Celestia의 모듈형 설계는 어떻게 합의와 데이터 가용성을 처리하는가?

Celestia는 확장성과 보안에 대한 혁신적인 접근 방식으로 블록체인 생태계에서 빠르게 인정을 받고 있습니다. 그 핵심 혁신은 블록체인의 다양한 기능을 독립된 구성요소로 분리하는 모듈형 아키텍처에 있으며, 이를 통해 기존 블록체인들이 직면했던 오랜 문제들에 대한 유망한 해결책을 제시합니다.

Celestia의 모듈형 아키텍처 이해하기

단일 프로토콜 계층 내에서 거래 실행, 검증, 데이터 저장이 이루어지는 단일체(모노리스) 블록체인과 달리, Celestia는 이러한 책임들을 전문화된 모듈로 나누어 처리합니다. 이러한 분리는 각 구성요소를 독립적으로 최적화할 수 있게 하여 유연성과 확장성을 높입니다.

이 아키텍처는 주로 세 가지 핵심 모듈로 구성됩니다:

• 검증자 네트워크 (Validator Network): 거래 순서에 대한 합의를 담당합니다.
• 실행 계층 (Execution Layer): 스마트 계약 처리 및 거래 실행을 담당합니다.
• 데이터 가용성 계층 (Data Availability Layer): 모든 네트워크 노드가 필요한 거래 데이터에 접근할 수 있도록 보장합니다.

이러한 모듈식 구조 덕분에 개발자들은 전체 네트워크를 방해하지 않으면서 개별 부품을 혁신하거나 업그레이드할 수 있어 빠른 개발과 안정성 유지라는 이점을 얻습니다.

Celestia는 어떻게 합의를 처리하는가?

Celestia의 핵심은 검증자 네트워크 내에서 증명(PoS; Proof-of-Stake) 기반의 합의 메커니즘을 사용하는 것입니다. 검증자는 토큰을 담보로 스테이킹하며, 이는 정직한 참여를 유도하는 인센티브 역할을 합니다. 악의적인 행동 시 스테이킹한 자산을 잃게 되기 때문입니다. PoS는 일반적으로 에너지 효율성이 뛰어나며 현대 지속 가능성 목표와도 부합하며 강력한 보안 보장을 제공합니다.

검증자 네트워크의 주요 역할은 Tendermint 또는 비잔틴 장애 허용(BFT) 알고리즘과 같은 프로토콜들을 통해 거래 순서를 결정하는 것입니다. 이 프로토콜들은 일부 참가자가 악의적이거나 예기치 않게 실패하더라도 효율적으로 블록 시퀀스에 대해 동의를 이끌어낼 수 있게 합니다. 이 과정을 거래 실행과 분리함으로써, Celestia는 스마트 계약 처리가 계산 집약적임에도 불구하고 빠르고 안전하게 합의를 유지할 수 있습니다.

데이터 가용성 별도 관리

Celestia만의 가장 두드러진 특징 중 하나는 전담 데이터 가용성 계층입니다. Bitcoin이나 Ethereum 1.x와 같은 전통적 블록체인에서는 데이터 가용성 문제가 네트워크 보안을 위협할 수 있는데, 노드들이 모든 거래 데이터를 신뢰성 있게 접근하지 못하면 체인 재조정이나 검열 공격 등에 취약해질 우려가 있기 때문입니다.

Celestia는 모든 참여 노드가 실행 과정과 별개로 완전한 거래 데이터를 접속할 수 있도록 하여 이를 해결합니다. 새 블록 제안 시에는 Validator Network의 합의를 통해 최소한 필요한 정보(예: 커밋먼트 또는 증명)를 포함시키고, 실제 트랜잭션 데이터는 별도의 Data Availability Layer에 게시됩니다.

