머리말
최근 세 개의 주요 병렬 EVM 프로젝트가 동시에 테스트넷을 출시했습니다. Monad는 2월 19일, MegaETH는 3월 21일, Pharos는 3월 24일입니다. Web3 기술의 주요 내러티브는 2024년 초 가장 인기 있는 내러티브인 AI Agent 이후 병렬 EVM으로 돌아온 것으로 보입니다.
EVM(Ethereum Virtual Machine)은 스마트 계약을 실행하고 거래를 처리하는 역할을 하는 이더리움의 핵심입니다. EVM은 컴퓨팅과 저장에 대한 추상화를 제공하는 컴퓨팅 엔진이지만 스케줄링 기능은 없습니다. 이더리움의 실행 모듈은 블록에서 거래를 하나씩 꺼내고, EVM은 이를 순서대로 실행하는 역할을 합니다. 순차적 실행을 통해 거래와 스마트 계약이 결정적 순서대로 실행되고 보안이 보장되지만, 부하가 높을 경우 네트워크 혼잡과 지연이 발생할 수 있습니다.
병렬 EVM은 여러 작업을 동시에 실행할 수 있도록 하여 네트워크 처리량을 크게 개선하고, 이를 통해 전체 블록체인의 성능과 확장성을 향상시킵니다. 사실, 우리가 병렬 EVM이라고 부르는 것은 실제로는 고성능 EVM 호환 블록체인으로, 병렬 실행을 도입할 뿐만 아니라 합의, 거래, 파이프라인, 스토리지에서 하드웨어 가속에 이르기까지 포괄적인 업그레이드가 이루어졌습니다. 목적은 블록체인 네트워크가 더 짧은 시간에 더 많은 거래를 처리할 수 있도록 하여 기존 블록체인의 네트워크 혼잡 및 지연 문제를 효과적으로 해결하는 것입니다.
이 글에서는 Monad, MegaETH, Pharos라는 세 프로젝트의 배경과 아키텍처에 대해 자세히 살펴보고, 개발자들이 선택한 타협점에 대해서도 알아보겠습니다.
모나드
Monad는 Monad Labs가 개발한 고성능 EVM 호환 Layer1 블록체인입니다. 모나드는 분산화를 유지하면서도 시스템의 확장성을 개선하여 기존 EVM 호환 블록체인의 낮은 처리량 문제를 해결합니다.
Monad Labs는 2022년 Keone Hon, James Hunsaker, Eunice Giarta가 공동으로 설립했습니다. Keone과 James는 시장 조작 대기업 Jump Trading의 전 직원이었으며, Eunice는 암호화폐와 관련 없는 사람입니다.
2023년 2월, Monad Labs는 Dragonfly가 주도한 1,900만 달러 규모의 시드 라운드 자금 조달을 완료했습니다. 2024년 4월, Monad Labs는 Paradigm이 주도한 2억 2,500만 달러의 새로운 자금 조달 라운드를 완료했습니다. 모나드의 현재 가치는 30억 달러입니다.
모나드의 주요 장점은 초당 최대 10,000개의 거래를 처리할 수 있고 블록 시간이 1초라는 것입니다. 이는 주로 다음 네 가지 측면에서 최적화되었기 때문입니다.
MonadBFT: HotStuff의 개선된 버전을 기반으로 한 고성능 컨센서스 메커니즘입니다. 비잔틴 행위자가 존재하는 부분 동기화 조건에서 거래 순서에 대한 합의를 이루는 데 사용됩니다. 첫째, MonadBFT는 낙관적 반응성과 일반적인 경우에는 선형 통신 오버헤드, 타임아웃 경우에는 2차 통신 오버헤드를 갖는 2단계 BFT 알고리즘을 채택합니다. 둘째, MonadBFT는 하이브리드 서명 방식을 채택합니다. 메시지의 무결성과 진위성은 ECDSA 서명을 통해 제공되며, 집계 가능한 메시지 유형(투표 및 시간 초과)은 BLS 서명을 통해 제공되어 확장성 문제를 해결합니다. 그리고 Monad에서는 노드가 글로벌 트랜잭션 풀을 유지하지 않고 로컬 트랜잭션 풀을 유지하며, 트랜잭션은 RPC 노드를 통해 여러 후속 리더 노드로 전달되어 대역폭 사용량과 트랜잭션 지연을 효과적으로 줄입니다. 마지막으로, MonadBFT의 메시지 전파 역시 RaptorCast 프로토콜을 사용합니다. 이 프로토콜은 블록 제안을 삭제 코드 블록으로 변환할 뿐만 아니라 각 블록을 2단계 브로드캐스트 트리를 통해 모든 검증자에게 전송합니다. RaptorCast는 비잔틴 장애 허용 기능을 유지하면서 모든 검증자에게 블록 제안을 전파하기 위해 전체 네트워크의 전체 업로드 대역폭을 사용합니다. 이러한 특성으로 인해 MonadBFT는 효율적이고 견고한 블록체인 합의를 달성할 수 있습니다.
