인프라 수준에서 오늘날 가장 뜨거운 연구 주제는 비잔틴 장애 허용성을 훼손하지 않는 빠른 합의, 보안을 훼손하지 않는 샤딩, 그리고 효율성을 포기하지 않는 크로스체인 통신에 집중되어 있습니다. 최근에는 Cosmos의 출시와 Polkadot(출시가 임박했습니다!) 덕분에 크로스체인 통신이 가장 큰 주목을 받고 있습니다.

크로스체인 통신 — 아주 단순한 원리

많은 전문가들은 미래에 퍼블릭 블록체인이 소수로 통합될 것이라고 주장합니다. 하지만 새로운 퍼블릭 블록체인이 필요한 시나리오는 많습니다.

• 시나리오 A: 기반으로 삼고 싶은 기존 블록체인이 애플리케이션에 필요한 속성(예: 프라이버시 보호 연산)과 맞춤성(예: 데이터 처리 및 저장)을 제공하지 않을 수 있습니다.
• 시나리오 B: 기존 블록체인이 지원하지 않는 다른 거버넌스 모델이 필요할 수 있습니다 — 스마트 컨트랙트 플랫폼 위에 애플리케이션을 구축하면 애플리케이션은 기반 프로토콜의 거버넌스 규칙을 따를 수밖에 없습니다.

그렇기 때문에 미래의 세계는 수백 개(어쩌면 수천 개)의 서로 다른 퍼블릭 블록체인으로 구성될 것입니다. 이 블록체인들이 서로 어떻게 통신할지 알아내는 것이 우리의 다음 큰 과제입니다.

크로스체인 통신에 관한 모든 아이디어는 Adam Back의 논문 “Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains”에서 시작됩니다. 이 논문은 자산 X를 블록체인 A에서 블록체인 B로 옮기는 방법에 관한 단순하지만 놀라운 사실을 보여줍니다. 사실 “전송”은 환상이라는 것입니다. 자산 X는 “전송”되는 것이 아니라 블록체인 A에 일시적으로 잠기고, 동일한 양의 등가 자산 X가 블록체인 B에서 발행됩니다. 이를 페깅(pegging)이라고 하며, 양방향으로 이를 수행하는 것을 양방향 페그(2WP)라고 합니다.

모든 2WP 시스템은 투표 기반으로, “증인(witness)” 그룹이 자산 X의 잠금을 언제 해제하고 어디로 보낼지를 투표로 결정합니다. 여기서 질문이 생깁니다 — 우리는 이 증인 그룹을 얼마나 신뢰해야 할까요? 가장 단순한 방법은 신뢰할 수 있는 단일 증인(예: 암호화폐 거래소)이 이 일을 맡는 것입니다. 하지만 더 나은 방법은 자산의 잠금 해제/이동을 위해 증인 그룹의 승인이 필요하도록 2WP를 구현하는 것입니다.

사이드체인의 경우, 이 증인 그룹은 블록체인 A와 B 양쪽의 이해관계자(예: 채굴자, 델리게이트, BP)를 대표합니다. 이 방식은 작동하지만 기술적 복잡성을 가져옵니다. 블록체인 A 입장에서는 블록체인 B(시간이 지나면서 업그레이드될 수 있음)와 통신하기 위한 로직을 프로토콜 수준에서 구현하는 것이 부담입니다. 블록체인 C, D, E 등이 추가되면 문제는 더욱 복잡해집니다.

다른 접근법은 블록체인 네트워크 전반의 통신을 지원하는 공통 증인 그룹을 두는 것으로, 이것이 Cosmos Hub, Polkadot Relay Chain, 그리고 IoTeX Root Chain의 기본 아이디어입니다. 각 프로젝트는 공통 증인 그룹을 신뢰할 수 있고 다양한 이기종 블록체인에 적응할 수 있도록 서로 다른 접근법과 크립토이코노믹스를 사용합니다. Cosmos는 각 블록체인이 자체 검증인 세트, 보안, 합의를 갖는다고 가정하는 반면, IoTeX와 Polkadot은 공유 합의 풀과 “기본 보안(security by default)”을 활용해 블록체인 온보딩 과정을 더 쉽게 만듭니다. 전 세계 모든 블록체인을 연결하는 것을 사명으로 하는 Polkadot과 비교하면, IoTeX 크로스체인 통신의 목표는 다르며 더 구체적입니다: IoTeX 네트워크 내에서 실행되는 모든 레이어 2 체인에 상호운용성을 제공하는 것입니다. 이 모든 레이어 2 체인은 스토리지, 신원, 신뢰 컴퓨팅, IoT 데이터 마켓플레이스 등 IoT 애플리케이션의 다양한 측면에 사용될 것입니다. 결국 크로스체인 통신은 바벨탑의 비전을 실현하기 위해 인류가 기울이는 또 하나의 노력입니다.

