블록체인 샤딩 작동 방식: 병렬화, 처리량 및 설계 절충(2026)

의도 확인: 이 페이지는 하나의 확장성 아키텍처로서의 샤딩에 관한 것입니다. 보안, 분산화, 확장성 절충의 더 넓은 프레임워크를 원한다면 다음을 읽어보세요. 블록체인 확장성 장단점.

단일 고속도로에 차선이 하나만 있는 경우 아무리 교묘한 신호등으로도 고속도로를 고속도로로 바꿀 수 없습니다. 이는 본질적으로 대부분의 초기 블록체인이 채택되는 순간 직면하게 되는 문제입니다. 모든 풀 노드는 모든 트랜잭션을 처리하고 모든 상태를 저장하며 모든 블록을 확인해야 합니다. 그 결과는 혼잡, 치솟는 수수료, 그리고 분산화와 확장성이 반대 방향으로 가고 있다는 고통스러운 깨달음입니다. 샤딩은 업계가 계속해서 주목하고 있는 아키텍처 솔루션이며, 2026년에는 그 어느 때보다 관련성이 높아졌습니다.

이 가이드는 샤딩에 대한 암호화폐 관련 설명입니다. 데이터베이스 대화를 기대하면서 "샤딩이란 무엇인가"를 검색했다면 올바른 위치에 있지만 반전이 있습니다. 내부에 있는 샤딩을 다루겠습니다. 블록체인 네트워크: 노드가 위원회로 분할되는 방법, 트랜잭션이 병렬 체인을 통해 라우팅되는 방법, 상태가 분할되는 방법, 적대적인 조건에서 전체 혼란이 안전하게 유지되는 방법. 데이터베이스 샤딩이 이름에 영감을 주었지만 블록체인 샤딩은 Sybil 저항, 포크 선택, 샤드 간 원자성과 같이 SQL 클러스터가 직면한 문제를 해결해야 합니다.

이 기사를 마치면 샤딩의 세 가지 핵심 특징, Ethereum이 실행 샤딩에서 데이터 샤딩으로 조용히 전환한 이유, NEAR, TON, Polkadot, Zilliqa 및 MultiversX와 같은 네트워크가 이를 프로덕션에서 구현하는 방법, 롤업 및 샤딩이 모듈식 스택에서 상호 작용하는 방식, 다음 주기까지 해결되지 않은 채 남아 있는 문제를 이해하게 됩니다. 이 글은 슬로건이 아닌 실체를 원하는 개발자와 고급 사용자를 위해 작성된 장문의 글입니다.

블록체인의 샤딩이란 무엇입니까?

샤딩은 분산 데이터베이스에서 차용하여 블록체인 합의에 적용한 수평 분할 기술입니다. 모든 노드에게 하나의 글로벌 체인에 걸쳐 모든 거래를 검증하도록 요청하는 대신, 네트워크는 샤드라고 불리는 더 작은 그룹으로 분할됩니다. 각각 shard 자체 트랜잭션 하위 집합을 처리하고, 자체 상태 부분을 유지하며, 다른 블록과 병렬로 자체 블록을 생성합니다. 종종 비콘 체인 또는 릴레이 체인이라고 불리는 조정 계층은 모든 것을 하나로 연결하고 샤드의 글로벌 순서 및 최종성에 대한 합의를 유지합니다.

암호화폐 관련 트위스트가 중요합니다. 데이터베이스에서는 운영자를 신뢰하며 유일한 적은 하드웨어 오류입니다. 퍼블릭 블록체인에서는 운영자가 존재하지 않으며 적은 재정적 동기를 지닌 공격자입니다. 따라서 블록체인 샤드는 단순히 "이 파티션을 보유하는 노드"일 수 없습니다. 무작위로 할당되고 주기적으로 순환되어야 합니다. validator subset 부패를 경제적으로 비합리적으로 만들 수 있을 만큼 충분한 집단적 이해관계가 있습니다. 무작위 위원회 할당은 데이터베이스 샤딩을 무허가 네트워크에 배포할 수 있는 안전한 것으로 바꾸는 비밀 소스입니다.

샤딩된 블록체인을 보안 예산을 공유하는 미니 체인의 연합으로 생각할 수 있습니다. 모든 샤드는 무작위 샘플링과 암호화 증명을 통해 전체 유효성 검사기 세트의 보안을 상속받으며 작업 부하의 일부만 처리합니다. 이는 적어도 이론적으로는 전체 네트워크 처리량이 샤드 수에 따라 대략 선형적으로 증가하도록 하는 트릭입니다. 실제로 이 가이드의 나머지 부분에서 설명할 교차 샤드 메시징, 데이터 가용성 및 유효성 검사기 로드와 관련된 주의 사항이 있습니다.

블록체인에 확장이 필요한 이유

샤딩 메커니즘에 대해 알아보기 전에 업계가 확장성에 집착하는 이유를 알아보는 것이 좋습니다. 비트코인은 초당 약 7개의 거래를 처리합니다. 이더리움 메인넷은 거래 복잡성에 따라 대략 15~30TPS에 달합니다. 비교를 위해 Visa는 평상시에는 초당 수만 건을 처리하며 쇼핑 휴일에는 최고치를 훨씬 더 높입니다. 암호화폐가 소셜 네트워크, 게임 경제 및 고주파 거래를 호스팅하고 싶다면 그 숫자는 시작이 아닙니다.

