시에 달성하는 것은 블록체인 영역에서 지속되는 문제입니다. 여기가 "샤딩"과 같은 전략적 솔루션이 작동하는 곳입니다.
샤딩이란 무엇인가요?
샤딩은 전통적인 데이터베이스 관리에서 차용한 개념입니다. 이는 더 큰 데이터베이스를 샤드라고 하는 더 작고 관리하기 쉬운 부분으로 분할하는 프로세스를 나타냅니다. 블록체인에서의 적용은 분산화 원칙을 유지하면서 확장성을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 본질적으로 샤딩은 블록체인 네트워크가 샤드라고 알려진 더 작은 부분으로 분할될 때 발생하며, 각 부분은 트랜잭션과 스마트 계약을 병렬로 처리할 수 있습니다.
샤딩은 어떻게 작동하나요?
블록체인 네트워크 내에서 샤딩이 실행되는 방식을 이해하려면 블록체인 데이터가 일반적으로 저장되고 처리되는 방식을 이해해야 합니다. 데이터를 처리할 수 있는 방법은 다양합니다. 그 중 순차처리와 병렬처리에 대해 알아보겠습니다.
일반적으로 각 블록체인 노드는 네트워크 내의 모든 거래량을 처리합니다. 이러한 유형의 데이터 처리를 일반적으로 순차 처리라고 합니다. 이는 모든 노드가 계정 잔액 및 거래 내역과 같은 모든 중요한 정보를 유지하고 저장해야 함을 의미합니다. 본질적으로 각 노드는 모든 네트워크 작업, 데이터 및 트랜잭션을 처리해야 합니다.
이러한 모델은 모든 노드에 걸쳐 모든 거래를 기록하여 블록체인의 보안을 강화하지만 데이터 처리 속도를 크게 저하시킵니다. 여기서 여러 작업이 동시에 실행될 수 있기 때문에 데이터의 병렬 처리가 작동합니다.
샤딩은 블록체인 네트워크 전체에서 트랜잭션 작업 부하를 나누거나 '분할'하므로 이러한 곤경에 대한 강력한 솔루션이 될 수 있습니다. 이는 모든 노드가 블록체인의 전체 로드를 관리하거나 처리할 필요가 없다는 것을 의미합니다.
대신, 샤딩은 수평 분할을 통해 워크로드를 분리합니다. 이 프로세스에서 데이터는 수평 하위 집합으로 나누어지며, 각 샤드는 다른 샤드와 별도로 트랜잭션을 처리할 수 있는 독립적인 데이터베이스 역할을 합니다.
수평 분할과 수직 분할
수평 분할과 수직 분할은 데이터베이스 확장에 대한 두 가지 주요 접근 방식입니다. 두 가지 모두 대규모 데이터 세트를 보다 효과적으로 관리하도록 설계되었지만 근본적으로 다른 방식으로 작동합니다. 샤딩은 수평 분할을 구현하는 일반적인 방법입니다.
수평 분할에서는 데이터가 행으로 나누어져 각각 데이터의 하위 집합을 포함하는 여러 노드(또는 데이터베이스)에 분산됩니다. 테이블의 각 행은 고유한 엔터티이므로 이를 분리해도 데이터 무결성이 손실되지 않습니다. 수평 분할이 사용되는 대표적인 사례는 이더리움 및 비트코인 과 같은 블록체인 네트워크의 배포입니다.
수직 분할에서는 데이터가 행이 아닌 열로 분할됩니다. 수직 분할의 각 파티션에는 각 엔터티 또는 전체 데이터 집합에 대한 데이터 하위 집합이 포함되지만 특정 속성 집합에 대해서만 포함됩니다. 예를 들어 이름, 상태, 설명, 사진과 같은 열이 있는 고객 테이블을 생각해 보세요. 수직 분할 시나리오에서는 '이름'과 '상태'가 한 테이블에 보관되고 '설명'과 '사진'이 다른 테이블에 보관될 수 있습니다.
수평 분할이 선호되는 이유는 무엇인가요?
수평적 분할은 일반적으로 확장성, 분산화, 보안이라는 세 가지 주요 이유로 블록체인 네트워크에서 수직적 분할보다 선호됩니다.
