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Sidechain과 partner chain의 기원
최초의 sidechain 연구는 확장성의 토대를 마련했으며, 이후 Cardano 같은 성숙한 네트워크가 첫 번째 partner chain인 Midnight와 상호작용하는 partner chain 프레임워크로 발전했습니다.
확장성의 진화
Midnight는 Input | Output(IOG)의 오랜 연구 개발 성과 위에 구축되었습니다. 이 여정은 2019년 학술 논문 Proof-of-Stake Sidechains에서 시작되었으며, 안전한 프라이빗 연산을 퍼블릭 정산 레이어에 연결하는 partner chain 프레임워크의 발전으로 이어졌습니다.
Cardano의 첫 번째 partner chain인 Midnight는 기존의 고도로 탈중앙화되고 성숙한 네트워크로부터 보안을 상속받습니다. 덕분에 개발자는 처음부터 견고한 인프라를 구축하지 않고도 Midnight의 프로그래머블 프라이버시와 같은 혁신적인 기능을 실험할 수 있습니다.
Sidechain이란?
Sidechain은 메인 체인과 병렬로 실행되며 메인 체인에 의존하는 별도의 블록체인입니다. 기본 체인 의 안정성이나 속도에 영향을 주지 않으면서 커스텀 규칙, 다른 언어, 기타 성능이나 보안 기능을 구현할 수 있는 특화된 서브시스템 역할을 합니다.
Sidechain의 핵심 목표는 블록체인 확장성과 새로운 기능 구현이며, 메인 체인과의 상호운용성 덕분에 실제로 활용할 수 있습니다. Sidechain 시스템에는 일반적으로 메인 체인과 sidechain이라는 두 체인이 브릿지로 연결되어 있습니다. 브릿지를 통해 체인 간 자산을 전송하고, 서로 다른 체인의 스마트 컨트랙트가 상호작용할 수 있습니다.
Sidechain의 핵심 특징 중 하나는 이질적(heterogeneous)이라는 점입니다. 네트워크의 원장이 서로 복제본일 필요가 없으며, 설계와 운영 방식이 크게 다를 수 있습니다:
- 서로 다른 참여자: 별도의 검증자 또는 채굴자 집합이 운영합니다.
- 다양한 합의 메커니즘: 한 체인은 Proof-of-Work(PoW)를, 다른 체인은 Proof-of-Stake(PoS)를 사용하거나, 기타 합의 메커니즘을 사용할 수 있습니다.
- 서로 다른 보안 가정: 해싱 파워의 다수, 스테이크의 다수, 또는 단일 신뢰 운영자(예: 프라이빗 은행 원장) 등에 보안이 의존할 수 있습니다.
크로스 체인 트랜잭션 검증 방법
브릿지로 연결된 두 원장 A와 B로 구성된 시스템을 생각해 보겠습니다. 일관성을 유지하려면 원장 B의 관리자가 원장 A에서 들어오는 전송이 정당한지 검증해야 합니다. 원장 B의 관리자는 원장 A의 기록에 직접 접근할 수 없으므로, 다음과 같은 검증 패턴을 사용합니다:
- 직접 관찰: 원장 B의 노드가 원장 A의 풀 노드(전체 또는 라이트 클라이언트)를 실행합니다. 모든 데이터에 접근할 수 있지만 하드웨어 요구 사항이 큽니다.
- 인증서 기반:
- 낙관적(Optimistic): 사기 증명이 제출되지 않는 한 트랜잭션이 유효하다고 가정합니다.
- 전체 인구 서명: 원장 A의 모든 관리자가 협력하여 체인 상태에 대한 스테이크 기반 임계값 멀티시그(Mithril 같은)를 생성합니다.
- 소규모 위원회 서명: 전체 인구를 충실히 대표하도록 영리하게 선발된 위원회가 서명합니다.
인증서 기반 방식은 SNARK를 추가로 활용하여 효율성을 높일 수 있습니다.
보안과 방화벽 속성
이렇게 상호 연결된 원장 시스템에서는 어떤 보안을 기대할 수 있을까요?
생태계 내 각 원장에는 고유한 보안 가정(예: 스테이크의 정직한 다수)이 있으며, 이 가정이 충족되거나 위반될 수 있습니다. 보안 가정은 단조(monotone)적으로 간주되어, 한 원장의 기반 가정이 깨지면 해당 원장은 실패 상태로 분류됩니다. 이 모델에서 보안은 복구할 수 없으며, 위반이 발생하면 해당 원장의 원래 보장은 더 이상 신뢰할 수 없습니다.
생태계를 보호하기 위해 PoS Sidechains 논문은 전체 시스템에 대한 두 가지 핵심 요구사항을 정의합니다:
개별 보안
각 원장의 고유한 보안 가정이 충족되는 한 다음 표준 기능을 보장해야 합니다:
- 안전성(Safety): 확정된 트랜잭션은 영원히 확정 상태를 유지합니다.
- 활성(Liveness): 유효한 트랜잭션은 결국 확정됩니다.
방화벽 속성
방화벽 속성은 한 원장의 실패가 연결된 다른 원장의 보안을 위협하지 않도록 하는 것이 목표입니다. Midnight 설계에서 핵심적인 개념입니다.
Sidechain A가 침해되더라도, Cardano 메인넷이나 Sidechain B의 사용자는 자산이나 합의 무결성이 위험에 처하지 않아야 합니다. 실패한 원장의 위험은 해당 원장 내에 격리되어야 합니다.
기술적으로 이 조건은 다음을 요구합니다: 어떤 원장이 실패하여 트랜잭션 목록이 영구적으로 손실되더라도, 나머지 원장의 보안이 유지되고 운영 중인 모든 원장의 내용과 일관되는 "설명 가능한" 트랜잭션 목록이 존재해야 하며, 이들이 합쳐져 전체 시스템의 유효한 상태를 이루어야 합니다.
이 연구가 Midnight에 중요한 이유
Midnight는 바로 이 원칙 위에 구축되었습니다. Cardano의 첫 번째 partner chain으로서, 이 연구 논문에서 정의한 프레임워크 덕분에 Midnight가 특화된 'shielded' 트랜잭션과 데이터 보호를 제공하면서도 Cardano 메인 체인은 방화벽으로 보호되어 전체 생태계의 견고함을 유지합니다.
더 알아보기
Sidechain 간의 다양한 상호작용 방식, merged staking을 통한 상호 지원, 그리고 위에서 다룬 방화벽 속성의 상세 논리는 연구 논문 Proof-of-Stake Sidechains에서 확인하세요.