병목 현상은 대역폭이 아니라 모든 전체 노드가 모든 트랜잭션을 독립적으로 확인해야 하는 요구 사항입니다. 이러한 요구 사항은 블록체인에 신뢰가 최소화된 속성을 제공하는 것입니다. 직접 노드를 실행하고 전체 내역을 확인할 수 있기 때문에 채굴자, 검증자 또는 다른 사용자를 신뢰할 필요가 없습니다. 그러나 이와 동일한 속성은 가장 느린 합리적인 소비자 하드웨어의 속도로 처리량을 제한합니다. 블록 크기나 블록 시간을 너무 세게 밀면 검증자를 네트워크에서 밀어내게 되고, 체인을 자금이 풍부한 소규모 운영자 집합으로 중앙 집중화하게 됩니다.

이것은 Vitalik Buterin이 표현한 유명한 블록체인 트릴레마입니다. 분산화, 보안, 확장성 중 두 가지를 선택하세요. 샤딩은 노드 수를 줄이지 않고 노드당 작업 부하를 줄여 트릴레마를 깨기 위한 가장 직접적인 아키텍처 시도입니다. 다음과 같은 다른 접근법 레이어 2 롤업 실행을 오프체인으로 이동하여 다른 각도에서 동일한 문제를 공격합니다. 두 가지 전략은 상호 배타적이지 않고 보완적이며, 2026년에는 함께 사용하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났습니다.

혼잡은 추상적인 문제가 아닙니다. 2021년 NFT 붐과 2024년 비문 열풍 동안 이더리움 가스 요금은 정기적으로 200gwei를 초과하여 단일 스왑 비용이 100달러가 넘었습니다. 솔라나는 트랜잭션 폭주로 리더 노드가 압도되면서 반복적인 중단을 겪었습니다. 일상적인 광란 중에 비트코인 ​​멤풀 백로그로 인해 거래당 수수료가 50달러를 넘었습니다. 채택의 모든 물결은 기본 아키텍처에 대한 스트레스 테스트를 수행하며 이를 가장 잘 처리한 체인은 샤딩과 유사한 디자인이나 공격적인 레이어 2 생태계를 갖추고 있었습니다.

샤딩 작동 방식: 핵심 아이디어

가장 기본적인 수준에서 샤딩은 세 가지 작업을 병렬로 수행합니다. 검증인 세트를 위원회로 나누고, 거래 부하를 해당 위원회에 나누고, 글로벌 상태를 분할하여 각 위원회가 그 중 일부만 보유하면 됩니다. 이러한 각 분할은 독립적으로 구현될 수 있으므로 완전한 샤딩 체인이 세 가지를 모두 결합하더라도 네트워크 샤딩, 트랜잭션 샤딩 및 상태 샤딩을 별도의 개념으로 듣게 됩니다.

조정 문제는 블록체인 샤딩을 어렵게 만드는 요인입니다. 샤딩되지 않은 체인에서는 전역 상태가 고정된 방식으로 전환됩니다. 모든 블록은 터치된 모든 계정을 업데이트하고 모든 노드에는 동일한 보기가 표시됩니다. 샤드 체인에서 샤드 A는 두 계정 간에 토큰을 전송하는 동시에 샤드 B는 해당 계정에 의존하는 스마트 계약을 업데이트할 수 있습니다. 신중하게 설계하지 않으면 상태가 일관되지 않거나 이중 지출이 발생하거나 중단됩니다. cross-shard 거래. 대부분의 현대 디자인은 이 문제를 다음과 같이 해결합니다. beacon chain 샤드 블록 헤더의 표준 순서를 생성하고 샤드가 서로의 최종 상태를 참조할 수 있게 해주는 메시징 프로토콜을 생성합니다.

위의 다이어그램은 핵심 차이점을 시각적으로 보여줍니다. 왼쪽에서는 모든 노드가 전체 부담을 짊어지므로 노드를 추가하면 용량이 아닌 중복성만 추가됩니다. 오른쪽에는 작업이 분할되어 있으므로 샤드를 추가하면 용량이 효과적으로 추가되고 비콘 체인은 모든 작업을 일관되게 유지하는 전역 일관성을 제공합니다. 작업을 분할하고 상태를 조정하는 정확한 메커니즘은 샤딩된 프로토콜마다 다릅니다.

세 가지 유형의 샤딩

샤딩은 하나의 기술이 아니라 종종 결합되는 세 가지 관련 기술의 계열입니다. 일부 체인은 스스로를 "샤딩"이라고 부르면서 세 가지 중 하나만 구현하고 보안 및 확장성에 미치는 영향이 크게 다르기 때문에 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.

네트워크 샤딩

네트워크 샤딩은 가장 기본적인 특징입니다. 검증인 세트는 무작위 셔플링 프로세스를 통해 위원회로 나누어지며, 종종 비콘 체인의 검증 가능한 무작위 함수 또는 VRF에 의해 구동됩니다. 각 위원회는 정의된 시대에 대해 하나의 샤드의 합의와 블록 생산을 담당하며, 그 후 할당이 재편성됩니다. 이러한 순환은 공격자가 특정 샤드의 검증자에게 뇌물을 주거나 타협하는 것을 경제적으로 불가능하게 만들기 때문에 보안에 매우 중요합니다. 왜냐하면 어떤 샤드에 착륙할지 미리 알 수 없기 때문입니다.