확장성: 샤딩은 데이터를 더 작고 관리하기 쉬운 '샤드'로 분할하여 솔루션을 제공합니다. 각 샤드는 독립적으로 작동할 수 있어 더 많은 트랜잭션을 동시에 처리할 수 있어 네트워크 속도와 효율성이 향상됩니다. 반면 수직 분할을 사용하면 여러 데이터베이스에 열을 분산하면 전체 트랜잭션이나 블록 정보를 검색하는 데 더 많은 복잡성이 필요할 수 있으며 확장성이 제한될 수 있습니다.
분산화: 블록체인의 핵심 정신에 맞춰 수평 분할은 분산화를 지원합니다. 노드가 전체 데이터의 일부(샤드)만 처리하면 계산 및 저장 부담이 줄어들기 때문에 더 많은 노드가 네트워크에 참여할 수 있습니다. 상대적으로 수직 분할은 전체 블록 데이터를 이해하고 확인하기 위해 각 노드가 모든 파티션(모든 데이터 열)에 액세스해야 하므로 이를 제한합니다.
보안 및 데이터 무결성: 수평 분할은 각 샤드(또는 파티션)에 완전한 거래 데이터가 포함되어 각 노드가 블록체인의 해당 부분에 대한 완전하고 정확한 복사본을 갖도록 보장하므로 데이터 무결성을 유지합니다. 수직 분할에서는 기본적으로 블록의 데이터를 여러 노드에 분할하므로 블록체인 네트워크의 가장 중요한 측면인 데이터 무결성과 보안을 보장하기가 어렵습니다.
샤딩의 이점은 무엇인가요?
샤딩이 블록체인 기술에 가져오는 잠재적인 이점을 살펴보겠습니다.
향상된 트랜잭션 속도: 샤딩은 트랜잭션의 병렬 처리를 용이하게 합니다. 샤딩을 사용하면 트랜잭션을 순차적으로 하나씩 처리하는 대신 트랜잭션을 동시에 다른 샤드에서 처리할 수 있습니다. 각 샤드는 독립적으로 작동하므로 트랜잭션 속도가 크게 향상됩니다. 이는 거래 속도를 가속화할 뿐만 아니라 전체 네트워크가 더 많은 사용자를 처리할 수 있어 대량 채택을 촉진할 수 있음을 의미합니다.
최소화된 처리 및 저장 비용: 기존 블록체인 설계에서는 모든 노드가 모든 트랜잭션을 저장해야 하므로 블록체인이 성장함에 따라 하드웨어에 대한 요구가 강화됩니다. 그러나 샤딩을 사용하면 각 노드가 전체 네트워크 데이터의 일부만 처리하고 저장하므로 노드가 네트워크에 참여하는 데 필요한 리소스가 줄어듭니다.
따라서 더 많은 참가자가 검증자로 참여할 수 있어 엄청난 비용을 들이지 않고 네트워크 분산화를 향상시킬 수 있습니다. 이는 고급스럽고 값비싼 컴퓨팅 리소스를 갖춘 개체만 프로세스에 현실적으로 참여할 수 있는 문제를 완화하여 블록체인 네트워크의 민주화된 특성을 유지합니다.
향상된 네트워크 성능: 샤딩은 전반적인 네트워크 성능과 용량을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 전통적인 블록체인에서는 더 많은 노드가 네트워크에 참여할수록 노드 간의 데이터 통신 및 동기화가 증가해야 하므로 성능이 역설적으로 감소합니다.
그러나 샤딩은 이 시나리오를 변화시킵니다. 각 샤드는 별도로 동시에 작동하므로 시스템은 더 많은 트랜잭션과 계산을 처리할 수 있습니다. 새로운 노드가 합류하면 전체 네트워크 대신 샤드에 추가될 수 있으므로 네트워크의 확장 용량이 향상됩니다. 효율성이 향상되어 거래가 원활해지고 사용자 경험이 향상됩니다.
샤딩 기술의 향후 발전과 개선은 다른 이점을 창출하거나 기존 장점을 강화하여 블록체인 생태계를 지속적으로 향상시킬 수 있습니다.
샤딩의 한계는 무엇인가요?
샤딩은 블록체인 네트워크를 보다 효율적으로 만드는 데 도움이 될 수 있는 여러 가지 잠재적 이점을 제공하지만 고유한 과제도 발생합니다. 샤딩으로 인해 발생할 수 있는 일부 잠재적인 취약점은 다음과 같습니다.