이 분리는 여러 가지 장점을 갖습니다:

• 대량 스마트 계약 실행으로 인한 혼잡 방지
• 검증 시 필수 메타데이터만 필요하므로 높은 처리량 확보
• 무결성을 해치는 데이터를 은폐하거나 조작하려 할 때 정직 노드들이 Erasure Coding 또는 샘플링 기법 등을 통해 쉽게 감지 가능

확장성 문제 해결

Celestia의 모듈형 설계는 서로 다른 계층 및 작업 부하를 독립적으로 확장시킬 수 있어 기존 블록체인의 확장성 문제를 직접 해결합니다. 예를 들어,

• 검증자 네트워크는 복잡한 스마트 계약 계산 없이 높은 빈도로 투표 가능
• Data Availability Layer 는 롤업이나 사이드체인 등에 필요한 대규모 데이터를 신속히 배포

하지만 이러한 구조에는 각 모듈 간 통신 관련 새로운 복잡성이 따르며, 원활한 동기화를 위해서는 주문된 트랜잭션뿐 아니라 관련 데이터 세트를 적시에 제공받아야 하는 도전 과제도 존재합니다.

최근 발전 방향은 SNARKs/STARKs와 같은 암호학적 증명 및 향상된 샘플링 기법들을 활용하여 큰 규모 데이터를 효율적으로 검증하면서도 모든 노드가 직접 다운로드하지 않아도 되는 방법들을 연구하고 있습니다—이는 Celestia 인프라와 결합된 Rollup 솔루션들의 확장성을 높이는 중요한 요소입니다.

보안 고려사항

확장이 크게 향상되면서 동시에 특정 보안상의 고려사항들도 발생했습니다:

1. 검증자의 인센티브: 검증자는 주문만 담당하고 실제 트랜잭션 수행은 하지 않기 때문에(복잡 로직 포함), 각 모듈 간 올바른 작동 의존도가 높아집니다.
2. 데이터 무결성: 모든 노드가 일관된 뷰를 갖추려면 강력한 암호학적 증명이 필요하며 그렇지 않으면 정보 은폐 또는 조작 시도가 발생할 위험 존재
3. 모듈 간 공격: 인터페이스 상에서 잠재적인 취약점 존재; 지속적인 감사와 암호학적 보호 조치 중요

Celestia 는 스테이킹 인센티브와 BFT 알고리즘 기반 주문 확인뿐 아니라 Erasure Coding 등 암호 기술 활용으로 이러한 위험들을 완화하려 노력하고 있습니다.

최근 성과 및 미래 전망

2023년 중반 Validator 네트워크 출범 이후 연이어 Data Availability 솔루션 도입까지 진행되면서 Celestia 는 확장 가능한 롤업 기반 애플리케이션 및 사이드체인을 구축하는 개발자들 사이에서 점차 채택률이 증가하고 있습니다. 커뮤니티 중심 개발 모델은 지연 시간 감소와 함께 양질 수준 높은 보안을 유지하기 위한 개선 작업들이 계속되고 있으며,

향후 2024~2025년에는 영 지식 증명(zero knowledge proofs)과 샘플링 기법 결합 등을 통한 통신 효율 향상이 기대되어 더 높은 처리량 확보하면서 탈중앙화 원칙 역시 훼손되지 않는 방향으로 발전될 전망입니다—이는 보다 안전하면서도 확장 가능한 블록체인 생태계를 위한 산업 전반 흐름에도 부합하는 목표입니다.

셀레스타(Celesta)가 합의 & 데이터 가용성을 관리하는 방법 핵심 요약

요약하자면,

• PoS 검증자 네트워크 기반 합위(컨센서스)와 별개로 설계된 구조 덕분에 단일 체(chain)에 비해 훨씬 뛰어난 확장이 가능하다.
• 암호학은 개별 컴포넌트를 보호함은 물론 층간 신뢰 없는 검증(trustless verification)을 실현한다.
• 지속적인 기술 혁신들은 레이어 간 지연 시간을 줄이고 오늘날 사용자 요구 사항 충족이라는 목표 아래 고도의 탈중앙화/보안 기준 유지를 추구한다.

셀레스타(Modular Framework)의 내부 작동 원리를 이해함으로써 BFT 프로토콜 통한 정직 참여 유도; Dataset 무결성을 위한 암호 기술 활용; 오픈소스 커뮤니티 참여 통한 투명성과 신뢰 구축 등 다양한 요소들이 결합되어 미래에는 더욱 안전하고 확장 가능한 분산 애플리케이션 환경 구축 가능성이 기대됩니다.