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by Writing Tree Aug 12. 2022

레이어란 무엇인가?

라이트닝 네트워크를 주 사례로 레이어를 이해해보자

Disclaimer: 이 글은 크립토 입문자를 위한 해외 사이트 LearnCrypto의 아티클 <Crypto Basics: Building on top of Bitcoin>을 번역한 글입니다. 대부분의 정보의 출처는 해당 아티클에 있으며, 이해를 돕기 위해 약간의 정보가 추가되거나 생략되었을 수 있습니다. 또한, 이 글은 투자 추천이나 보증 글이 아닙니다. 모든 투자판단은 본인의 책임 하에 있습니다.

여태까지 [크립토101]를 잘 따라오고 있다면 비트코인이 건전 화폐의 요건들을 가지고 있음에도 불구하고 화폐로서 널리 사용되지 못하는지 이해하고 있을 것이다. 우리가 매일 사용하는 비자카드 등의 중앙화 된 결제 시스템보다 현저히 느리고 불편하기 때문이다. 그러나 아쉽지만 비트코인 스스로는 이 문제를 해결할 수 없다.

앞선 글들에서 소개한 트릴레마를 생각해보자. 명목 화폐는 보안성과 확장성을 얻은 대신 탈중앙성을 포기하여 신뢰와 책임의 문제를 야기했다. 반면 비트코인은 보안성과 탈중앙화를 선택하며 확장성이라는 대가를 지불했다. 계속해서 이야기하듯 비트코인의 속도는 5 TPS 정도인 반면 비자(VISA)의 속도는 수천 TPS에 달한다.

레이어 2(Layer 2)라는 용어는 확장성 문제 해결을 위해 비트코인 블록체인의 기능성을 담당하는 무언가를 만드는 것을 의미한다. 가장 유명한 비트코인의 레이어 2로는 라이트닝 네트워크(Lightning Network; LN)가 존재한다. 라이트닝 네트워크는 빠른 결제에 초점을 둔 레이어 2로 비자와 같은 중앙화 결제 시스템과 경쟁하기 위해 만들어졌다.

레이어 나누기

블록체인 레이어 1 vs. 레이어 2 (출처: Blockchain 101)

레이어 2의 개념은 비트코인과 같이 기반이 되는 블록체인, 즉 레이어 1(Layer 1)과 상호작용할 수 있는 프로토콜이나 2차 인프라(예: 라이트닝 네트워크)를 만드는 것이다. 그러나 기반이 되는 레이어 1 체인의 확장성 문제에 영향을 받지 않는다. 이게 온체인(on-chain, 레이어 1)과 오프체인(off-chain, 레이어 2)의 차이가 생기는 지점이다.

온체인 트랜잭션은 온전히 해당 블록체인의 합의 메커니즘에 의해 처리되고 공개적으로 체인에 기록된다. 예를 들어, 비트코인은 작업증명방식(Proof-of-Work, PoW)을 사용하고 트랜잭션이 승인되기까지 약 10분의 시간이 걸린다. 게다가 완결성을 가지기까지 6개의 블록이 생성되어야 하기 때문에 결제에 대략 60분의 시간이 걸린다. 당연히 비자 등 다른 결제 시스템과 속도에서 비교가 될 수 없다.

반면 오프체인 트랜잭션은 블록체인 네트워크와 합의 메커니즘의 영향을 받지 않고 처리된다. 대신 추후 네트워크에 거래 내역이 한꺼번에 올라간다.

레이어 2의 매력은 메인 체인의 변화 없이 확장성 문제를 해결할 수 있다는 것이다. 따라서 보안성이나 탈중앙성을 포기할 필요가 없다.

라이트닝 네트워크: 채널과 청구서

비트코인을 빠르게 전송하라! (출처: BTCC)

라이트닝 네트워크를 통해 레이어 2를 살펴보도록 하자. 라이트닝 네트워크는 레이어 2 비트코인 서비스의 대표적인 예시이다. 2015년 Joseph Poon과 Thaddeus Dryja라는 저자가 쓴 논문에서 처음으로 제안된 오프체인이다.

