이더리움 개념 - NomadJin/Blockchain-Study GitHub Wiki

차세대 스마트 컨트랙트와 탈중앙화된 어플리케이션을 제공하는 플랫폼이다.

탄생 배경 : 사용자가 원하는 기능을 자유롭게 설계하고 제공 할 수 있는 블록체인 플랫폼

비트코인은 제한된 스크립트만 사용 가능
반복문을 사용할 수 없음
계정에 잔고 이외에 상태정보를 관리할 수 없음
인출 금액을 조건에 따라 제어할 수 없음

차세대 스마트 컨트랙트

비트코인 스크립트 언어의 한계를 극복 튜링 완전한 프로그래밍 언어(Solidity)를 기반으로 사마트 컨트랙트를 개발

탈중앙화된 어플리케이션 플랫폼

블록체인 기반으로 제 3자의 개입이 없어도 신뢰를 부여? 프로그래밍 언어의 제약이 적기 때문에 다양한 어플리케이션의 개발이 가능

Ethereum Virtual Machine(EVM) // Blockchain

화폐거래 외에도 스마트 컨트랙트를 배포하고 사용하는 컨트랙트 거래가 블록체인에 기록
컨트랙트 거래 요청이 오면 바이트코드 형태의 컨트랙트 코드를 노드의 EVM 위에서 실행

이더리움 계정

계정 : 외부소유계정(개인키로 통제되는 일반 계정) // 컨트랙트계정(코드로 통제되는 스마트 컨트랙트 계졍)
잔고 : 해당 계정이 소유한 이더
코드 : 바이트코드 형태의 소스코드
코드해시 : 바이트코드의 해시값
논스 : 해당 계정에서 생성한 트랜잭션 수
Root : 저장공간의 Merkle Patricia Tree의 루트해시
저장공간 : 키/값 쌍으로 매핑된 저장 공간

모든 트랜잭션은 개인키를 가진 외부소유계정에서 시작 컨트랙트 내부에서 발생하는 내부 트랜잭션을 통해 다른 컨트랙트 계정이나 외부소유계정과 연계할 수 있다.

스마트 컨트랙트(Smart Contract)

이더리움 네트워크 위에서 동작하는 프로그램
‘코드’ 자체가 신뢰를 보장하는 프로그램화 된 계약
다운타임, 검열, 제 3자의 개입 없이 실행되는 프로그램

스마트 컨트랙트 생성, 배포 , 호출

스마트 컨트랙트 코드를 작성(Truffle, Remix IDE)
코드를 바이트코드로(Bytecode)로 컴파일
바이트코드를 포함한 Transaction을 블록체인에 전송
Transaction이 네트워크에서 컨펌되면 해당 컨트랙트에 대한 주소가 생성됨
이 주소에 Transaction을 보내서 해당 프로그램을 사용할 수 있음

탈중앙화 어플리케이션(Decentralized Application)

사용자와 공급자 간에 직접적인 상호자용을 할 수 있는 서비스
블록체인 위에서 동작하는 서비스

IPFS

IPFS(InterPlanetary File System)는 모든 컴퓨팅 장치를 동일한 파일 시스템으로 연결하려고 하는 P2P 분산 파일 시스템
IPFS는 웹과 비슷하지만, 한 Git 레포지트리의 오브젝트를 교환하는 단일 비트토렌트 스웜으로 볼 수 있음
IPFS는 content addressed 하이퍼 링크를 이용하여 높은 처리량을 가진 content addressed 블록 스토리지 모델을 제공함

DAG

DAG란 Directed Acyclic Graph를 뜻하고, 방향을 가지되 루프가 없는 그래프를 말함

이더리움 문제점과 극복방안

확장성

이더리움은 평균 15초에 한번 블록이 생성되고, 보통 12~15개의 Transaction 처리가 가능함
지연시간을 낮추고(블록생성 주기), 초당 처리 성능(TPS)을 높여야
이더리움 풀노드의 데이터 사이즈가 급격히 증가하고 있고 현재는 340GB 이름
블록체인 사이즈가 커짐에 따라 처리 성능이 감소하게 되며, 이는 네트워크 중앙화의 원인이 됨

라이덴 네트워크

블록체인 외부의 채널을 통한 P2P 간의 실시간 데이터 전송 및 결제
채널을 통한 거랜느 블록체인에 기록되지 않기 때문에 실시간으로 처리 가능
이를 블록체인 네트워크를 통해 확인 받고 보증금을 통해 보상받음