비동기 실행: 비동기 실행을 통해 Monad는 합의와 실행을 분리하여 실행 처리량을 크게 높일 수 있습니다. Monad는 합의와 실행을 분리함으로써 실행 예산을 크게 늘릴 수 있었습니다. 실행이 블록 시간의 작은 부분을 차지하는 것에서 전체 블록 시간을 차지하는 것으로 바뀌었습니다. 첫째, 모나드 블록 제안에는 상태 루트가 포함되지 않습니다. 노드 포크를 방지하기 위해 블록 제안에는 3블록 전의 상태 루트도 포함되어서 노드가 포크 여부를 감지할 수 있게 됩니다. 두 번째로, 리더 노드는 지연된 상태 관점으로 블록을 구축합니다. DDoS 공격으로부터 방어하기 위해 Monad 노드는 진행 중인 거래와 관련된 사용자 계정의 가장 높은 차변 금액을 충당하기에 계정 잔액이 충분한지 확인합니다. 마지막으로, 노드가 제안된 블록을 수신하면, 아직 블록이 확정되지 않았더라도 노드는 이 기간 동안 제안된 블록을 로컬에서 실행할 수 있습니다. 하지만 투표나 확정이 이루어질 것이라는 보장은 없습니다. 이러한 기능을 통해 Monad는 상당한 속도 향상을 달성하여 단일 샤드 블록체인을 수백만 명의 사용자 규모로 확장할 수 있습니다.
병렬 실행: 모나드는 낙관적 실행 접근 방식을 사용합니다. 즉, 블록의 이전 트랜잭션이 완료되기 전에 후속 트랜잭션이 실행되고 각 트랜잭션의 업데이트된 상태가 순서대로 병합됩니다. 이로 인해 잘못된 실행 결과가 발생할 수도 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 모나드는 거래 실행 중에 사용된 입력을 추적하고 이를 이전 거래의 출력과 비교합니다. 불일치 사항이 있는 경우 올바른 데이터로 거래를 다시 실행해야 함을 나타냅니다. 또한, Monad는 트랜잭션을 실행할 때 정적 코드 분석기를 사용하여 트랜잭션 간의 종속성을 예측하여 잘못된 병렬 실행을 방지합니다. 가장 좋은 경우, 모나드는 많은 종속성을 미리 예측할 수 있습니다. 최악의 경우, 간단한 실행 패턴으로 되돌아갑니다. 모나드의 병렬 실행 기술은 네트워크 효율성과 처리량을 향상시킬 뿐만 아니라, 실행 전략을 최적화함으로써 병렬 실행으로 인해 발생하는 트랜잭션 실패를 줄여줍니다.
MonadDB: MonadDB는 Ethereum과 완벽한 호환성을 유지하면서도 높은 성능을 제공하는 데 사용되는 Monad의 핵심 구성 요소입니다. MonadDB는 검증된 블록체인 데이터를 저장하도록 설계된 맞춤형 KV 데이터베이스입니다. 첫째, MonadDB는 디스크와 메모리에서 Merkle Patricia Trie 데이터 구조를 기본적으로 구현하고 자체 인덱싱 시스템을 구현하여 파일 시스템 종속성을 제거하므로 Merkle Patricia Trie 노드를 디스크에 효율적으로 저장할 수 있습니다. 두 번째로, MonadDB는 비동기 I/O를 사용하여 최신 커널의 비동기 I/O 지원을 최대한 활용하고, 보류 중인 I/O 요청을 처리하기 위해 많은 수의 커널 스레드를 생성하지 않고 비동기적으로 작업을 수행하려고 시도합니다. 마지막으로 MonadDB는 동시성 제어, 순차적 쓰기, 데이터 압축 및 기타 기술을 사용하여 MonadDB의 성능을 더욱 최적화합니다. 이러한 특성으로 인해 MonadDB는 데이터 접근 시간을 줄이고 트랜잭션 처리 속도를 높여 전체 블록체인 네트워크의 성능을 향상시킵니다.
