이더리움 샤딩: 확장 전략의 진화
샤딩은 블록체인의 핵심 확장 기술로, 네트워크를 더 작고 트랜잭션을 병렬 처리할 수 있는 부분(즉, ‘샤드’)으로 분할함으로써 네트워크의 처리량과 트랜잭션 속도를 획기적으로 향상시키는 동시에 탈중앙화와 보안을 유지하기 위해 고안되었습니다.이더리움의 경우, 샤딩 설계는 초기 실행 샤딩 개념에서 데이터 가용성을 핵심으로 하는 전략으로 전환되는 등 상당한 진화를 거쳤습니다.
샤딩 설계의 진화와 핵심 개념
이더리움 초기 ‘이더리움 2.0’(현재는 일반적으로 합병 이후의 업그레이드 단계를 지칭함)은 64개의 샤드 체인을 도입하여 거래 실행을 직접 처리함으로써 대규모 확장성을 실현할 계획이었습니다.그러나 Arbitrum, Optimism, zkSync 등과 같은 Layer 2 롤업 기술의 급속한 발전과 잠재력이 드러남에 따라, 이더리움의 핵심 개발자들은 샤딩 로드맵을 조정했습니다.현재 이더리움의 샤딩은 더 이상 거래의 직접적인 처리에 초점을 맞추지 않고, “데이터 가용성 엔진”으로서 Layer 2 롤업에 안전하고 효율적인 데이터 저장 공간을 제공하는 역할을 합니다.
이는 레이어 2 롤업이 체인 외부에서 거래를 일괄 처리하고, 압축된 거래 데이터나 상태 커밋을 이더리움 메인넷에 제출하는 역할을 맡는다는 것을 의미합니다. 샤딩의 역할은 이러한 데이터가 안전하게 저장되고 검증될 수 있도록 보장함으로써 레이어 2의 보안을 확보하고 운영 비용을 대폭 절감하는 것입니다.
비콘 체인: 샤딩 아키텍처의 초석
2020년 12월 1일에 출시된 비콘 체인(Beacon Chain)은 이더리움(이더리움)의 지분 증명(PoS) 합의 메커니즘의 핵심입니다. 이 체인은 전체 네트워크의 합의를 조정하고, 검증자 집합을 관리하며, 스테이킹 메커니즘을 처리하고, 이더리움(이더리움) 네트워크에 최종 확정성을 제공합니다.샤드 아키텍처에서 비콘 체인은 허브 역할을 수행하며, 서로 다른 샤드 간의 동기화와 보안을 조정합니다.
이더리움 네트워크에 참여하는 모든 검증자는 비콘 체인에 32 ETH를 스테이킹해야 합니다. 비콘 체인은 의사 난수 추출 메커니즘을 통해 검증자들을 샤드 내 데이터 블록 제안 및 검증 등 다양한 작업에 배정합니다.
Danksharding과 Proto-Danksharding
Danksharding은 이더리움의 최신 샤딩 솔루션으로, 이더리움 블록에 “블롭(blobs)”이라 불리는 특수한 데이터 유형을 추가하여 사용자의 Layer 2 롤업 사용 비용을 대폭 절감하는 것을 목표로 합니다.이러한 블롭은 대량의 레이어 2 거래 데이터를 담을 수 있지만, 이더리움 가상 머신(EVM)에서 직접 실행되지는 않고 임시 데이터로 저장되었다가 일정 기간(예: 몇 주)이 지나면 삭제되어 메인넷의 저장 부담을 줄여줍니다.
Proto-Danksharding(EIP-4844를 통해 구현되었으며, 2024년 3월 Dencun 업그레이드에서 배포됨)은 Danksharding의 선행 버전입니다.이 기능은 데이터 스팟(data spot) 기능을 도입하여 레이어 2 롤업(Layer 2 Rollup)이 이더리움(이더리움) 메인넷에 데이터를 게시할 수 있도록 허용하지만, 이러한 데이터는 효율성을 높이고 완전한 Danksharding을 위한 기반을 마련하기 위해 일부 노드에만 임시로 저장됩니다.
샤딩의 작동 원리: 데이터 가용성 계층의 관점
현재 설계에서 이더리움의 샤딩 작동 원리는 다음과 같이 요약할 수 있습니다:
- 네트워크 분할: 이더리움 네트워크는 논리적으로 여러 샤드로 분할되며, 각 샤드는 데이터를 병렬로 처리할 수 있습니다.
- 데이터 가용성: 샤드 체인은 주로 “데이터 웨어하우스” 역할을 수행하여 이더리움 네트워크의 데이터 처리 능력을 향상시키며, 트랜잭션을 직접 실행하지는 않습니다.
- Layer 2 통합: Layer 2 롤업은 오프체인에서 거래를 실행한 후, 압축된 거래 데이터 또는 상태 커밋을 이더리움 메인넷의 특정 샤드에 게시하며, 샤드가 제공하는 데이터 가용성을 활용하여 거래의 최종성과 안전성을 보장합니다.
- 검증자 역할: 검증자는 서로 다른 샤드에 배정되어 해당 샤드의 데이터 블록을 검증 및 확인함으로써 데이터의 무결성과 가용성을 보장합니다.
이더리움 샤딩 로드맵 전망
이더리움 의 개발 로드맵은 지속적으로 진화하고 있으며, 향후 업그레이드를 통해 샤딩 및 확장성이 더욱 개선될 예정입니다:
- Glamsterdam 업그레이드 (2026년 상반기 예정): 병렬 실행을 구현하고 가스 한도를 대폭 인상(목표: 1억에 근접하거나 초과)할 계획이며, 동시에 내장형 제안자-구축자 분리(ePBS)를 도입하여 네트워크 효율성과 검열 저항성을 강화할 예정입니다.
- Hegotá 업그레이드 (2026년 하반기 예정): 무상태 클라이언트를 지원하는 데 도움이 되는 새로운 데이터 구조인 Verkle 트리를 도입하여, 노드의 데이터 저장 및 검증 부담을 줄일 예정입니다. 또한, 포크 선택 강제 포함 목록(FOCIL)을 도입하여 검열 저항성을 한층 더 강화할 것입니다.
- Strawmap 장기 비전 (2029년까지): 장기 목표에는 레이어 1의 처리량을 약 1만 TPS로 확장하고, 레이어 2 네트워크가 수백만 TPS를 처리할 수 있도록 지원하는 것은 물론, 포스트 양자 암호화 및 로컬 프라이버시 기능 구현을 모색하는 것이 포함됩니다.
이더리움 샤딩의 중요성
이더리움 의 샤딩 설계, 특히 데이터 가용성 계층으로의 전환은 블록체인의 ‘불가능한 삼각형’(확장성, 탈중앙화, 보안)을 해결하는 핵심 경로로 간주됩니다.거래 처리를 레이어 2 롤업(Layer 2 Rollup)에 위임하고, 레이어 1 샤딩을 안전한 데이터 가용성 계층으로 활용함으로써, 이더리움는 핵심적인 탈중앙화 및 보안 속성을 유지하면서 대규모 확장을 실현하고자 합니다. 이 전략은 이더리움의 공동 창립자 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)을 비롯한 핵심 개발자들에 의해 강조되었으며, 이더리움의 미래 확장을 위한 핵심 경로로 간주되고 있습니다.
