이더리움의 업그레이드 여정

저자: IOBC Capital

이더리움의 위치는 세계 컴퓨터로, 이 목표를 달성하기 위해 개발자들은 처음부터 업그레이드 경로를 계획했습니다. 이 경로는 Frontier (전선), Homestead (고향), Metropolis (대도시), Serenity (평온) 네 단계로 나뉩니다.

현재 전체 네트워크는 세 번째 단계에 도달했으며, 첫 세 단계는 이더리움 1.0에 해당하고, 마지막 단계인 Serenity는 우리가 자주 듣는 이더리움 2.0입니다(오해를 피하기 위해 이더리움 공식에서는 이더리움 2.0이라는 용어를 폐기했지만, 본 문서에서는 이 관용어를 계속 사용할 것입니다).

이더리움 2.0 업그레이드는 이더리움의 발전 과정에서 발생한 네트워크 발전의 일부 제한을 해결하기 위해 주로 세 가지 문제를 다루고 있습니다:

• 첫째, 채굴로 인한 높은 에너지 소비입니다. PoW(작업 증명) 메커니즘을 합의 메커니즘으로 사용하기 때문에 이더리움은 노드가 채굴을 위해 계산 능력을 제공해야 하며, 다양한 채굴기의 계산 과정은 많은 전력을 소모하므로 종종 네트워크 운영이 충분히 친환경적이지 않다는 비판을 받습니다.
• 둘째, 성능 문제입니다. 현재 이더리움 체인의 블록 생성 속도는 약 12-15초에 하나의 블록이며, TPS(초당 거래 수)는 약 15 정도로, 이 처리 속도는 일반 상업 응용 프로그램을 지원하기에 충분하지 않습니다. 이더리움 네트워크에서 가끔 발생하는 혼잡은 그 발전을 제한합니다.
• 셋째, 사용 비용 문제입니다. 이더리움 네트워크를 사용하려면 네트워크를 유지하는 채굴자에게 가스 요금을 지불해야 하며, 보통 몇 달러에서 수십 달러까지 다양하고, 네트워크 혼잡 상황에 따라 최대 수백 달러에 이를 수 있습니다. 높은 가스 요금으로 인해 일부 프로토콜은 이더리움의 경쟁자들인 Solana, Near 등의 퍼블릭 체인으로 이동하고 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 개발자 커뮤니티는 이더리움 2.0 업그레이드를 위한 몇 가지 단계를 계획했습니다. 아래에서는 이더리움 2.0 업그레이드의 로드맵을 소개합니다.

이더리움 2.0 로드맵

이더리움 2.0의 로드맵은 주로 평행 체인 - 신호 체인, 병합 및 분할의 세 단계로 구성됩니다. 앞의 두 단계의 목적은 전체 네트워크의 합의 메커니즘을 PoW에서 PoS(지분 증명)로 전환하는 것이며, 마지막 단계는 전체 이더리움 네트워크의 성능을 개선하고 확장성을 높이는 것입니다.

1. 평행 체인 - 신호 체인

합의 메커니즘의 원활한 전환을 위해, 2020년 12월 1일 이더리움은 현재 PoW 메인넷이 운영되는 동시에 먼저 평행으로 운영되는 체인인 신호 체인(Beacon Chain)을 활성화했습니다. 신호 체인은 PoS를 합의 메커니즘으로 하여 메인넷과 독립적으로 운영됩니다. 참여자는 체인상의 스마트 계약에 32개의 ETH를 스테이킹하여 지분 증명을 해야 하며, 심사를 거쳐 검증자 목록에 들어가 신호 체인의 검증자가 됩니다. 이 체인에서 검증자는 채굴자의 역할을 대체하여 체인을 구축하는 역할을 합니다.

PoW 메커니즘 하에서는 노드가 계산을 통해 다음 블록을 생성하지만, PoS 메커니즘의 신호 체인에서는 다음 블록의 생성이 검증자들에 의해 선택됩니다. 이 선택은 무작위성이 있으며, 한 검증자가 결정하지 않습니다. 이는 탈중앙화의 특징을 나타냅니다. 검증자들이 좋은 성과를 내면 보상을 받을 수 있지만, 반대로 악행을 저지르면 시스템은 그들이 스테이킹한 32개의 ETH에서 일부를 차감합니다. 스테이킹한 ETH가 16개 미만이 되면 그들은 검증자 목록에서 제외됩니다.

병합 이전, 즉 현재 이 단계에서 이더리움은 PoW와 PoS가 평행으로 운영되는 단계에 있습니다. PoS 평행 체인을 미리 활성화한 주된 이유는 현재 운영 중인 PoW 체인에 미치는 영향을 최소화하고, 합의 전환이 네트워크에 미치는 충격을 줄이며, 새로운 PoS 네트워크가 스테이킹된 ETH를 충분히 수집할 수 있는 시간을 주기 위함입니다.

