블록체인 트릴레마(Trilemma)

블록체인 기술의 3대 요소인 확장성(Scalability), 보안성(Security), 탈중앙성(Decentralization) 모두를 만족시키는 것이 가장 이상적이지만 현실적으로는 한 번에 해결할 수 없음을 말한다.
그러므로 블록체인은 트릴레마에 직면해 있다.

트릴레마(Trilemma): 선택해야 하는 길은 3가지가 되는데 그 어느 쪽을 선택해도 남은 두 가지 또는 한 가지의 문제를 악화시키는 상황

• 확장성(Scalability)
  사용자 수가 늘어나더라도, 유연하게 대응할 수 있는 정도를 나타낸다. 확장성이 높으면 사용자 수의 증가에 따라 거래 건수가 늘어나더라도, 무리 없이 전송 처리용량을 증가시킬 수 있다. TPS(Transaction Per Second)가 높다고도 표현한다.
• 보안성(Security)
  블록체인 내의 데이터나 프로그램을 권한이 없는 이용자가 사용할 수 없도록 하는 제한하여, 외부의 공격으로부터 프로그램을 보호한다.
• 탈중앙성(Decentralization)
  중앙집권화를 벗어나 분산된 소규모 단위가 모여, 자율적으로 운영되는 방식을 말한다. 블록체인은 기존의 서버-클라이언트 관계가 아니라, 개별 노드들의 자발적이고 자율적인 연결에 의해 P2P(Peer-to-Peer) 방식으로 동작한다.

	확장성 중심	보안성 중심	탈중앙성 중심
장점	네트워크가 많은 양의 트랜잭션을 지원할 수 있다. 소셜 메시징 앱과 같이 보안이 주요 초점이 아닌 앱에서 유용하다.	기존 가치 이전보다 빠르고 저렴한 대규모 가치 이전이 가능하다. 퍼블릭 블록체인의 보안은 네트워크 참여자에게서 나오므로 높은 보안은 복제하기 쉽지않은 높은 네트트워크 효과를 의미한다	탈중화를 통해 사용자가 단일 엔티티를 신뢰하지 않고도 합의를 유지할 수 있다. 분산화는 시스템의 견고성을 증가시킨다. 네트워크 검열에 자항하게 하여 누구나 네트워크를 사용할 수 있도록 하여 재산권을 향상하게 한다.
단점	확장성은 어느정도 보안을 희생해야한다. 네트워크가 확장됨에 따라 합의 메커니즘도 확장해야 탈중앙화를 이룰 수 있다.	더 많은 투자가 필요하다.	분산화는 지연을 초래하고 네트워크 속도를 저하시킨다. 중복성을 도입하기 때문에 비용이 많이드므로 모든 앱에는 바람직 하지않다.

블록체인 트릴레마 해결

레이어 1(Layer-1) 솔루션

레이어 1은 비트코인, 이더리움과 같은 블록체인 네트워크 그 자체를 의미한다.
레이어 1 솔루션은 기존의 블록체인의 규칙 또는 메커니즘을 직접적으로 개선하는 것을 의미한다.

레이어 1 솔루션은 대규모 네트워크 개선을 효과적으로 할 수 있다는 장점이 있지만, 기존 채굴자들 입장에서는 인센티브가 축소될 수 있는 여지가 있다. (예. PoW → PoS)

합의 알고리즘 개선

비트코인과 이더리움은 분산된 합의 알고리즘을 활용한다.
하나의 트랜잭션을 처리하기 위해 여러 노드의 검증이 필요하고, 대표 블록을 선정하기 위해 수많은 연산이 요구된다.
이러한 과정은 안전하고, 검증된 데이터를 기록할 수 있는 장점이 있지만, 속도가 느려서 많은 수요를 감당할 수 없다.

합의 알고리즘 중 PoW(작업 증명)는 안전하지만, 확장성이 떨어진다.(비트코인: 7TPS)
그렇기 때문에 많은 블록체인 네트워크(예. 이더리움 2.0으로의 업그레이드)가 지분증명(PoS)으로의 전환을 시도하고 있다.