크로스체인 통신이 중요한 이유

블록체인의 핵심은 탈중앙화와 보안이며, 이는 크로스체인 통신을 통해 더욱 강화될 수 있습니다. 구체적으로, 크로스체인 통신은 자산이 다음을 찾아 서로 다른 블록체인 사이를 흐를 수 있게 합니다.

• 다양한 수준의 보안 (예: 더 빠른 거래 vs. 더 강력한 검열 저항)
• 서로 다른 속성 (예: 평문 거래 vs. 기밀 거래)
• 다양한 애플리케이션 (예: DeFi vs. 게임)

크로스체인 통신은 또한 암호화 자산과 그것이 존재하는 기반 블록체인을 분리할 수 있게 합니다. 사소해 보일 수 있지만, 이러한 분리는 여러 의미 있는 방식으로 현재의 블록체인을 강화합니다.

첫째, 다양한 팀/프로젝트/체인이 블록체인 기술의 서로 다른 측면에 집중하면서도 집단적으로 유용하고 영향력 있게 만들 수 있습니다. 예를 들어 두 개의 블록체인을 상상해 봅시다. “블록체인 1”은 사용자 경험(예: 최고 수준의 지갑, 애플리케이션 인터페이스)에 집중하고, “블록체인 2”는 검열 저항에 집중하여 일반 사용자가 사용하기에 느리고 어렵습니다. 자연스럽게 사용자들은 편의를 위해 블록체인 2에서 블록체인 1로 자산을 옮기고, 장기 보관을 위해 다시 옮겨올 것입니다.

둘째, 블록체인 프로토콜의 빠른 진화를 가능하게 합니다. 비교적 성숙한 프로토콜은 더 나은 보안과 더 빠른 진화 사이의 딜레마에 직면해 있습니다 — 빠른 발전은 대개 무언가를 망가뜨리는 것을 의미하고, 뛰어난 보안은 일종의 정체를 의미합니다. 크로스체인 통신을 사용하면 자산 이동 비용이 거의 0에 가깝습니다. 따라서 이론적으로 이더리움의 복사본을 카나리아 테스트장으로 만들어 빠르게 반복 개발하고, 결국 이더리움의 모든 자산을 이 새로운 카나리아 테스트장으로 옮길 수 있습니다. 새로운 테스트장이 이상적이지 않다면 모든 자산을 다시 옮길 수 있는데, 이는 포크로는 제공할 수 없는 환상적인 속성입니다. 장기적으로는 가장 많은 자산을 끌어들이는 체인이 가장 번영할 것입니다. 자산을 끌어들이지 못하는 체인은 쇠퇴하고 결국 사라질 것입니다.

마지막으로 중요한 점은, 블록체인 분야의 거버넌스 구조에 깊은 영향을 미칠 수 있는 “보안 대여(lending of securities)”를 가능하게 한다는 것입니다. 보안 대여의 한 가지 형태는 크로스체인 거버넌스라는 새로운 개념이며, 다음 섹션에서 설명합니다.

새로운 패러다임 — 크로스체인 거버넌스

2019년 4월 IoTeX Root Chain을 처음 출시했을 때, 우리는 새로운 블록체인을 어떻게 안전하게 부트스트랩할 것인가라는 어려운 문제에 직면했습니다. 이는 결국 우리가 이기적 델리게이트(Egoistic Delegates)라고 부르는 문제로 귀결됩니다. 초기에는 투표자가 제한적이었기 때문에, 초기 이해관계자들이 많은 델리게이트 자리를 쉽게 장악하고 자신들의 이익에 반하는 거버넌스 트랜잭션을 누락시킬 수 있었습니다. 예를 들어, 블록 생성에서 투표 트랜잭션을 누락시키면 새로운 델리게이트의 합류를 막을 수 있습니다.

IoTeX 메인넷을 안전하게 부트스트랩하기 위해 우리는 크로스체인 거버넌스를 고안했습니다. 이는 거버넌스 활동이 더 성숙한 블록체인에서 이루어지고, 그 결과가 덜 성숙한 블록체인에 적용된다는 것을 의미합니다. IoTeX 네트워크는 현재 두 개의 퍼블릭 블록체인에 자산을 보유하고 있습니다 — 이더리움(IOTX-E는 거버넌스에 사용)과 IoTeX Rootchain(IOTX는 유틸리티에 사용)입니다. IOTX와 IOTX-E는 총 100억 개의 토큰 공급량을 구성하며, 이더리움과 IoTeX 간의 탈중앙화 브리지인 IoTube를 통해 교환할 수 있습니다.