샤딩

이더리움의 가장 큰 문제점 중의 하나가 바로 성능(특히 트랜잭션 처리 성능)
트랜잭션 처리를 이해 각 노드는 전체 블록체인 데이터를 모두 다운로드하고 저장한 후에 해당 데이터를 탐색해야 한다. -> 데이터 크기가 증가할수록 접근 시 성능은 더 떨어질 수 밖에 없다.
샤딩은 하나의 데이터베이스를 물리적으로 다른 데이터베이스에 수평으로 분할 저장하고 조회하는 방법이다.
샤딩의 장점

데이터베이스의 용량을 확장
데이터 접근 시에 특정 샤딩키를 통해 찾고자 하는 데이터가 어떤 위치에 있는지 확인한 후 접근 > 접근 속도 개선

샤딩을 블록체인에 적용하면 하나의 블록 내에 많은 트랜잭션 처리 정보를 분할하여 저장 및 병렬 처리로 속도를 개선

샤딩을 블록체인에 어떻게 적용?

이더리움 블록 구조 : 헤더, 트랜잭션, 리시트, 상태 정보로 구성
블록의 헤더와 머클 트리에만 접근하면 필요한 정보를 최단 시간에 추출할 수 있도록 단일 계층을 설계
기존 단일 계층으로 설계된 블록을 수평적으로 나누는 것이 이더리움 샤딩
이더리움 샤딩은 하나의 체인으로 연결된 블록을 두 개의 수평 계층으로 나눈다.

트랜잭션들의 샤드 계층
이들을 연결한 체인 계층

샤딩 적용을 위해서는 사전에 미리 PoS로 전환해야 안전하다.
기존 PoW 방식을 사용할 경우에는 적은 해시 계산 파워로도 샤드들에 대한 점유도를 높일 수 있기 때문에 보안상 문제 발생

플라즈마

이더리움 블록체인 위에 Child 블록체인을 확장

수수료 문제

이더리움은 단순 코드량에 따라 수수료가 부과됨, DApp을 결합하여 새로운 서비스를 제공하기 어려움
블록생성 시 채굴자는 수수료 수익 극대화를 위해 수수료가 높은 Transaction을 우선 처리

캐스퍼

작업증명고 지분증명 방식을 결합한 하이브리드 합의 알고리즘
블록 생성은 작업증명 방식으로 한다
검증자로 Casper 스마트 컨트랙트에 예치금을 보냄
매 100번째 블륵(체크포인트) 마다 지분증명 기반의 체인 확정 투표를 진행
검증자의 3분의 2가 동의 하면 체크포인트가 확정되고 체인 확정에 따른 보상이 지급
2개의 다른 체크포인트가 동시에 확정되면 예치금은 소각한다

스마트 컨트랙트 보안

DAO 해킹, 코드 결함으로 인해 243만 이더가 해킹됨
이더리움 지갑 코드 취약점 해킹으로 50만 이더가 동결
자유도가 높은 만큼 코드의 취약점이 발생할 가능성이 높음
버그 수정을 위해 네트워크 합의가 필요하기 때문에 빠른 수정이 어려움
공통 라이브러리 확대(ERC20, 난수함수 등)
스마트 컨트랙트의 기능을 제한한 바이퍼(Viper), 배비지(Babbage)같은 새로운 스마트 컨트랙트 언어 개발

튜링완전(Turing-complete)

비트코인은 loop 문법을 배제하고 있음
이유는 ddos 공격에서 자유롭기 위해
반복문을 배제한 대가로 매우 낮은 수준의 자유도를 가짐
이더리움은 튜링완전한 문법을 사용할 수 있게 만들었음
더욱 복잡한 조건을 만들수 있게 되었고, 이것을 기반으로 하여 스마트 계약 가능
반복문에 의한 공격과 정지 문제를 해결해야 하는데 이를 위해 가스라는 개념을 추가
거래 조건을 넣는 구문에 특정 조건마다 가스를 소모
정지 문제의 경우에도 투입 가능한 가스량을 제한, 사용할 가스만큼 다 사용한 경우 더 이상 거래가 진행되지 않음

궁금한 점

샤딩 : 블록의 거래 기록은 분산해서 저장한다는 개념인데, 풀 노드 라이트 노드와 차이점? 블록의 전체 기록은 구체적으로 어떤 기술로 관리 가능한지, 오라클의 파티셔닝 개념과 우사한가?
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