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BlockChain

🔑 샤딩(Sharding), 블록체인의 확장성 솔루션

by _이비이비_ 2024. 12. 16.
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샤딩(Sharding)은 블록체인의 확장성 문제를 해결하기 위한 핵심 기술 중 하나입니다. 블록체인은 본질적으로 네트워크의 모든 노드가 동일한 데이터를 저장하고, 트랜잭션을 검증하기 때문에 네트워크가 커질수록 성능 병목 현상이 발생합니다. 샤딩은 이러한 한계를 극복하기 위해 등장한 기술입니다. 이번 글에서는 샤딩의 개념, 작동 원리, 주요 장점과 한계, 그리고 구체적인 예시에 대해 상세히 알아보겠습니다. 🚀

 


📌 샤딩(Sharding) 기술의 개념

샤딩은 블록체인의 데이터를 분할하여 여러 노드에 나눠 저장하고 처리하도록 설계된 기술입니다. 이를 통해 네트워크의 모든 노드가 모든 데이터를 저장하고 처리해야 하는 부담을 줄여줍니다.

주요 개념

  1. 데이터 분할: 네트워크 전체를 여러 "샤드(Shard)"로 나누어, 각 샤드가 일부 데이터와 트랜잭션만 처리하도록 설계합니다.
  2. 병렬 처리: 여러 샤드가 동시에 작업을 수행하므로, 네트워크의 처리 속도(Throughput)가 크게 향상됩니다.
  3. 확장성 확보: 네트워크에 노드가 추가될수록 샤드를 늘려 처리 능력을 유연하게 확장할 수 있습니다.

 

💡 샤딩의 기술적 작동 원리

샤딩은 블록체인의 데이터와 처리 능력을 병렬화하기 위해 설계되었습니다. 작동 과정은 다음과 같습니다.

1️⃣ 샤드 분할

  • 네트워크 데이터를 샤드라는 작은 단위로 나눕니다. 예를 들어, 1개의 전체 블록체인을 4개의 샤드(A, B, C, D)로 분리한다고 가정합니다.
  • 각 샤드는 독립적으로 데이터를 저장하고 트랜잭션을 처리합니다.
    • 샤드 A: 사용자 1~100의 트랜잭션 처리
    • 샤드 B: 사용자 101~200의 트랜잭션 처리
    • ...
  • 이로 인해 네트워크 전체가 아닌 특정 샤드에만 데이터를 저장하면 됩니다.

2️⃣ 샤드 간 통신

  • 샤드끼리 정보를 교환하기 위해 크로스-샤드 통신을 구현합니다.
  • 예: 샤드 A에서 발생한 트랜잭션 결과를 샤드 B와 공유해야 할 경우, 메시지 전달 또는 특별한 통합 메커니즘을 사용합니다.

예시: 크로스-샤드 트랜잭션

  • 사용자가 샤드 A에 있는 지갑에서 샤드 B의 지갑으로 송금하려는 경우:
    1. 샤드 A는 송금 요청 데이터를 기록하고, 이를 샤드 B에 전송합니다.
    2. 샤드 B는 데이터를 확인한 후 트랜잭션을 최종적으로 승인하고 처리합니다.
    3. 이 과정은 블록체인의 합의 알고리즘을 통해 보장됩니다.

3️⃣ 샤드 재구성

  • 네트워크가 확장되거나 축소되면, 샤드를 동적으로 재구성합니다. 이를 통해 새로운 노드가 추가되거나, 기존 샤드가 과부하 상태일 때 유연하게 대처할 수 있습니다.
  • 샤드 분배는 랜덤성 기반 알고리즘을 사용하여 특정 샤드에 노드가 집중되지 않도록 설계합니다.

 

🚀 샤딩 기술의 장점

샤딩은 블록체인 확장성 문제를 해결할 수 있는 효과적인 솔루션으로, 다음과 같은 장점이 있습니다.

1️⃣ 확장성 강화

  • 모든 노드가 동일한 데이터를 처리하지 않아도 되므로, 네트워크의 처리 속도가 대폭 향상됩니다.
  • 예: 이더리움 2.0에서는 샤딩을 통해 초당 처리 속도를 기존 15 TPS(Transaction Per Second)에서 10,000 TPS 이상으로 증가시키는 것을 목표로 하고 있습니다.

2️⃣ 데이터 효율성

  • 각 노드는 자신이 속한 샤드의 데이터만 저장하면 되므로, 전체 블록체인의 데이터를 저장할 필요가 없습니다.
  • 이는 저장 공간을 절약하고, 노드 운영 비용을 줄이는 데 기여합니다.

3️⃣ 병렬 처리

  • 샤드마다 독립적으로 작업이 이루어지기 때문에, 전체 네트워크의 작업 처리량이 증가합니다.
  • 예를 들어, 한 노드가 1초에 10개의 트랜잭션을 처리할 수 있다면, 4개의 샤드가 병렬로 작동하면 1초에 40개의 트랜잭션을 처리할 수 있습니다.

⚙️ 샤딩 기술의 한계

샤딩은 강력한 기술이지만, 몇 가지 해결해야 할 한계도 존재합니다.

1️⃣ 크로스-샤드 트랜잭션 복잡성

  • 샤드 간 트랜잭션은 기존의 단일 체인 구조보다 복잡합니다.
  • 잘못 설계되면 크로스-샤드 트랜잭션 처리 속도가 느려질 수 있으며, 데이터 일관성 문제가 발생할 수 있습니다.

예시:

샤드 A에서 샤드 B로 송금을 요청했는데, 중간 통신 과정에서 데이터가 손실되면 트랜잭션의 무결성이 훼손될 위험이 있습니다.

2️⃣ 보안 문제

  • 샤드가 독립적으로 작동하기 때문에, 특정 샤드가 공격을 받으면 전체 네트워크에 영향을 미칠 수 있습니다.
  • 이를 방지하기 위해 랜덤 샤드 할당이나 샤드 교체 메커니즘이 필요합니다.

3️⃣ 노드 동기화 문제

  • 샤드가 많아질수록 네트워크 전체의 노드가 동기화 상태를 유지하기 어려워질 수 있습니다.
  • 노드 간 데이터 불일치가 발생하면, 블록체인의 신뢰성이 저하될 위험이 있습니다.

 

🔍 샤딩 기술 적용 예시

1️⃣ 이더리움 2.0

  • 이더리움은 샤딩을 도입해 확장성을 개선하려고 하고 있습니다.
  • 이더리움 2.0은 총 64개의 샤드를 통해 병렬 처리를 지원하며, 기존의 처리 속도 한계를 극복할 계획입니다.

2️⃣ Zilliqa

  • Zilliqa는 샤딩 기술을 최초로 상용화한 블록체인 플랫폼 중 하나입니다.
  • 테스트 결과, Zilliqa는 샤드 수를 늘림에 따라 초당 트랜잭션 처리 속도가 선형적으로 증가함을 보여주었습니다.

 

✅ 결론

샤딩은 블록체인의 확장성을 해결하기 위한 필수적인 기술로, 데이터 분할과 병렬 처리를 통해 네트워크의 처리 속도와 효율성을 획기적으로 향상시킵니다. 그러나 크로스-샤드 트랜잭션 복잡성과 보안 문제 같은 한계를 해결해야만 완벽한 기술로 자리 잡을 수 있습니다.

미래의 블록체인은 샤딩과 같은 기술을 기반으로 대규모 사용자를 지원하며, 더욱 실용적이고 신뢰할 수 있는 시스템으로 발전해 나갈 것입니다. 🚀

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