네트워크 샤딩 자체는 모든 노드가 여전히 모든 샤드의 출력을 확인해야 할 수 있으므로 처리량을 크게 증가시키지 않습니다. 실제 가치는 다른 두 샤딩 유형이 의존하는 보안 기본 요소를 설정하는 데 있습니다. 무작위 위원회 할당이 없으면 트랜잭션 및 상태 샤딩이 특정 파티션에 대한 표적 공격에 널리 노출될 것입니다.

트랜잭션 샤딩

트랜잭션 샤딩은 개별 트랜잭션을 특정 샤드로 라우팅합니다. 라우팅 키는 보낸 사람의 주소, 대상 계약 또는 거래 자체의 해시일 수 있습니다. 트랜잭션 샤딩의 초기 프로덕션 배포 중 하나인 Zilliqa는 보낸 사람 주소를 기준으로 트랜잭션을 분할합니다. 각 샤드는 하위 집합을 병렬로 처리한 다음 글로벌 블록이 조립되는 최종 합의 단계에 결과를 제출합니다.

트랜잭션 샤딩만으로는 모든 노드가 여전히 전체 상태를 저장해야 한다는 문제가 있습니다. 따라서 병렬 실행을 수행하는 동안 상태 샤딩으로 인한 스토리지 감소는 얻지 못합니다. 이더리움의 초기 로드맵 문서에서는 이를 "실행 샤딩"이라고 부르기도 합니다.

상태 샤딩

상태 샤딩은 가장 큰 부담이자 가장 큰 보상입니다. 전역 상태는 각 샤드가 일부만 저장하도록 분할됩니다. 샤드 3에 할당된 노드는 샤드 3에 있는 계정, 잔액 및 스마트 계약 스토리지만 유지하면 됩니다. 그 결과 노드당 스토리지 및 대역폭 요구 사항이 크게 감소합니다. 이는 하드웨어가 더 저렴하고, 참여가 더 쉽고, 분산성이 더 높다는 것을 의미합니다.

비용은 복잡합니다. 트랜잭션이 제출된 샤드와 다른 샤드에서 상태를 읽거나 써야 하는 경우 샤드가 통신해야 합니다. 이는 교차 샤드 문제이며, 상태 샤드 체인을 구축하는 데 따른 엔지니어링 과제를 지배합니다. 다음 섹션에서 이에 대해 자세히 알아보겠습니다.

교차 샤드 통신

교차 샤드 트랜잭션은 이론이 현실을 만나는 곳입니다. 샤드 1의 Alice가 샤드 2의 Bob에게 토큰을 보내고 싶어한다고 상상해 보십시오. 상태 변경이 서로 다른 블록의 서로 다른 위원회에서 생성된 두 개의 파티션에 닿기 때문에 전송은 단일 샤드 내에서 원자적으로 완료될 수 없습니다. 샤드 1이 Alice의 잔액을 공제하지만 샤드 2가 Bob에게 크레딧을 지급하지 못하는 경우 자금을 잃은 것입니다. 그 반대가 발생하면 허공에서 자금을 창출한 것입니다. 둘 다 허용되지 않습니다.

대부분의 프로덕션 설계에서는 비콘 체인이 중재하는 2단계 커밋 프로토콜을 사용하여 이 문제를 해결합니다. 샤드 1은 먼저 Alice의 자금을 잠그고 블록 헤더에 기록되는 교차 샤드 영수증을 발행합니다. 비콘 체인은 해당 헤더를 마무리합니다. 그런 다음 샤드 2는 다음 블록에 영수증을 포함하고 Bob에게 크레딧을 제공하며 비콘 체인에 포함되는 확인 메시지를 보냅니다. 두 다리가 모두 완료된 후에야 이적은 완료된 것으로 간주됩니다. 전체 댄스는 일반적으로 체인의 슬롯 시간과 최종성 장치에 따라 1~2초 정도 걸립니다.

NEAR 프로토콜은 비동기식 크로스 샤드 트랜잭션이라는 특히 우아한 접근 방식을 대중화했습니다. NEAR는 마이크로서비스가 네트워크를 통해 통신하는 방식과 유사하게 모든 샤드 간 호출을 비동기 메시지처럼 처리합니다. 발신자 샤드는 호출을 예약하고, 수신자 샤드는 이를 이후 블록에서 처리하며, 모든 응답은 비동기적으로 돌아옵니다. 개발자는 명시적인 약속 기반 API를 사용하여 계약을 작성하므로 애플리케이션 계층에서 비동기성을 볼 수 있습니다. 단점은 스마트 계약 코드가 더욱 장황해졌지만 프로토콜은 이국적인 원자성을 보장하지 않고도 깔끔하게 확장된다는 것입니다.

Polkadot은 Cross-Consensus Messaging(XCM)이라는 다른 모델을 사용합니다. 본질적으로 Polkadot의 샤드인 파라체인은 릴레이 체인을 통해 XCM 메시지를 전송하여 통신합니다. 각 파라체인은 주권 실행 환경으로 작동하며 XCM은 자산 이전, 계약 호출 및 거버넌스 조치에 대한 표준화된 형식을 제공합니다. TON 작업 체인은 샤드체인 계층 구조와 메시지를 라우팅하는 마스터체인을 사용하며, 마스터체인은 모든 샤드가 참조하는 글로벌 상태 증명을 생성합니다.

