이더리움이 암호학적 월드 컴퓨터로 진화함

TL;DR

• 이더리움은 PeerDAS, 영지식 증명, 최적화된 지분 증명(PoS)과 다자간 블록 구성을 결합하며, 역사적 의미에서의 블록체인을 넘어서는 시스템으로 진화 중임.
• 2010년대의 블록체인이 작업 증명(PoW) 블록을 단일 채굴자가 만들고 모두가 내려받아 재실행하는 구조였다면, 2030년을 향한 이더리움은 검증 방식·합의·블록 구성 권한이 근본적으로 달라지는 구조임.
• 미래의 애플리케이션에서는 계산을 직렬 트랜잭션 하나에 넣는 방식보다 병렬화·가지치기가 가능한 의존성으로 구성하는 방식이 비용 측면에서 유리해짐.
• 암호학을 활용하면 탈중앙 네트워크가 데이터 저장과 계산을 병렬화하고 일부 경우에는 메타데이터를 숨겨 성능과 프라이버시에도 기여할 수 있음.
• 이더리움의 장기 목표는 블록체인과 암호학적 프라이버시·검증, 탈중앙 오프체인 구성 요소를 결합해 기존 기술로는 어려웠던 저렴하고 확장 가능하며 비공개인 고보안 계산을 제공하는 것임.

블록체인에서 암호학적 네트워크로

• 이더리움은 흔히 비트코인과 같은 ‘블록체인’으로 불리지만, 지난 15년간 기술이 크게 발전했고 앞으로 3년 동안에도 더 진화할 전망임. Strawmap의 방향을 따르는 미래의 ‘린 이더리움’도 블록체인의 핵심 요소를 유지하지만, 이더리움이 향하는 시스템은 질적으로 다른 종류로 부를 만한 수준임.
• 현재 이더리움은 범용 계산, 지분 증명, 영지식 증명을 활용하는 온체인 애플리케이션, 확장성과 프라이버시를 제공하는 레이어 2(L2)를 갖춤.
• 미래의 이더리움은 확장성과 범용성 사이를 조절할 수 있는 계산 구조, 다자간 블록 구성 방식, 고도로 최적화된 지분 증명, 기저 계층에서 핵심 역할을 하는 영지식 증명을 갖출 전망임.
• 이 글은 기술 관점과 사용자에게 기대되는 속성 관점에서 2010년과 2030년의 블록체인 사이의 근본적인 차이를 살펴봄.
• 비트코인 백서를 항목별로 살펴보고 이더리움의 2015년·2025년·2030년 모습을 비교하면, 거의 모든 항목에서 큰 변화가 확인됨.
• 블록체인의 핵심 속성 변화는 다음과 같음.
• 검증: 내려받아 재실행하는 방식에서 PeerDAS 샘플링과 SNARK 검증으로 전환
• 합의: 작업 증명(PoW)에서 지분 증명(PoS)을 거쳐 훨씬 더 최적화된 PoS로 진화
• 블록 구성 권한: 단일 채굴자가 블록을 만드는 방식에서 다자간 블록 구성으로 전환
• Lean 업그레이드 이후의 이더리움 같은 현대적 암호학 네트워크를 ‘블록체인’이라 부르는 것은 상당 부분 역사적 이유 때문임. 실제로는 사토시 나카모토식 핵심 아이디어와 2009년에는 존재하지 않았거나 성숙하지 않았던 반세기 학계의 새로운 암호학 기법을 결합한 하이브리드 구조임.

2009년·2020년·2030년의 암호학

• 중요한 분야는 암호학뿐 아니라 형식 검증, 데이터베이스 이론, P2P 네트워킹 이론의 발전, 정보 이론, 경제학 등도 포함함.
• 이러한 분야는 “모두가 유효한 PoW로 다음 블록을 만들려 하고, 한 사람이 성공하면 블록을 전파하며, 나머지는 내려받아 재실행하는” 기본 구조와 양립할 수 있음. 암호학적 변화는 이 구조와 양립하지 않음.

사용자에게 달라지는 절충점

• 사용자 관점에서 가장 중요한 변화는 선택 가능한 절충점의 구성이 크게 달라진다는 점임.
• 애플리케이션을 만들 때 계산 구조가 중요해짐. 단순한 블록체인에서는 1바이트가 1바이트이고 1가스가 1가스지만, 미래 아키텍처에서는 같은 양의 계산도 불투명하고 직렬로 실행되는 트랜잭션 하나에 몰아넣으면 비용이 훨씬 커지고, 병렬화하거나 가지치기할 수 있는 잘 캡슐화된 의존성으로 구성하면 비용이 훨씬 낮아짐. 이상적으로는 트랜잭션이 최종 블록에 들어가기 전부터 이런 처리가 가능함.
• 이러한 구조는 개발자 인센티브에 영향을 주고 시간이 지나며 이더리움 애플리케이션 전반의 구조에도 영향을 미칠 전망임. 장기적으로는 비가환 상태 변경과 순서 정보를 직접 설명하는 데이터만 온체인에 게시하고, 나머지는 블록에 포함되기 전에 집계하는 프로그래밍 패턴으로 수렴할 가능성이 있음.
• 계산을 구조화하면 블록체인이 본연의 역할에 더 효과적으로 집중할 수 있음.