서로 교환 가능하지만, IOTX-E와 IOTX는 속성이 다르므로 서로 다른 목적으로 사용됩니다. IOTX-E는 IoTeX 네트워크를 거버넌스하기 위해 낮은 유동성(이상적으로는 낮은 거래량, 느린 이동)과 더 높은 보안을 갖도록 설계되었습니다(http://member.iotex.io 참조). IOTX는 IoTeX 네트워크 내의 운영과 애플리케이션을 위해 높은 유동성(이상적으로는 높은 거래량, 빠른 이동)을 갖도록 설계되었습니다. 그렇지만 IOTX와 IOTX-E의 가치는 동등합니다. 이는 클래스 A와 C 주식을 가진 구글 주식과 비슷합니다 — 클래스 C 주식에는 의결권이 없고, 클래스 A 주식은 각각 1표씩을 가집니다. 이 구조에서는 이기적 델리게이트가 자신들의 이익에 반하는 거버넌스 트랜잭션을 누락시키는 것이 불가능하며, 델리게이트의 재선출과 슬래싱을 효과적으로 만듭니다.

또한 우리는 이 크로스체인 거버넌스가 모든 PoS 블록체인의 공통 우려 사항인 롱 레인지(Long Range) 공격을 효과적으로 완화한다는 것을 발견했습니다. 간단히 말해, 롱 레인지 공격은 대규모 초기 이해관계자가 토큰을 사용한 후 아주 초기 블록부터 시작하는 블록체인 분기를 만들어 메인 체인을 추월하는 것입니다. 스테이킹/투표 기록이 이더리움에 있기 때문에, 약한 주관성(weak subjectivity)에 대응할 충분한 저항력을 제공합니다(이더리움은 PoW 체인이며 51% 공격은 엄청나게 비쌉니다).

더 대담한 아이디어들

이것은 크로스체인 통신과 거버넌스가 가져올 수 있는 것의 시작에 불과합니다. IoTeX가 연구하고 탐구하는 대담한 아이디어가 많이 있습니다. 몇 가지 예를 소개합니다!

신생 블록체인이 총 토큰 가치가 Y인 블록체인에서 가치 X의 자산을 어떻게 보유하고 운영할 수 있을까요(단, X > Y)?

막대한 예산을 가진 공격자가 자산을 훔칠 의도로 블록 생성자 자리의 약 ⅔(또는 전부)를 사들여 장악할 수 있습니다. 이 질문에 대한 현재의 해결책은 체인이 “기다리며 성장”하는 것인데, 이는 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 우리가 내부적으로 진행 중인 실험 중 하나는 다중 자산 크로스체인 거버넌스입니다 — 델리게이트는 IOTX-E 스테이킹 외에도 NUSD, WETH, WBTC 같은 다른 자산을 스테이킹하여 암호화폐 바스켓을 구성할 수 있습니다. 이 바스켓의 가치는 Chainlink 오라클을 사용해 쉽게 계산할 수 있으며, 후보 순위를 매기고 보상(IOTX)을 분배하는 데 사용됩니다. 다중 자산 스테이킹은 스테이킹된 총 자산량을 늘리고 체인을 안전하게 만들 가능성이 높습니다. 다른 많은 자산이 성숙한 블록체인에 존재할 가능성이 높기 때문에, 이는 크로스체인 거버넌스와 함께할 때만 가능합니다.

프로토콜 수준에서 너무 많은 복잡성을 도입하지 않고 “nothing at stake” 공격을 어떻게 억제할 수 있을까요?

“nothing at stake” 공격은 모든 PoS 블록체인의 또 다른 공통 우려 사항입니다. 이는 블록 생성 비용이 거의 0에 가깝기 때문에(PoW 체인과 달리) 포크가 발생하면 모든 델리게이트가 자신의 경제적 이익을 극대화하기 위해 모든 포크 위에 블록을 쌓는다는 의미입니다. PoW 체인에서 일어나는 일을 모방하기 위해, 각 델리게이트는 블록을 생성하는 데 X 토큰을 사용하고 제안이 성공하면 Y 토큰을 보상받습니다(X < Y). 이는 이중 서명한 델리게이트의 스테이크/예치금 일부 또는 전부를 몰수하여 슬래싱하는 것과 어느 정도 동일합니다. 같은 체인에서는 델리게이트와 공모한 델리게이트들이 슬래싱 트랜잭션을 선택적으로 누락시킬 수 있다는 이기적 델리게이트 가정하에서 이 슬래싱이 간단하지 않습니다. 크로스체인 거버넌스를 사용하면 피해자가 이더리움에 증거를 보내 이중 서명한 델리게이트가 확실히 슬래싱되도록 할 수 있습니다.

결론

결론적으로, 크로스체인 통신은 많은 흥미로운 설계와 애플리케이션의 문을 열어줍니다. 블록체인 업계 최초로, 우리는 곧 체인들이 다른 체인으로부터 자산, 보안, 속성을 “빌릴” 수 있도록 할 것입니다. 우리는 이것을 블록체인 시스템 설계에 있어 새로운 패러다임으로 봅니다.