샤딩 장단점

샤딩은 무료가 아닙니다. 병렬성을 생성하는 동일한 분할은 새로운 공격 표면도 생성하며, 샤딩된 체인의 엔지니어링은 지속적인 균형 작업입니다. 가장 많이 논의되는 위험은 단일 샤드 탈취(1% 공격이라고도 함)입니다. 100개의 샤드와 10,000개의 총 검증자가 있는 체인에서는 각 샤드에 100명의 검증자가 있을 수 있습니다. 전체 지분의 1%를 제어하는 ​​공격자는 원칙적으로 단일 샤드를 목표로 삼아 전체 네트워크에서 작은 지분을 보유하더라도 그곳에서 다수에 도달할 수 있습니다.

무작위 위원회 배정이 1차 방어입니다. 회전하여 validator subset 할당이 예측할 수 없이 자주 발생하는 경우, 프로토콜은 공격자가 대상 샤드에 지분을 집중할 기회를 거부합니다. 스테이크 가중치 샘플링과 결합된 잘 설계된 VRF는 공격자가 전체 네트워크의 대다수를 제어하지 않는다는 가정하에 모든 위원회의 1/3 이상을 제어할 확률을 매우 작게 만듭니다. 또한 많은 설계에는 제작 위원회 외부의 검증자 정족수의 증명이 필요하므로 또 다른 방어 계층이 추가됩니다.

또 다른 큰 절충점은 데이터 가용성입니다. 샤드의 블록 생산자가 블록을 게시하지만 기본 거래 데이터를 보류하는 경우 네트워크의 나머지 부분은 블록을 확인하거나 사기를 감지할 수 없습니다. 이는 데이터 가용성 문제이며 다음을 포함한 혁신의 물결을 불러일으켰습니다. 모듈형 블록체인 Celestia와 같은 전용 데이터 가용성 레이어를 설계합니다. 데이터 가용성 샘플링 섹션에서 이에 대해 다시 살펴보겠습니다.

상태 성장, 유효성 검사기 로드 밸런싱, 에포크 중간에 샤드를 전환해야 할 수 있는 노드 실행의 복잡성이 추가적인 문제점입니다. 이 중 극복할 수 없는 것은 없지만 프로덕션 샤딩 체인이 성숙하는 데 수년이 걸리는 이유와 일부 팀이 궁극적으로 롤업 중심 확장으로 전환한 이유를 설명합니다.

샤딩 vs 롤업 vs 사이드체인

암호화폐의 확장 스택은 개념이 겹치는 수프이며 샤딩은 롤업 및 사이드체인과 정기적으로 혼동됩니다. 사용자 관점에서 유사해 보일지라도 근본적으로 다른 접근 방식입니다. 샤딩은 기본 체인의 아키텍처를 변경하는 레이어 1 확장 기술입니다. 롤업은 오프체인 트랜잭션을 실행하고 압축된 결과를 기본 레이어에 다시 게시하는 레이어 2 구성입니다. 사이드체인은 브리지로 연결된 독립적인 체인입니다.

이를 구별하는 가장 명확한 방법은 실행이 발생하는 위치와 보안이 제공되는 위치입니다. 샤딩은 여러 병렬 체인의 기본 체인에서 실행되며 모두 동일한 검증자 세트로 보호됩니다. 롤업은 자체 시퀀서에서 오프체인을 실행하지만 데이터와 증명을 기본 레이어에 게시하여 암호화 또는 경제적 보장을 통해 보안을 상속합니다. 사이드체인은 자체 유효성 검사기를 사용하여 자체 인프라에서 실행되며 브리지를 통해 메인 체인에 느슨하게만 연결됩니다. 즉, 보안이 독립적입니다.

롤업 내에는 다음과 같은 추가 분할이 있습니다. 낙관적 대 ZK 롤업 기본 레이어로 정확성을 다시 증명하는 방법을 기반으로 합니다. 낙관적 롤업은 기간 내에서 문제가 발생하지 않는 한 유효성을 가정하는 반면, ZK 롤업은 각 배치의 정확성에 대한 암호화된 증거를 제출합니다. 두 접근 방식 모두 Ethereum의 최신 로드맵이 끝나는 레이어 1의 샤딩된 데이터 가용성으로 인해 엄청난 이점을 얻습니다.

완전 모듈식 스택에서는 샤딩과 롤업이 서로를 보완합니다. 샤딩된 레이어 1은 저렴하고 풍부한 데이터 가용성과 결제를 제공합니다. 그 위에 구축된 롤업은 대량의 사용자 트랜잭션을 실행하고 압축된 배치를 샤딩된 기본 레이어에 게시합니다. 이것이 2022년 합병 이후 이더리움이 나아가고 있는 방향이며, 다음 주기에 대한 업계 합의가 정착되고 있는 것으로 보입니다.

실제 샤딩: 실제 구현

이론과 배송은 별개입니다. 소수의 네트워크가 프로덕션에 샤딩을 배포했으며 수년간의 운영 경험을 보유하고 있습니다. 각각은 서로 다른 디자인을 선택했으며 이를 비교하는 것이 유익합니다.