단일 샤드 탈취 공격 : 샤딩 환경에서 단일 샤드를 장악하는 데 필요한 컴퓨팅 성능은 전체 네트워크를 장악하는 데 필요한 성능보다 훨씬 적습니다. 이로 인해 이러한 개별 샤드는 "1% 공격" 또는 "샤드 탈취"에 더 취약해집니다. 즉, 전체 네트워크에 비해 적은 양의 리소스를 가진 공격자가 잠재적으로 개별 샤드를 장악할 수 있습니다.
교차 샤드 트랜잭션: 서로 다른 샤드(교차 샤드)에서 발생하는 트랜잭션은 고유한 문제를 제시합니다. 교차 샤드 거래는 복잡하며 주의 깊게 관리하지 않으면 잠재적으로 이중 지출 로 이어질 수 있습니다. 거래 중에 하나의 샤드가 다른 샤드의 상태를 정확하게 추적하지 못하는 경우 사용자는 이를 악용하여 "이중 지출"을 할 수 있습니다.
데이터 가용성 문제: 샤딩을 사용하면 전체 네트워크 상태를 유지하는 것이 복잡해집니다. 필요할 때 특정 샤드를 사용할 수 없는 경우(해당 샤드를 유지 관리하는 노드가 오프라인이기 때문에) 데이터 가용성 문제가 발생하여 전체 네트워크가 중단될 수 있습니다.
네트워크 보안: 샤딩에는 샤드 간의 로드 균형을 맞추는 강력한 프로토콜의 구현이 필요합니다 . 올바르게 수행되지 않으면 데이터가 고르지 않게 분배되거나 리소스의 불균형이 발생하여 네트워크가 불안정해질 수 있습니다.
노드 동기화: 노드 동기화는 여러 노드에서 정보를 공유하고 업데이트하는 데 걸리는 시간으로 인해 네트워크 지연을 일으킬 수 있습니다. 처리 능력이 느린 노드가 있거나 네트워크 연결이 늦어지면 전체 동기화 프로세스가 느려져 블록체인 네트워크의 전반적인 성능이 저하될 수 있습니다.
이더리움에 샤딩이 구현되어 있나요?
Ethereum은 Ethereum 2.0 업그레이드의 일부로 샤딩을 구현할 계획을 가지고 있습니다 . Eth2 또는 Serenity라고도 알려진 Ethereum 2.0은 네트워크의 속도, 효율성 및 확장성을 향상하여 더 많은 트랜잭션을 처리하고 혼잡을 완화하는 것을 목표로 하는 Ethereum 블록체인의 업그레이드입니다.
현재 업그레이드는 샤딩의 전체 구현을 포함하는 최종 단계(2단계)를 포함하여 단계적으로 구현되고 있습니다. 이더리움 개발자들은 이러한 개선 사항이 네트워크가 직면하고 있는 확장성 및 거래 비용과 관련된 현재 문제 중 일부를 해결할 수 있기를 바라고 있습니다.
그러나 샤딩을 구현하는 데는 특히 네트워크의 보안과 분산화를 유지하는 데 있어 고유한 과제가 따른다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 그래서 Ethereum 개발자들는 완전히 구현되었을 때 업그레이드의 성공을 보장하기 위해 이 전환에 대해 신중한 생각과 광범위한 테스트를 적용하고 있습니다.
마치며
전반적으로 샤딩은 블록체인 트릴레마를 해결하는 데 있어서 주목할 만한 발전일 수 있습니다. 새로운 복잡성과 단점도 있지만, 분산화를 손상시키지 않고 확장성을 높일 수 있는 잠재력은 블록체인 네트워크의 미래에 대한 기대을 담고 있습니다.
다양한 블록체인이 샤딩을 잠재적인 솔루션으로 모색하고 있는 것은 놀라운 일이 아닙니다. Ethereum은 확장성 문제를 해결하기 위해 Ethereum 2.0 업그레이드의 일부로 샤딩을 통합하고 있습니다. 이 구현은 전체 개선 계획의 중요한 구성 요소인 칸쿤 업그레이드를 통해 이루어질 것으로 예상됩니다 . 그럼에도 불구하고 진화하는 다른 기술과 마찬가지로 성공 여부는 샤딩 구현에 대한 지속적인 연구, 개발 및 엄격한 테스트에 달려 있습니다.