🇰🇷 Ouroboros Peras: 왜 블록체인의 결제 시간이 중요한가?

[CryptoVeri]

Ouroboros Peras: 왜 블록체인의 결제 시간이 중요한가?

Ilhun @CryptoVeri enics_sky@naver.com
2024년 9월 20일

블록체인 기술이 등장한 이래, 많은 이점이 있었지만 몇 가지 기술적 한계가 존재했습니다. 그 중 하나가 결제 시간(settlement time) 문제입니다. 블록체인에서 결제 시간은 사용자가 자신의 거래가 완전히 완료되었다고 확신하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 예를 들어, 우리가 비트코인 같은 블록체인을 사용할 때, 거래가 네트워크에서 인정되기까지 몇 분, 심지어 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 바로 이런 문제를 해결하기 위해 Ouroboros Peras가 등장했습니다.

Ouroboros Peras의 등장 배경: 왜 필요한가?

Ouroboros Peras는 기존의 Ouroboros Praos 프로토콜을 확장하여 블록체인의 결제 시간을 대폭 단축하고, 보안을 유지하면서도 자가 치유(self-healing) 기능을 제공하는 프로토콜입니다. 기존의 Nakamoto-style Consensus는 블록체인에서 결제 시간이 길어질 수 있는 구조적 한계를 지니고 있습니다. 예를 들어, 결제 시간이 너무 길어지면 사용자는 자신의 거래가 확실히 완료되었는지 확신할 수 없게 됩니다. 이러한 결제 시간 문제는 금융 거래에서는 치명적인 단점으로 작용할 수 있습니다.

Ouroboros Peras는 이러한 한계를 극복하고, 결제 시간이 길어짐에 따라 발생할 수 있는 보안 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다.

현재 카르다노 합의 프로토콜: 기술적 특징과 개선할 점

Ouroboros Praos는 현재 카르다노 블록체인에서 사용되는 지분 증명(Proof-of-Stake, PoS) 기반 합의 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 이전의 Ouroboros 프로토콜을 개선한 버전으로, 블록체인의 탈중앙화를 유지하면서도 보안성과 확장성을 제공하는 데 중점을 둔 기술적 특성을 갖고 있습니다. 그러나, Ouroboros Praos는 몇 가지 개선할 점도 지니고 있어, 이를 해결하기 위해 Ouroboros Peras와 같은 추가적인 프로토콜이 도입되었습니다.

Ouroboros Praos의 주요 기술적 특징

1. 지분 증명 기반 합의

• Ouroboros Praos는 지분 증명(PoS) 방식을 사용하여 합의를 형성합니다. 즉, 네트워크의 SPO(Stake-Pool Operator)들이 자신이 보유한 지분에 따라 블록을 생성할 권리를 얻게 됩니다. 이 방식은 기존의 작업 증명(Proof-of-Work, PoW) 기반 시스템보다 에너지 효율적이고, 보다 탈중앙화된 네트워크 구조를 가능하게 합니다.

2. 반동기적 보안(Semi-Synchronous Security)

• Ouroboros Praos는 네트워크의 통신 지연을 허용하면서도 보안성을 유지할 수 있도록 설계되었습니다. 즉, 노드들이 반드시 동시에 연결될 필요는 없으며, 네트워크 내에서 일어나는 통신 지연에도 안전하게 작동할 수 있습니다. 이러한 반동기적(Semi-Synchronous) 구조는 네트워크가 부분적으로 느슨하게 동기화되어 있더라도 합의가 유지되도록 합니다.

3. 무작위화(Randomization)

• Ouroboros Praos는 블록 생성자 선택에 있어 무작위화를 적용합니다. 이는 각 블록이 임의로 선택된 SPO에 의해 생성되도록 함으로써 보안성을 높이고, 블록 생성자 공격을 방지할 수 있습니다. 블록 생성자가 예측 불가능하게 선택되기 때문에 악의적인 참여자가 특정 블록 생성자를 타겟팅하기가 어렵습니다.

4. 장거리 공격 방지(Long-Range Attack Mitigation)

• 장거리 공격은 과거의 블록체인을 수정하여 네트워크를 혼란시키는 공격 방식입니다. Ouroboros Praos는 이러한 공격을 방지하기 위해 과거 블록을 변경할 수 없도록 안전장치를 마련했습니다. 이는 블록체인의 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.

Ouroboros Praos의 개선점

이러한 Ouroboros Praos의 기술적 특징에도 불구하고 개선할 점이 존재합니다.