이 기술은 마이크로페이먼트 채널(micropayment channels)을 통해 거래를 더 효율적으로 처리하여 비트코인 블록체인의 가능성을 확장시킨다.

마이크로페이먼트 채널은 거래를 하고자 하는 두 사용자 사이에 열린다. 오프체인으로 열리며 합의 메커니즘의 영향을 받지 않고, 온체인보다 효율적으로 거래를 처리할 수 있다. 거래에 참여한 두 사용자가 모두 채널을 닫게 되면 그때 거래가 체인에 기록된다. 즉, 채널을 닫는다는 의미는 거래가 정당하다는 것을 받아들이는 것이라고 볼 수 있다.

동네 마트의 포인트권을 생각하면 이해가 빠를 것이다. 동네 마트에서 5만 원짜리 상품권을 받았다고 가정해보자. 당신이 마트에서 5만 원어치의 상품을 샀다는 것을 당신과 마트가 서로 확인하게 되면 상품권을 내고 서로 거래가 성사되었다는 합의에 이르게 된다.

라이트닝 네트워크에서는 지불 채널이 다중 서명 주소(Multi-signature adresses)를 통해 열리게 된다. 거래에 참여하는 두 사용자는 여기에 자신들의 자금을 예금할 수 있다. 다중 서명(Multi-signature)란 예금된 자금을 풀기 위해서 두 개 이상의 서명이 필요하다는 뜻이다. 거래에 참여하는 한 사용자가 임의로 자금을 가져가는 것을 방지하기 위한 방어장치이다.

자금이 예금되고, 채널이 열리고, 두 사용자 간의 재무상태표(balance sheet)가 업데이트되면 모든 거래가 완료된다. 그리고 드디어 거래가 메인 체인, 즉 비트코인 네트워크에 올라가게 된다. 업데이트된 재무상태표는 거래에 참여한 두 사용자의 새로운 잔고를 포함하게 되는데, 이때 업데이트는 청구서(Invoice)의 형태로 생성된다. 청구서는 라이트닝 네트워크를 통한 지불 요청이다. 우리가 흔히 보는 청구서처럼 라이트닝 청구서는 아래와 같은 안내 내용을 포함하고 있다.

지불 금액

해당 청구서가 어떤 블록체인에 적용되는지

유효 기간

수령인의 퍼블릭 키

보통 라이트닝 청구서는 비트코인 형식의 주소 대신 QR코드로 생성된다. 물론 비트코인 형식처럼 알파벳과 숫자의 배열로 된 형식으로 존재하기도 하지만, 사용자 경험을 위해 주로 QR코드가 사용된다.

라이트닝 네트워크 예시

스타벅스 카페 라떼 (출처: Starbucks)

라이트닝 네트워크를 간단한 예시로 살펴보자. 오늘도 늘 나오는 카페 예시다. 당신이 스타벅스에서 커피를 한 잔 사고 싶은 상황이라고 가정해보자. 당신은 스타벅스와 당신을 위한 지불 채널을 열고 재무상태표를 만들기 위해 BTC을 예금한다. 그럼 스타벅스는 청구서를 발행하고 당신이 라이트닝 지갑을 통해 커피값을 지불할 수 있도록 QR코드를 생성한다. 지불이 완료되면 당신과 스타벅스의 재무상태표는 업데이트가 되고 당신이 사는 커피의 가격만큼 당신의 BTC가 잔고에서 빠져나간다. 그리고 이 BTC는 스타벅스의 잔고로 넘어가게 된다. 각자의 잔고를 확인 후 당신과 스타벅스는 각자가 가지고 있는 고유의 시그니쳐 키를 사용해 서명한다. 이렇게 나열하면 굉장히 복잡한 절차로 보이지만 사실 이 모든 것은 동시에 진행된다. 따라서 온체인의 속도 문제를 해결할 수 있다.