나이트셰이드 근처

NEAR의 Nightshade 설계는 전체 네트워크를 슬롯당 하나의 논리 블록을 생성하는 것으로 취급하지만 해당 블록은 "청크"로 구성되며 각 청크는 서로 다른 샤드에서 생성됩니다. 검증인은 각각 청크를 차지하는 위원회로 분할되며 비콘과 같은 조정을 통해 통합된 블록 헤더가 생성됩니다. NEAR는 2020년부터 이 디자인을 사용해 왔으며 네트워크가 성장함에 따라 점차 더 많은 샤드로 확장되었습니다. 비동기식 교차 계약 호출 모델은 NEAR 개발의 정의적인 기능이며 개발자에게 비동기 의미 체계를 노출하는 방법에 대한 귀중한 교훈을 업계에 가르쳤습니다.

질리카

Zilliqa는 2019년에 출시되었으며 샤딩을 출시한 최초의 주요 공개 체인이었습니다. 이는 상태 샤딩 없이 네트워크 샤딩과 트랜잭션 샤딩을 사용합니다. 즉, 노드는 여전히 전체 상태를 유지합니다. 처리량은 샤드 수에 따라 최대 한도까지 확장되며 DS(디렉터리 서비스) 위원회는 각 샤드 위원회의 결과를 글로벌 블록으로 취합합니다. Zilliqa는 이후 프로젝트에서 디자인 선택이 개선되었더라도 컨셉이 프로덕션에서 작동함을 입증하기 때문에 유용한 참조 포인트입니다.

폴카닷 파라체인

Polkadot의 파라체인 모델은 주권을 가지고 샤딩됩니다. 각 파라체인은 본질적으로 자체 런타임 논리, 거버넌스 및 토큰경제학을 갖춘 이종 샤드이지만 공유 보안이라는 프로세스를 통해 Polkadot의 릴레이 체인 유효성 검사기 세트로 보호됩니다. 파라체인 검증자는 무작위로 할당되고 순환되며 릴레이 체인은 최종성을 제공합니다. 파라체인 슬롯은 경매로 이루어지며, 이는 한 번에 몇 개의 파라체인이 존재할 수 있는지를 결정하지만 각 파라체인이 게임에서 경제적 스킨을 갖도록 보장합니다.

MultiversX

MultiversX(이전 Elrond)는 네트워크 부하에 따라 샤드 수를 자동으로 조정하는 적응형 상태 샤딩을 구현합니다. 메타체인은 작업자 샤드를 조정하고, 유효성 검사기 셔플링을 처리하고, 샤드 간 마무리를 처리합니다. MultiversX는 세 가지 샤딩 유형을 모두 하나의 디자인으로 결합하며 테스트넷에서는 수십만 TPS의 처리량을 보여줬지만 실제 사용량은 이보다 낮습니다.

TON 워크체인

TON의 샤딩 모델은 유난히 야심적이기 때문에 특별히 언급할 가치가 있습니다. 마스터체인은 작업 체인을 조정하며, 각 작업 체인은 부하가 증가할 때 샤드체인으로 동적으로 분할되고 축소되면 다시 병합될 수 있습니다. 이 "무한 샤딩 패러다임"은 수동 샤드 프로비저닝 없이 대규모 규모를 처리하도록 설계되었습니다. 좀 더 자세히 살펴보고 싶다면 저희의 전담 TON 샤딩 가이드는 마스터체인, 작업체인 및 샤드체인 계층 구조를 자세히 분석합니다.

이더리움 및 샤딩

이더리움과 샤딩의 관계는 프로토콜 설계에서 가장 흥미로운 사례 연구 중 하나입니다. 2017년의 원래 이더리움 2.0 로드맵에서는 각각 자체 상태 및 트랜잭션 처리 기능을 갖춘 64개의 실행 샤드가 비콘 체인에 의해 조정되는 것으로 구상되었습니다. 비콘 체인 자체는 2020년 12월에 출시되었으며 한동안 커뮤니티는 전체 실행 샤딩이 불과 몇 년 밖에 남지 않았다고 가정했습니다.

그리고 롤업 중심 피벗이 등장했습니다. 2020년 말 Vitalik Buterin은 레이어 1에서 샤딩 실행 대신 이더리움이 롤업을 주요 확장 수단으로 만들고 샤드 데이터 가용성을 대신해야 한다고 제안했습니다. 그 이유는 롤업, 특히 ZK 롤업이 여러 샤드에 걸쳐 EVM을 재구축하는 것보다 더 빠르게 실행 확장성을 제공할 수 있고 기본 계층이 가장 잘하는 작업인 정산 및 데이터 가용성에 집중할 수 있다는 것이었습니다. 커뮤니티는 동의했고 실행 샤딩은 효과적으로 보류되었습니다.

이를 대체한 것이 danksharding입니다. Ethereum 연구원 Dankrad Feist가 제안한 danksharding은 Ethereum을 롤업을 위한 데이터 가용성 레이어로 전환합니다. 여러 실행 샤드 대신 체인은 블록에 연결되지만 EVM에서 처리되지 않는 큰 데이터 덩어리인 "블롭"을 제공합니다. 롤업은 압축된 트랜잭션 데이터를 Blob으로 게시하고 저렴한 스토리지를 확보하며 Ethereum의 보안을 상속합니다. proto-danksharding이라고도 불리는 EIP-4844는 2024년에 출시되었으며 전체 danksharding의 전조로 Blob 운반 트랜잭션을 도입했습니다.