샤딩(Sharding)

샤딩은 트랜잭션을 샤드(Shard)라고 하는 더 작은 데이터 세트로 나눈다.
이러한 샤드는 네트워크에서 동시에 병렬로 처리되므로 동시에 수많은 트랜잭션에 대한 순차적 작업이 가능하다.
또한 각 네트워크 노드가 제네시스의 모든 블록 사본을 보유하도록 하는 대신, 서로 다른 노드에 의해 분할되고 유지될 수 있게 하며 각 노드는 그 자체로 일관성을 유지한다.
샤드는 메인 체인에 증거를 제공하고 교차 샤드 통신 프로토콜을 사용하여 주소, 잔액 및 일반 상태를 공유하기 위해 상호 작용한다.

레이어 2(Layer-2) 솔루션

레이어 2는 다른 블록체인 위에 구축된 네트워크를 의미한다.
이는 레이어 1 블록체인 위에서 작동하며 확장성과 효율성을 향상하게 시키는 네트워크 또는 기술이다.

레이어 2 솔루션은 훨씬 빠르게 확장성을 향상할 수 있다는 장점이 있지만, 사용하는 방법에 따라 기존 블록체인의 보안성을 희생해야 할 수도 있다. 이미 수많은 거래가 이루어지며 운영되고 있는 비트코인과 이더리움 같은 블록체인을 개선하기란 쉽지 않은 일이다.

롤업(Rollup)

롤업은 레이어 1 외부에서 트랜잭션을 실행하지만, 레이어 1에 트랜잭션 데이터를 저장하는 방식이다.
롤업은 레이어 1 블록체인의 보안성은 건들지 않으면서도 확장성을 강화할 수 있다는 장점이 있다.

롤업의 동작방식

1. 레이어 1 외부에서 트랜잭션 실행
2. 트랜잭션 데이터는 레이어 1에 저장
3. 레이어 1의 트랜잭션 데이터를 사용하여 레이어 2에서 올바른 트랜잭션 실행을 할 수 있는 롤업 스마트 계약

롤업 종류

옵티미스틱 롤업(Optimistic Rollup)
옵티미스틱 롤업은 애플리케이션이 바로 상호 작용할 수 있게 해주어 누구나 레이어 1 클론에 연결할 수 있다.
ZK롤업(Zero Knowledge Rollup, 영지식 롤업)
ZK롤업은 자체 환경에서 사일로로 존재하기 때문에 사용자들이 자체 롤업으로 애플리케이션에 연결해야 한다.

중첩 블록체인

중첩 블록체인은 메인 블록체인을 활용하여 더 넓은 네트워크에 대한 매개변수를 설정하고 실행은 보조 체인의 상호 연결된 웹에서 수행되는 분산형 네트워크 인프라다.

여러 블록체인 레벨이 이 메인 체인에 구축되며 이러한 레벨은 부모-자식 연결을 사용한다.
부모 체인 대리자는 자식 체인의 작업 결과를 다시 부모에게 보내는 작업을 수행한다.

기본 블록체인은 분쟁 해결이 필요한 경우가 아니면 네트워크 기능에 참여하지 않습니다.

상태 채널

상태 채널이란 두 거래 당사자 간에 생성되는 채널을 통해 서로 즉각적이고 저렴하게 거래를 할 수 있는 솔루션이다.

여기서 채널(Channel)이란 거래 당사자들의 서명으로 관리되는 다중 서명(MultiSig) 계정으로, 참여자의 잔액을 관리하고 이러한 자금이 사용될 수 있는 조건을 정의하는 스마트 계약으로 이해할 수 있다.

따라서 채널을 생성하는 참여자는 스마트 계약에 자금을 예치하며 채널을 열고, 채널을 연 사람들 간 양방향으로 거래를 진행한다.

상태 채널은 더 큰 확장성을 달성하기 위해 어느 정도의 탈중앙화를 희생한다.

사이드체인

• 사이드체인은 블록체인의 메인체인 옆에 나란히 붙어서 작동하는 하위체인을 뜻한다.
• 사이드체인은 속도와 확장성을 위해 최적화된 독립적인 합의 매커니즘을 사용한다.
• 사이드체인이 자체 유틸리티 토큰을 발행하는 경우도 있는데, 이 토큰은 사이드 체인과 메인체인 간의 데이터 전송 메커니즘의 일부로 사용된다.
• 메인체인의 주요 역할은 전반적인 보안 및 분쟁 해결을 유지하는 것입니다.

사이드체인 트랜잭션은 참가자 간에 비공개가 아니며 공개적으로 원장에 기록된다.
또한 사이드체인 보안 침해는 메인체인이나 다른 사이드체인에 영향을 미치지 않는다.