탈중앙화가 성능에 기여하는 방식

• 탈중앙 네트워크는 안전성과 견고성을 위해 감수하는 부담에 그치지 않고, 제한된 일부 사례에서는 성능 측면의 강점으로 작용할 수 있음.
• 탈중앙 네트워크는 더 많은 데이터를 병렬로 저장하고 많은 계산을 병렬로 처리할 수 있으며, 여러 경우에 멤풀 안에서 계산을 수행할 수 있음. 일부 사례에서는 데이터와 요청의 출처 같은 메타데이터를 효과적으로 숨길 수 있어 프라이버시도 높아짐.
• 2010년대 중반 이더리움의 초기 비전은 견고성뿐 아니라 확장성을 높이기 위해서도 탈중앙화를 활용하는 것이었음. 중앙화 시스템이 참여자들에게 작업을 나눠 성능을 높일 수 있다면 탈중앙 시스템도 그래야 한다는 구상이었음.
• 당시에는 검증이라는 핵심 요소가 없어 이런 방식이 실현 가능하지 않았음. 작업을 나누면 각 작업 단위가 올바르게 수행됐는지 검증해야 하기 때문임.
• 초기 설계는 무작위로 뽑은 위원회를 활용해 문제를 해결하려 했지만, 위원회 구성이 복잡하고 비용이 많이 들며 지연 시간을 크게 늘린다는 병목에 부딪혔음. 위원회가 실패해도 이를 바로잡을 수단이 없다는 문제도 있었음.
• 현대 암호학으로 이 문제가 해결됐으며, 이를 해결하는 데 드는 오버헤드는 매달 감소 중임.
• 탈중앙화가 성능을 개선할 가능성이 있는 또 다른 영역은 지연 시간임. 이더리움 자체의 지연 시간은 서버 수준에 도달하지 못하겠지만, 이더리움 주변에 구축되는 인프라는 그럴 수 있음.
• 체인 자체는 아니면서 사용자와 체인 사이에 더 강력한 탈중앙 계층을 구축하면 체인의 근본 속성을 훼손하지 않으면서 이더리움을 매우 강력하게 만들 수 있음.

난독화와 프라이버시의 가능성

• 더 먼 미래에는 이더리움이 난독화(iO)의 부상이라는 추가 변화를 겪을 가능성이 있음.
• 궁극적인 목표는 실용적인 난독화로 프라이버시와 범용성 사이의 절충을 없애는 것임. 참여자 수가 제한되지 않고 비동기적으로 참여하는 범용 계산을 완전히 안전하고 암호화된 형태로 수행할 수 있다는 구상임.
• 약한 형태의 난독화도 암호화된 멤풀 등 여러 분야에 활용될 수 있음. 다만 이 글의 결론은 이러한 기술이 실용화되기 훨씬 전에도 적용됨.

암호학적 월드 컴퓨터

• ‘암호학적 월드 컴퓨터’는 계산과 데이터를 무차별적으로 올려 실행하는 장부에 머물던 이더리움에서 벗어나, 블록체인과 암호학적 프라이버시·검증, 강력한 탈중앙 오프체인 구성 요소를 결합하는 아키텍처로의 전환임.
• 이 설계를 완전히 구축하려면 여전히 많은 과제가 남아 있음. 영지식 증명을 충분히 효율적이고 안전하게 만드는 일은 어렵지만, 복잡성이 캡슐화되어 있으며 AI 도구를 활용한 최적화가 활발히 진행 중임.
• 더 어렵고 시스템적으로 복잡한 과제는 매우 큰 규모의 상태에 대한 접근을 관리하고 병렬화하는 일일 가능성이 큼. 이를 다룰 아이디어가 이미 다수 제시됐지만, 앞으로 어떤 애플리케이션이 실행될지 더 많이 알게 됨에 따라 특히 더 다듬어야 함.
• Strawmap을 보면 내년에 예정된 하드 포크 Hegota는 2015년의 관점에서도 알아볼 수 있는 기능과 기술을 담은 이더리움의 마지막 ‘일반적인’ 하드 포크일 가능성이 큼.
• Hegota 이후에는 재귀적 STARK, 자동화된 형식 검증, 고도로 최적화된 합의 알고리즘, 양자 내성이 핵심이 됨.
• PeerDAS를 통해 이더리움은 단순한 블록체인에서 훨씬 더 강력한 시스템으로 전환을 시작했으며, Hegota 이후에는 이 변화가 이더리움의 핵심 서사가 됨.
• 최종적으로는 이전 시대의 기술만으로는 불가능했던 훨씬 저렴하고 확장 가능하며 비공개인 고보안 계산이 목표임. 이것이 암호학적 월드 컴퓨터임.