2026년에 이더리움은 전체 danksharding을 출시하는 중입니다. 이는 blob 처리량을 대폭 늘리고 데이터 가용성 샘플링을 도입하여 단일 노드가 모든 blob을 다운로드할 필요가 없도록 합니다. 최종 상태는 롤업이 실행을 처리하고, Blob이 저렴한 데이터 가용성을 제공하며, 일반 전체 노드가 샘플링 및 암호화 약속을 통해 모든 것을 확인하는 체인입니다. 이는 샤딩이지만 2017년 로드맵에서 약속한 종류는 아닙니다.

데이터 가용성 샘플링

데이터 가용성 샘플링(종종 DAS로 단축됨)은 블록체인 확장성 연구에서 가장 중요한 혁신 중 하나이며 별도의 섹션을 가질 가치가 있습니다. 해결되는 문제는 간단합니다. 샤딩 또는 롤업 기반 시스템에서 네트워크는 단일 노드가 모든 데이터를 다운로드하지 않은 경우에도 블록 뒤의 데이터가 실제로 게시되었는지 확인해야 합니다. 이러한 보장이 없으면 악의적인 블록 생산자가 헤더를 게시하지만 데이터를 공개하지 않아 사기 탐지가 불가능해질 수 있습니다.

순진한 해결책은 모든 노드가 모든 데이터를 다운로드하도록 요구하는 것이지만 이는 샤딩의 요점을 무산시킵니다. DAS는 삭제 코딩과 무작위 샘플링을 통해 이 문제를 해결합니다. 블록 데이터는 삭제 코딩되어 인코딩된 바이트의 50%가 전체 데이터를 재구성하는 데 충분합니다. 그런 다음 각 노드는 네트워크에서 인코딩된 데이터의 작은 조각을 무작위로 샘플링합니다. 생산자가 데이터를 보류하는 경우 누락된 조각이 여러 독립 샘플러에 빠르게 표시되며 블록이 완료되기 전에 거부될 수 있습니다.

수학은 아름답습니다. 노드당 수십 개의 무작위 샘플만 사용하면 누락된 데이터 블록을 감지하지 못할 확률이 매우 작아집니다. 이는 모바일 및 브라우저 기반 클라이언트를 포함한 매우 가벼운 클라이언트라도 전체 체인을 다운로드하지 않고도 데이터 가용성 확인에 참여할 수 있음을 의미합니다. data availability 샘플링은 이더리움의 전체 danksharding 계획의 핵심이며 전용 데이터 가용성 계층으로 처음부터 설계된 최초의 체인인 Celestia의 핵심 기술이기도 합니다.

Celestia 및 유사한 프로젝트는 실행, 결제, 합의 및 데이터 가용성을 특수 계층으로 분리하는 모듈식 블록체인 운동에 속합니다. 롤업은 트랜잭션을 실행하고, Ethereum에 대한 분쟁을 해결하고, 자체 시퀀서를 통해 합의를 달성하고, 가용성을 위해 Celestia에 데이터를 게시할 수 있습니다. 샤딩된 데이터 레이어와 모듈식 아키텍처는 동일한 비전으로 수렴되고 있습니다. 즉, 각 기능을 좁게 유지하고 각 레이어를 독립적으로 확장하며 시장이 최상의 조합을 선택하도록 합니다.

제한 사항 및 미해결 문제

샤딩에는 그 모든 가능성에도 불구하고 연구원과 엔지니어가 매일같이 씨름하는 해결되지 않은 문제가 있습니다. 샤드 간 원자성은 여전히 ​​가장 어렵습니다. 현재 사용되는 2단계 커밋 프로토콜은 작동하지만 교차 샤드 트랜잭션을 여러 슬롯으로 확장할 수 있는 지연 시간이 발생합니다. 여러 단계를 원자적으로 실행해야 하는 복잡한 DeFi 프로토콜과 같이 동기식 구성 가능성에 의존하는 애플리케이션의 경우 이 지연 시간은 실질적인 제약입니다. 일부 팀은 롤백을 통해 낙관적인 샤드 간 실행을 탐색하고 있습니다. 이는 사용자에게 동기식으로 느껴지지만 내부적으로는 주기적인 조정이 필요합니다.

샤드 전체의 MEV는 또 다른 미해결 문제입니다. 모놀리식 체인에서 블록을 생성하는 검증자는 추출 가능한 최대 값을 추출할 수 있는 단일 창을 갖습니다. 샤딩된 체인에서 MEV 기회는 여러 샤드에 걸쳐 있을 수 있으므로 다양한 위원회의 블록 생산자 간의 조정이 필요합니다. 이로 인해 샤드 리더 간의 뇌물 수수 또는 샤드 간 메시지의 선택적 검열과 같은 새로운 공격 벡터가 생성됩니다. 2024년부터 2026년까지의 MEV 연구 물결은 샤딩된 설정으로 확장된 제안자-구축자 분리를 포함하여 여러 가지 완화 제안을 제시했지만 어느 것도 대규모로 완전히 배포되지 않았습니다.