2. 병합(Merge)

이더리움 2.0에 자주 언급되는 병합(Merge)은 PoW 메인넷(이더리움이 거래를 처리하는 실행 계층)과 PoS 신호 체인(이더리움 공식이 합의 계층이라고 부르는 것)을 병합하는 것입니다. 이더리움의 병합은 먼저 테스트넷에서 테스트를 수행해야 하며, 테스트 과정에서 문제가 발견되면 노드는 상황에 따라 수정합니다.

현재 이더리움의 테스트넷 Ropsten과 Sepolia는 각각 6월 9일과 7월 6일에 병합을 완료했습니다. 남은 Goerli 테스트넷도 곧 병합될 예정입니다. 모든 것이 순조롭게 진행된다면 이더리움 공식 네트워크는 9월 중순에 병합을 마칠 것입니다. 그 이후에는 PoW 메커니즘이 폐기되고, 전체 네트워크는 PoS를 통해 새로운 블록을 생성하게 됩니다.

합의 메커니즘 전환이 성공적으로 이루어지도록 하기 위해 이더리움 개발자들은 난이도 폭탄을 구현할 것을 제안했습니다. 이는 PoW의 채굴 난이도를 증가시키기 위한 것입니다. 난이도 폭탄은 2015년에 이더리움 코드에 추가되었으며, 이는 예정된 블록 수에서 PoW 알고리즘의 문제 난이도를 증가시켜 블록 생성 시간을 늘리고 채굴을 어렵게 만들어 채굴자의 보상을 줄이고 그들의 의욕을 꺾는 것으로 설명됩니다. 난이도 폭탄이 시행되면 채굴자들은 수익을 얻을 수 없게 되어 원래의 PoW 네트워크는 계속 운영될 수 없게 됩니다.

3. 분할

합의 메커니즘의 전환만으로는 이더리움의 성능을 향상시킬 수 없으며, 성능 향상은 분할을 통해 이루어져야 합니다. 분할은 데이터베이스 파티셔닝 개념으로, 저장 최적화 및 빠른 처리를 위해 조직의 네트워크를 더 작은 파티션으로 나누고 데이터베이스를 수평으로 분할하여 부하를 분산시킵니다. 각 분할은 독립적인 데이터를 가지며, 여러 분할이 병렬로 처리되어 네트워크 혼잡을 줄이고 TPS를 증가시켜 네트워크의 확장성을 실현합니다.

이더리움의 초기 분할 계획은 메인넷을 64개의 분할로 나누는 것이며, 각 분할은 독립적인 블록 제안자와 위원회를 가지고 있습니다. 블록 제안자와 위원회는 무작위로 선택되고 배정되며, 블록 제안자는 거래 풀에서 블록에 포함할 거래를 선택하고, 위원회의 3분의 2의 동의를 얻으면 블록이 체인에 포함될 수 있습니다.

이 초기 분할 계획은 이더리움 메인 체인의 성능을 확장하기 위한 것이었습니다. 그러나 실행이 복잡하고 몇 년이 지나면서 Layer2가 빠르게 발전하고 Rollup이 다양해짐에 따라, Vitalik을 중심으로 한 이더리움 개발자들은 이 원래의 계획을 점차 포기하고 새로운 기술 선택으로 전환했습니다. 즉, 이더리움 메인넷에서 직접 분할하여 더 많은 거래를 수용하는 것이 아니라, Rollup을 중심으로 하여 거래 측면에서 확장하고, 메인 체인은 Rollup에 데이터 가용성을 제공하는 하위 체인으로 전환하는 로드맵입니다.

새로운 계획에서 이더리움의 목표는 확장 가능한 데이터 가용성 계층으로, 최종 결제 및 회계로 간단히 이해할 수 있습니다. 메인 체인의 확장은 블록의 데이터 용량을 확대하는 데 집중하고, 체인상의 계산 효율성을 높이는 것이 아니라, 즉 이더리움의 분할은 Rollup을 지원하기 위해 더 많은 데이터 blob(이진 대 객체) 공간을 제공하는 것을 목표로 하며, 이더리움은 이러한 데이터를 해석할 필요 없이 Rollup의 계산 및 증명 결과를 수집하여 데이터 가용성을 보장합니다. 더 많은 계산 실행 및 거래 유효성은 Layer2의 Rollup이 수행합니다. 더 구체적으로 말하면, Rollup이 거래의 계산 및 검증을 수행하고, 검증이 완료된 여러 거래와 증명 결과를 하나의 패키지로 포함시키며, 메인 체인의 블록은 이러한 패키지만 기록합니다.

하나의 블록에 여러 Rollup에서 생성된 패키지를 포함할 수 있기 때문에, 미래의 이더리움에서는 여러 Rollup이 전체 네트워크의 확장을 수행할 것입니다. 현재 주류는 zkRollup과 Optimistic Rollup으로, 각각 유효성 증명과 사기 증명 두 가지 증명 방식에 해당합니다.