1. 결제 시간의 길이(Settlement Time)

• 확률적 최종성(probablistic finality)이라는 특성 때문에, Ouroboros Praos에서는 거래가 즉시 확정되지 않고, 여러 블록이 추가된 후에야 최종적으로 확정됩니다. 이는 거래가 롤백될 수 있는 가능성을 줄이기 위해 필요한 시간이지만, 사용자가 거래가 확정되기까지 기다려야 하는 시간이 길어지는 문제를 발생시킵니다. 결제 시간이 길어지면 실시간 거래가 중요한 환경에서는 불편함을 초래할 수 있습니다.

2. 포크(Fork) 문제

• Nakamoto-style Consensus의 특성상 네트워크에서 동시에 여러 개의 블록이 생성되면 체인 포크(chain forks)가 발생할 수 있습니다. 이는 여러 개의 블록체인이 동시에 존재할 수 있음을 의미하며, 네트워크가 최장 체인을 선택할 때까지 거래 확정이 지연될 수 있습니다. 이러한 체인 분기가 많아질 경우, 결제 시간은 더욱 길어질 수 있습니다.

3. 적대적 참여자에 대한 취약성

• Ouroboros Praos는 적대적 참여자가 네트워크의 과반수를 장악하는 경우, 공격을 방어하는 데 있어 취약할 수 있습니다. 특히, 스테이크가 높은 참여자가 부정한 방식으로 네트워크를 장악하게 되면 합의 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제는 적대적 스테이크(Adversarial Stake) 공격의 위험성을 증가시킬 수 있습니다.

4. 동기성 문제

• 비록 반동기적 보안을 제공하지만, 네트워크가 완전히 비동기적인 상황에서는 효율성이 떨어질 수 있습니다. 특정 노드들이 네트워크에 연결되지 않거나 통신이 원활하지 않을 경우, 블록 생성 및 결제 과정이 지연되거나 불안정해질 수 있습니다.

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결제 과정의 핵심: Settlement란 무엇인가?

블록체인에서 Settlement는 거래가 완전히 확정되고 취소할 수 없는 상태에 도달하는 과정을 의미합니다. 이 과정에서 스테이크풀 운영자(SPO)라는 중요한 역할이 등장합니다. SPO는 블록체인의 안정성을 유지하고 새로운 블록을 생성하는 주체입니다. 각 SPO는 자신이 관리하는 스테이크(지분)에 따라 특정 주기에 새로운 블록을 생성할 권리를 부여받습니다.

이 블록 생성 과정은 매우 분산되고, 네트워크 상에서 서로 다른 SPO들이 동시에 블록을 생성할 수 있습니다. 이 과정에서 두 개 이상의 블록이 네트워크에 동시에 등장하게 되면, 어떤 블록이 더 신뢰할 수 있는지 판단하는 데 시간이 걸립니다. 이때 최장 체인 원칙(Longest Chain Principle)이라는 개념이 중요한 역할을 합니다. 즉, 가장 긴 체인을 보유한 블록이 최종적으로 채택되며, 그 블록에 속한 거래가 확정됩니다.

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기술적 혁신: Ouroboros Peras의 주요 기능

Ouroboros Peras는 투표(Voting)와 증명서(Certificate)를 통해 결제 시간을 단축하면서도 보안성을 높이는 방식으로 설계되었습니다. 이는 네트워크 상에서 SPO들이 블록을 생성하고, 각 블록이 안전하게 연결될 수 있도록 투표를 통해 합의하는 방식입니다.

각 SPO가 생성한 블록은 그 자체로 증명서 역할을 하며, 이를 통해 블록체인이 고의적으로 변경되거나 위조되는 것을 방지합니다. 이 과정을 통해 다중 체인 포크가 발생했을 때, 어느 체인이 진짜인지 빠르게 합의할 수 있게 됩니다.

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결제 시간 단축: 2분 내 확정이 의미하는 것

Ouroboros Peras의 가장 중요한 개선점 중 하나는 거래의 결제 시간을 단 2분 이내로 단축한다는 것입니다. 기존의 블록체인 프로토콜에서는 하나의 거래가 확정되기까지 몇 개의 블록을 기다려야 했습니다. 이는 거래가 확정되지 않았을 때 블록체인 네트워크에서 블록이 분기되거나 롤백되는 경우가 있기 때문입니다. 하지만 Peras를 사용하면 2분 내에 거래가 확정되고, 이로 인해 사용자는 빠르게 거래가 완료되었는지 확인할 수 있습니다.