유효성 검사기 로드 밸런싱은 더 조용하지만 중요한 문제입니다. 하나의 샤드가 다른 샤드보다 인기가 높아지면 아마도 인기 있는 dApp이 그 샤드에 상주하기 때문에 해당 샤드의 검증인은 더 높은 계산 및 저장 요구 사항에 직면하게 됩니다. MultiversX와 같은 적응형 샤딩 설계는 핫 샤드를 분할하여 동적으로 재조정을 시도하지만 프로세스는 간단하지 않으며 새로운 실패 모드를 도입합니다. NEAR의 청크 전용 생산자 모델은 청크 생산자가 특정 샤드를 전문화하는 동시에 유효성 검사기가 유연성을 유지할 수 있도록 하여 이 문제를 부분적으로 해결합니다.

장거리 상태 증명, 무상태 검증 및 증인 규모도 활발한 연구 분야입니다. 꿈은 전화 클라이언트를 포함한 모든 노드가 암호화 증명을 사용하여 테라바이트 단위의 상태를 압축하여 최소한의 데이터로 모든 샤드의 모든 블록을 확인할 수 있는 샤딩 체인입니다. Verkle 트리, Merkle 산맥 및 재귀 ZK 증명은 모두 이 미래에 적용됩니다. 우리는 아직 거기에 도달하지 못했지만 궤적은 분명합니다.

샤딩의 미래

샤딩의 미래는 64개의 실행 파티션을 갖춘 모놀리식 체인의 2017년 비전과는 다릅니다. 샤딩된 데이터 가용성 레이어가 롤업 생태계 아래에 있고, 레이어 1 샤딩과 레이어 2 롤업이 경쟁하는 대신 서로를 보완하는 모듈식 스택처럼 보입니다. 이더리움의 danksharding과 롤업 중심 로드맵이 이를 가장 명확하게 표현하지만 공유 보안을 갖춘 Cosmos 영역, Polkadot의 탄력적 확장 파라체인, TON의 무한 샤딩은 모두 도보 관련 경로입니다.

앞으로 몇 년 안에 데이터 가용성이 필수품이 될 것으로 예상됩니다. 여러 체인이 롤업 및 앱 체인을 위한 가장 저렴하고 안정적인 DA 레이어를 제공하기 위해 경쟁할 것입니다. 샤딩은 이러한 경쟁을 가능하게 하는 기본 기술이 될 것입니다. 왜냐하면 샤딩 없이는 어떤 단일 체인도 수천 개의 롤업 및 앱 체인의 데이터 볼륨을 처리할 수 없기 때문입니다. 지연 시간이 짧은 거래 데이터에 최적화된 샤드와 보관 저장소에 최적화된 샤드 등 특정 작업 부하에 특화된 샤드를 볼 수도 있습니다.

크로스 샤드 메시징이 성숙해짐에 따라 크로스 체인 구성성이 극적으로 향상될 것입니다. 파라체인이 서로 통신하거나 작업 체인이 TON 전체에서 조정될 수 있도록 하는 동일한 프로토콜을 일반화하여 롤업이 타사 브리지에 의존하지 않고 기본적으로 통신할 수 있도록 할 수 있습니다. 이것이 모듈식 이동과 샤딩 체인 생태계가 수렴되는 이유 중 하나입니다. 즉, 인프라 요구 사항을 공유합니다.

개발자 관점에서 샤딩은 프런트엔드가 아닌 백엔드의 관심사가 되고 있습니다. 초기 샤딩된 체인으로 인해 개발자는 계약이 어느 샤드에 있는지, 비동기 호출을 처리하는 방법, 파티션 전체에서 상태를 관리하는 방법에 대해 열심히 고민해야 했습니다. 최신 디자인에서는 도구 및 런타임 추상화 뒤에 이 기능을 더 많이 숨겨 개발자가 여러 샤드에서 실행되더라도 단일 체인처럼 보이는 코드를 작성할 수 있습니다. 이러한 추세가 계속됨에 따라 샤딩은 인프라 속으로 사라지게 되며 대부분의 사용자는 기존 웹 앱의 CDN 캐싱 또는 데이터베이스 샤딩과 마찬가지로 샤딩이 존재한다는 사실을 전혀 알아차리지 못할 것입니다.

FAQ

이더리움은 여전히 샤딩을 사용하나요?

예, 하지만 원래 계획대로는 아닙니다. 이더리움은 실행 샤딩에서 danksharding이라는 브랜드의 데이터 샤딩으로 전환했습니다. 비콘 체인은 여전히 ​​샤딩된 데이터 가용성 계층을 조정하고 있으며 EIP-4844는 2024년에 첫 번째 단계로 블롭 전달 트랜잭션을 도입했습니다. 전체 danksharding은 2026년까지 출시되며 체인의 데이터 가용성 용량을 극적으로 확장하여 주로 롤업에 도움이 됩니다. 따라서 체인은 실행보다는 데이터를 위해 샤딩됩니다.

샤딩과 롤업의 차이점은 무엇인가요?

샤딩은 기본 체인을 여러 검증인 위원회에서 처리하는 여러 병렬 체인으로 분할하는 레이어 1 확장 기술입니다. 롤업은 오프체인 트랜잭션을 실행하고 결과를 기본 레이어에 다시 게시하는 레이어 2 구성으로, 사기 증명 또는 영지식 증명을 통해 기본 레이어의 보안을 상속합니다. 샤딩은 기본 레이어를 확장하고 그 위에 롤업을 확장합니다. 이는 상호보완적이며 최신 스택에서는 두 가지를 모두 사용합니다.

샤딩은 안전한가요?