이더리움 2.0 업그레이드의 영향

에너지 소비 감소

PoS 메커니즘으로 전환한 후, 전체 네트워크는 더 이상 많은 전력을 소비하는 채굴자 노드에 의존하지 않게 되어 환경 친화적으로 변모합니다. PoS 메커니즘 하의 노드는 PoW보다 에너지 효율이 99% 이상 높기 때문에 PoS 네트워크의 에너지 효율은 크게 향상될 것입니다. PoW 메커니즘을 사용할 때, 채굴자 노드는 복잡한 수학 계산을 수행하기 위해 강력하고 에너지 소비가 많은 하드웨어 장비가 필요하며, 누가 먼저 계산을 완료하느냐에 따라 블록을 구축하고 블록 보상을 받을 자격이 주어집니다. 이러한 상황에서 채굴자는 최대 수익을 얻기 위해 24시간 내내 자신의 채굴 장비를 가동해야 하며, 이러한 고에너지 소비 장비는 전력에 대한 수요가 막대합니다.

PoS 네트워크에서는 블록 제안자가 무작위로 선택되므로 더 이상 많은 채굴 하드웨어를 경쟁할 필요가 없으며, 따라서 막대한 전력 소비도 필요하지 않습니다.

ETH 생산량

이더리움이 PoW 합의에서 PoS로 전환한 후, 더 이상 채굴자 보상을 생성하지 않으며, 대신 스테이킹 보상이 주어집니다. 따라서 ETH의 발행률은 90% 감소할 것입니다. 이러한 상황을 "Triple Halvening"이라고 부르며, 이는 비트코인의 반감기가 세 번 동시에 발생하는 것과 같기 때문에 이더리움은 발행량이 순간적으로 감소하고, 스테이킹된 ETH는 시장에 유입되지 않기 때문에 ETH는 통화 긴축 단계에 들어가게 됩니다.

ETH 스테이킹

병합이 완료된 후, 더 많은 사용자가 자신의 ETH를 스테이킹할 것을 선택할 것입니다. 왜냐하면 거의 무위험의 스테이킹 수익을 얻을 수 있기 때문입니다. 계산에 따르면, 스테이킹된 ETH의 연간 수익률은 약 4%입니다. Kraken의 "2022년 1분기 스테이킹 상황" 보고서에 따르면, 이더리움이 병합을 완료한 후 스테이킹 사용자들의 연간 수익률은 8.5%-11.5%에 이를 것으로 예상됩니다.

또한 스테이킹 수요가 증가함에 따라 스테이킹 서비스 분야는 폭발적인 성장을 할 것으로 예상됩니다. 현재 1300만 개 이상의 ETH가 신호 체인에 스테이킹되어 있으며, 이는 이더리움 총량의 10%를 초과하고, 총 41만 명의 검증자가 스테이킹에 참여하고 있습니다.

네트워크는 최소 32개의 ETH를 스테이킹해야 하며, 노드 장비를 운영하는 데에는 일정한 기술 및 자본 장벽이 있기 때문에 스테이킹 서비스 제공자를 선택하는 것이 자가 스테이킹보다 훨씬 매력적입니다. 현재 스테이킹 서비스 분야의 선두주자인 Lido는 유동성 스테이킹 시장에서 90% 이상의 점유율을 차지하고 있습니다.

채굴자

이더리움 병합 후, 원래의 PoW 체인은 점차 폐기될 것이며, 원래의 채굴자들의 향후 행보도 중요한 관심사가 됩니다. 암호화 세계에서 두 번째로 큰 채굴 생태계인 채굴자들은 어떤 선택을 할까요? 원래 체인을 포크할 것인가, 아니면 ETC로 계속 채굴할 것인가? 이더리움의 포크 체인인 이더리움 클래식은 이더리움의 채굴기를 사용하여 채굴할 수 있지만, 이더리움 클래식이 수용할 수 있는 계산 능력은 제한적입니다. 첫째, ETC 가격이 낮기 때문에 채굴 비용과 수익의 균형을 맞추기 어렵고, 둘째, 병합 이후 대량의 계산 능력이 유입되면 경쟁이 심화되어 채굴자의 수익이 더욱 줄어들 것입니다. 원래 체인을 포크하는 방안은 난이도 폭탄 설계에 의해 시행하기 어려울 수 있습니다.

결론

이더리움 병합이 가까워지고 있습니다. 업그레이드 계획이 여러 번 변경되었지만 현재까지 진행 상황은 기본적으로 순조롭습니다. 블록체인 세계에서 가장 큰 영향을 미치고 가장 많은 개발자를 보유한 퍼블릭 체인인 이더리움의 업그레이드는 의심할 여지 없이 큰 영향을 미칠 것입니다. 이더리움 2.0의 도래와 함께 퍼블릭 체인의 발전도 새로운 장으로 접어들며, 이더리움 사용자들을 오랫동안 괴롭혀온 낮은 성능, 높은 비용, 높은 에너지 소비 문제는 일련의 업그레이드를 통해 해결될 것으로 기대됩니다. 곧 일어날 모든 일에 대해 우리는 기대가 큽니다.