거래 롤백(transaction rollback)은 매우 드물게 발생할 수 있지만, Peras에서는 이러한 가능성을 거의 제거할 수 있습니다. SPO들이 다수의 체인 중 어느 것이 가장 신뢰할 수 있는지 빠르게 결정할 수 있기 때문에, 블록체인 포크 문제는 거의 발생하지 않습니다.

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보안과 신뢰성: Peras의 적대적 스테이크 방어 전략

블록체인에서 보안은 매우 중요한 요소입니다. 특히 적대적 스테이크가 전체 스테이크의 상당 부분을 차지하게 되면, 해당 적대자가 블록체인 네트워크를 장악할 위험이 있습니다. Ouroboros Peras는 이러한 위험을 방지하기 위해 쿨다운(cooldown) 기간을 도입하여, 네트워크가 일시적으로 불안정해지더라도 적대적 공격으로부터 안전하게 복구할 수 있는 기능을 제공합니다.

Peras는 또한 자가 치유(self-healing) 기능을 통해 네트워크가 실패했을 때 자동으로 회복할 수 있는 메커니즘을 제공하여 블록체인의 신뢰성을 높였습니다.

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네트워크 복구와 적응성: 실패로부터의 회복

Peras는 SPO들이 변동적으로 참여하더라도 네트워크의 안정성을 유지할 수 있도록 설계되었습니다. 만약 네트워크에 일시적인 문제가 발생해 일부 SPO들이 제대로 작동하지 않는 경우에도 쿨다운 기간을 거치면서 네트워크는 다시 원래의 상태로 복구될 수 있습니다.

이러한 복구 과정은 SPO가 네트워크의 불확실성에도 불구하고 계속해서 블록을 생성하고 인증서를 발급할 수 있도록 지원합니다.

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Peras의 실용적 이점: 누구에게 유리한가?

Ouroboros Peras는 특히 소규모 SPO들에도 유리한 점이 많습니다. Peras는 결제 시간을 단축시키고, 네트워크의 변동성에도 안정적인 운영을 보장하기 때문에 더 많은 참여자가 안정적으로 블록체인 네트워크에 기여할 수 있습니다. 결제 시간이 짧아짐으로써 사용자는 빠르게 거래를 확인할 수 있고, 블록체인의 신뢰성이 더욱 높아집니다.

• 소규모 SPO에게 유리: 더 적은 자원으로도 네트워크 참여 가능
• 대규모 SPO에게 유리: 안정적인 보안 유지 및 빠른 거래 처리

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Peras의 기술적 세부 사항: 깊이 있는 이해

Ouroboros Peras에 대한 더 깊이 있는 이해를 원한다면 여러 기술 자료를 참고할 수 있습니다. 예를 들어 기술 보고서나 Agda Specification을 통해 프로토콜의 상세한 내용과 수학적 기반을 확인할 수 있습니다.

또한, Peras Repository에서 제공하는 적합성 테스트와 시뮬레이션 도구를 사용해 Peras의 성능을 직접 체험하고 분석할 수 있습니다. 이는 개발자들에게 중요한 도구입니다.

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미래의 혁신: Ouroboros Leios와 그 이상

Peras는 아직 완전한 형태가 아닌 pre-alpha 단계에 있습니다. 그러나 이 프로토콜은 계속 발전하고 있으며, 앞으로 더 많은 개선이 이루어질 것입니다. 특히 Ouroboros Leios라는 새로운 기술이 도입되면, Peras는 더욱 향상된 결제 시간과 보안을 제공할 수 있을 것입니다.

Leios는 기존의 입력 블록(input blocks), 보증 블록(endorsement blocks), 랭킹 블록(ranking blocks)이라는 새로운 블록 유형을 도입하여 네트워크의 효율성을 극대화할 예정입니다. 이를 통해 Peras는 블록체인 기술의 중요한 진보를 이끌어 나갈 것입니다.

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결론: 블록체인 기술의 미래를 이끄는 Ouroboros Peras

Ouroboros Peras는 블록체인 결제 시간 문제를 해결하고, 보안을 강화하는 혁신적인 프로토콜입니다. 이를 통해 사용자는 빠르고 안전하게 거래를 처리할 수 있으며, 네트워크는 자가 치유 기능을 통해 안정성을 유지할 수 있습니다. 앞으로 더 발전될 Leios와의 결합으로, 카르다노 블록체인 기술의 미래는 더욱 밝아질 것입니다.

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* 참고:

1. What is Peras? | Ouroboros Peras
2. Ouroboros overview | Cardano Docs