지불 채널을 닫고 해당 자금, 즉 BTC를 인출하기 위해서는 당신 혹은 스타벅스 둘 중 한쪽이 가장 최근의 재무상태표를 비트코인 메인 체인에 등록하여 비트코인의 합의 메커니즘으로부터 검증을 받으면 된다.

이처럼 라이트닝 네트워크는 비트코인 블록체인이 처리할 거래의 양을 줄이는 역할을 한다. 수천, 수만 개의 거래가 마이크로페이먼트 채널에서 일어나더라도 비트코인 블록체인 단 두 가지만 승인하면 된다. 마이크로페이먼트 채널, 즉 재무상태표의 오프닝과 클로징이다.

라이트닝 네트워크의 구조는 개인 사용자들을 마이크로페이먼트 채널로 가장 효율적이게 연결해주기 위해 설계되었다. A라는 사람이 B를 알고, B라는 사람이 C를 안다고 가정해보자. 그럼 B가 허브 혹은 연결고리가 되어 A와 C의 거래를 성사시킬 수 있다. 따라서 거래를 하고자 하는 모든 사람과 지불 채널을 열 필요가 없다. 이는 단순히 더 빠른 거래뿐 아니라 훨씬 낮은 거래 수수료를 의미한다. 비트코인의 합의 메커니즘을 통해 처리되는 거래량이 훨씬 적기 때문에 수수료가 낮아지기 때문이다.

이제 남은 숙제는 라이트닝 네트워크가 확장되고 암호화폐 지갑의 사용자 경험을 개선하는 것이다. 만약 우리가 원하는 수준까지 네트워크가 확장되고 지갑 사용이 편리해지면, 정말 스타벅스에서 비트코인 결제가 가능한 날이 올 수도 있다.

라이트닝 네트워크는 비트코인의 킬러앱(Killer Application)인가?

거래를 온체인이 아닌 지불 채널에서 가능케 하면서 라이트닝 네트워크는 비트코인이 확장성 문제 해결에 관한 실마리를 제공했다. 이는 명목 화폐가 금을 위해 한 역할에 빗대어 비유할 수 있다. 원래 종이 화폐는 금의 가치를 사용하기 편하게 확장하기 위한 도구였기 때문이다. 라이트닝 네트워크도 마찬가지로 비트코인을 확장하기 위한 도구다. 종이 화폐가 결국 화폐로서 금을 대체했다는 점에서 라이트닝 네트워크가 비트코인을 대체할 수 있는지도 지켜볼만한 대목이다.

그렇다면 라이트닝 네트워크의 단점은 무엇일까? 그리고 블록체인의 확장성 문제를 해결하기 위한 다른 시도들은 무엇이 있을까?

라이트닝은 아직도 온체인 거래의 매우 적은 양만 처리하고 있다. 라이트닝을 지원하는 지갑의 수가 늘어나는 만큼 노드도 늘어나고 있지만 아직도 채널과 청구서와 관련한 사용자 경험을 개선하기 위해 많은 노력이 필요하다.

또 하나의 문제는 라이트닝의 일부 허브들의 영향력이 너무 강해지고 있다는 것이다. 허브는 네트워크 거래 대부분을 처리할 수 있을 정도로 매우 많은 자본을 가지고 있다. 이는 네트워크의 안정성을 위협할 수 있고 시스템의 중앙화를 야기할 수도 있다.

블록체인 기술을 확장하기 위한 노력은 이더리움에서도 일어나고 있다. 이더리움 2.0이라는 대규모 업데이트를 준비하고 있는 이더리움은 합의 메커니즘의 변경과 샤딩(Sharding)이라는 기술 적용을 예정하고 있다. 이더리움의 대규모 업데이트를 알아보기 전, 다음 글에서 이더리움이 무엇인지 간단하게 알아보도록 하자.