샤딩은 올바르게 설계하면 안전할 수 있습니다. 주요 위험은 공격자가 특정 샤드에 지분을 집중시키는 단일 샤드 탈취입니다. 무작위 위원회 할당, 빈번한 순환, 스테이크 가중치 샘플링 및 정족수 증명이 표준 방어입니다. 데이터 가용성 샘플링 및 슬래싱과 같은 경제적 인센티브가 결합된 현대식 샤딩 체인은 모놀리식 체인에 필적하는 보안 수준을 달성하지만 보안 모델은 추론하기가 더 복잡합니다. 에이 51% 공격 무작위성이 약한 단일 샤드에 대한 공격은 전체 체인을 공격하는 것보다 훨씬 저렴하므로 무작위성 품질이 매우 중요합니다.

데이터 가용성 샘플링이란 무엇입니까?

데이터 가용성 샘플링은 라이트 노드가 전체 블록을 다운로드하지 않고도 블록 데이터가 게시되었는지 확인할 수 있도록 하는 기술입니다. 데이터는 삭제 코딩되어 일부라도 전체를 재구성할 수 있으며 노드는 무작위로 구성됩니다. sample 네트워크의 작은 조각. 데이터가 보류되면 누락된 조각이 여러 샘플러에 빠르게 표시됩니다. DAS는 Ethereum의 danksharding 계획과 Celestia와 같은 전용 데이터 가용성 체인의 핵심입니다.

2026년에는 어떤 블록체인이 샤딩을 사용하나요?

2026년의 프로덕션 샤딩 체인에는 NEAR 프로토콜(Nightshade), Zilliqa, Polkadot(파라체인), MultiversX(적응형 상태 샤딩) 및 TON(워크체인 및 샤드체인)이 포함됩니다. 이더리움은 danksharding을 통해 데이터 샤딩을 구현합니다. Celestia 및 유사한 모듈식 체인은 데이터 가용성을 위해 샤딩 인접 기술을 사용합니다. 각 설계는 실행 샤딩, 상태 샤딩, 데이터 샤딩 간에 서로 다른 절충안을 제시하지만 모두 병렬 위원회에서 워크로드를 분할한다는 핵심 아이디어를 공유합니다.

샤딩된 체인이 여러 샤드에 걸쳐 있는 스마트 계약을 지원할 수 있습니까?

예, 하지만 개발자 경험은 모놀리식 체인과 다릅니다. 대부분의 샤딩된 체인은 교차 샤드 계약 호출이 비동기식이어야 합니다. 즉, 호출자가 호출을 예약하고 그 결과가 이후 블록에 반환됩니다. NEAR의 Promise 기반 API가 대표적인 예입니다. 일부 디자인은 롤백을 통한 낙관적 실행을 통해 동기식 샤드 간 구성성을 제공하는 것을 목표로 하지만 오늘날 프로덕션 배포는 비동기 패턴에 크게 의존하고 있으며 이는 DeFi 프로토콜과 게임이 샤딩된 체인에서 설계되는 방식에 영향을 미칩니다.

결론

샤딩은 블록체인 엔지니어링에서 가장 심오한 아키텍처 아이디어 중 하나입니다. 검증인 위원회 전체에 작업을 분할하고, 샤드 전체에 상태를 분할하고, 비콘 체인을 통해 조정함으로써 트릴레마를 정면으로 해결합니다. 잘 수행되면 분산화와 보안을 유지하면서 샤드 수에 따라 확장되는 처리량을 제공합니다. 제대로 수행되지 않으면 새로운 공격 표면이 열리고 개발자 경험이 복잡해집니다. 샤딩을 성공적으로 출시한 체인은 설계를 반복하는 데 수년을 보냈으며 NEAR, Zilliqa, Polkadot, MultiversX 및 TON의 교훈은 전체 업계에 영향을 미쳤습니다.

2026년 그림은 2017년 비전보다 더 미묘한 차이가 있습니다. 순수 실행 샤딩은 데이터 샤딩과 롤업으로 대체되었으며, 실행, 합의, 합의 및 데이터 가용성을 위해 특수 계층을 결합한 모듈식 아키텍처가 사용되었습니다. 64개의 실행 샤드에서 danksharding 및 롤업으로의 Ethereum의 전환이 가장 눈에 띄는 예이지만 이는 더 광범위한 업계 합의의 일부입니다. DeFi 프로토콜을 구축하든, 배포할 체인을 선택하든, 암호화 인프라가 어디로 향하고 있는지 이해하려고 하든 샤딩은 깊이 알아야 할 개념입니다.

다음에 "100,000 TPS" 또는 "무한 확장성"을 광고하는 체인을 보게 된다면 샤딩을 어떻게 구현하는지 살펴보세요. 네트워크, 트랜잭션, 상태 또는 데이터를 샤딩하는지 물어보세요. 위원회를 무작위로 지정하는 방법, 샤드 간 메시지가 작동하는 방식, 데이터 가용성 샘플링이 스택의 일부인지 확인하세요. 답변은 마케팅 슬라이드보다 체인의 실제 엔지니어링에 대해 훨씬 더 많은 것을 알려줄 것입니다. 해당 지식과 다음에 대한 이해를 결합합니다. PoW 대 PoS 합의 메커니즘을 통해 새로운 블록체인을 과장된 광고보다는 기술적인 장점으로 평가할 수 있는 기반을 갖게 됩니다.