블록체인 확장성이란 무엇입니까? 네트워크에 속도 문제가 있는 이유는 무엇입니까?

블록체인 확장성의 정의

1. 블록체인 확장성은 속도, 보안 또는 분산화를 손상시키지 않고 증가하는 거래량을 처리할 수 있는 분산 원장 시스템의 용량을 의미합니다.

2. 주로 TPS(초당 트랜잭션) 속도, 블록 확인 시간, 최대 네트워크 부하 시 대기 시간을 통해 측정됩니다.

3. 확장 가능한 블록체인은 사용자 수, 스마트 계약 배포 및 온체인 자산 전송이 기하급수적으로 증가하는 경우에도 일관된 성능을 유지합니다.

4. 하드웨어 업그레이드를 통해 수직적으로 확장되는 중앙 집중식 데이터베이스와 달리 블록체인 네트워크는 합의 메커니즘 및 복제 요구 사항에 뿌리를 둔 아키텍처 제약에 직면해 있습니다.

5. 이 용어는 원시 처리량만을 의미하는 것이 아닙니다. 여기에는 리소스 효율성, 피어 노드 전체의 대역폭 활용도, 스팸 또는 서비스 거부 시도에 대한 복원력이 포함됩니다.

네트워크 속도 제한의 근본 원인

1. 작업 증명(PoW)과 같은 합의 프로토콜은 집중적인 계산 검증을 요구하므로 블록이 마무리되고 전 세계적으로 전파되기 전에 지연이 발생합니다.

2. 모든 풀 노드는 모든 트랜잭션을 다운로드, 검증 및 저장해야 하므로 대역폭이나 디스크 I/O가 포화되면 병목 현상이 발생합니다.

3. SegWit 이전의 Bitcoin의 1MB 제한과 같은 고정 블록 크기 제한은 각 블록에 맞는 트랜잭션 수를 제한하여 TPS를 직접 제한합니다.

4. 지리적 분포에 따라 전파 지연이 증가합니다. 도쿄에서 채굴된 블록은 모든 유럽 및 북미 피어에 도달하는 데 3초 이상이 걸릴 수 있습니다.

5. 트랜잭션 제출이 검증 용량을 초과하면 메모리 풀 정체가 발생하여 사용자는 포함 우선순위에 대해 더 높은 수수료를 입찰해야 합니다.

네트워크 토폴로지의 역할

1. P2P 메시 네트워크에는 계층적 라우팅이 부족하여 메시지 릴레이가 중복되고 브로드캐스트 패턴이 비효율적입니다.

2. 비대칭 인터넷 인프라는 일부 노드가 낮은 대역폭 연결에서 작동하여 전체 동기화 속도가 느려진다는 것을 의미합니다.

3. 노드 이탈(잦은 가입 및 탈퇴)은 안정적인 이웃 목록을 방해하고 반복적인 토폴로지 검색 주기를 트리거합니다.

4. 가십 프로토콜의 비효율성은 중복된 트랜잭션 플러딩을 유발하여 합의를 진행하지 않고 대역폭을 소비합니다.

5. IPv4 주소 고갈 및 NAT 통과 문제는 직접 노드 연결을 방해하고 지연 시간을 추가하는 중개자를 통해 트래픽을 푸시합니다.

스마트 계약 실행의 영향

1. Ethereum의 EVM과 같은 Turing-complete 실행 환경에는 수천 개의 노드에 대한 결정론적 계산이 필요하므로 작업당 처리 시간이 배가됩니다.

2. 가스 계량은 실행 비용이 가변적이므로 수요가 많은 기간에는 거래 시기를 예측할 수 없게 됩니다.

3. 영구 스토리지 쓰기로 인한 상태 팽창은 시간이 지남에 따라 누적되어 상태 검증을 위한 디스크 읽기 대기 시간이 늘어납니다.

4. 계약 호출 깊이와 계약 간 호출은 계단식 검증 체인을 트리거하여 계산 오버헤드를 증폭시킵니다.

5. 최적화되지 않은 바이트코드 또는 재귀적 논리는 유효성 검사기를 지연시켜 블록 생성이 정기적으로 유지되더라도 최종성을 지연시킬 수 있습니다.

일반적인 질문과 답변

Q: 블록 크기를 늘리면 항상 확장성이 향상됩니까? 반드시 그런 것은 아닙니다. 블록이 클수록 라이트 클라이언트와 전체 노드에 대한 대역폭 수요가 증가하여 잠재적으로 고속 인프라를 갖춘 노드에만 검증을 중앙 집중화할 수 있습니다.

Q: 샤딩으로 모든 속도 병목 현상을 제거할 수 있습니까? 아니요. 샤딩은 상태와 계산을 분할하는 반면, 샤드 간 통신은 조정 지연과 복잡한 원자성을 보장합니다.

Q: 레이어 2 솔루션이 여전히 기본 레이어에 의존하는 이유는 무엇입니까? 레이어 2 롤업은 최종 해결, 분쟁 해결 및 데이터 가용성 보장을 위해 메인넷을 사용하여 온체인에 암호화 증명 또는 거래 배치를 게시합니다.

Q: 거래 최종성은 모든 블록체인에서 동일합니까? 아니요. Bitcoin은 6번의 확인 후에 확률적 최종성을 달성하는 반면, Tendermint 기반 체인은 비잔틴 내결함성 합의를 통해 즉각적인 최종성을 보장하지만 더 엄격한 검증인 가정을 희생합니다.