메가ETH
MegaETH는 MegaLabs가 개발한 현재 가장 빠른 Layer2 블록체인입니다. MegaETH는 실시간 블록체인 성능에 중점을 두고 있어 즉각적인 응답이 필요한 애플리케이션에 매우 낮은 지연 시간과 확장성을 제공합니다.
메가랩스는 2023년 초에 설립되었습니다. CEO 리일룽은 박사 학위를 취득했습니다. 스탠포드 대학에서 컴퓨터 과학을 전공하였고, 소프트웨어 회사인 Runtime Verification Inc.에서 근무했습니다. CTO 양레이는 박사학위를 취득했습니다. MIT에서 온; CBO Kong Shuyao는 Consensys의 전 글로벌 사업 개발 책임자입니다. 성장 책임자인 나믹 무두로글루는 Consensys와 Hypersphere에서 일했습니다.
2024년 6월, MegaLabs는 Dragonfly가 주도한 2,000만 달러 규모의 시드 라운드 자금 조달을 완료했습니다. 2024년 12월, MegaLabs는 Echo 플랫폼에서 커뮤니티 자금 조달 라운드를 진행하고 3분 만에 1,000만 달러의 자금 조달 목표를 달성했습니다. MegaETH의 현재 가치는 2억 달러가 넘습니다.
MegaETH는 100k TPS와 약 10ms의 블록 시간을 갖춰, 높은 부하에서도 밀리초 단위의 응답 시간을 달성합니다. 주로 다음과 같은 기술적 특징 때문입니다.
노드 특수화: 다양한 역할의 MegaETH 노드는 각기 다른 기능을 가지고 있으며, 다양한 하드웨어 구성이 필요합니다. MegaETH에는 세 가지 역할이 있습니다. 시퀀서는 거래 정렬과 실행을 담당합니다. 중앙 집중형 노드가 하나뿐이므로 합의 오버헤드가 사라집니다. 시퀀서는 생성된 블록, 증인 데이터 및 상태 차이를 EigenDA(데이터 가용성 계층)에 게시하여 이러한 데이터를 네트워크에서 사용할 수 있는지 확인합니다. 검증자는 시퀀서로부터 블록과 증인 데이터를 얻고 전용 하드웨어를 통해 상태 비저장 검증을 수행합니다. 즉, 블록은 전체 블록체인 상태를 저장하지 않고도 비동기적으로, 순서 없이 검증될 수 있습니다. 전체 노드는 시퀀서로부터 상태 차이를 수신하고, 로컬 상태를 업데이트하며, 증명 네트워크를 통해 블록의 유효성을 검증하여 블록체인의 일관성과 보안을 보장할 수 있습니다.
타겟형 최적화: MegaETH는 기존 EVM 블록체인이 겪는 다양한 문제에 대한 올바른 해결책을 제공합니다. MegaETH는 상태 데이터 수집 시 발생하는 높은 지연 문제를 해결하기 위해 매우 높은 메모리 및 I/O 효율성을 갖춘 새로운 상태 Trie를 설계했습니다. 이는 추가 I/O 비용 없이 원활하게 수 TB의 상태 데이터로 확장할 수 있습니다. 직렬 실행 문제를 해결하기 위해 MegaETH의 시퀀서는 모든 병렬 실행 전략을 채택할 수 있습니다. 인터프리터 효율성이 낮은 문제를 해결하기 위해 MegaETH는 JIT 컴파일러를 사용하여 인터프리터 오버헤드를 제거하고 컴퓨팅 집약적인 Dapp에 베어 메탈 실행에 가까운 성능을 제공합니다. 과도한 상태 동기화 대역폭 문제를 해결하기 위해 MegaETH는 제한된 대역폭에서 많은 수의 상태 업데이트를 동기화할 수 있는 효율적인 상태 차이 인코딩 및 전송 방법을 설계했습니다. 동시에 MegaETH는 고급 압축 기술을 채택하여 대역폭 제약 내에서 복잡한 거래의 상태 업데이트를 동기화할 수 있습니다.
미니 블록: MegaETH는 10밀리초마다 미니 블록이라고 불리는 사전 확인을 수행합니다. 표준 EVM 블록의 블록 헤더는 상당한 양의 공간(500바이트 이상)을 차지하고, 세 개의 머클 루트를 계산하는 데도 많은 시간이 걸리므로 표준 EVM 블록을 사용하면 라이트 클라이언트에 막대한 부담을 주게 됩니다. MegaETH의 미니 블록은 EVM 블록과 병렬로 생성되며 동일한 포함 보장을 제공하지만 나머지 네트워크로 전파되는 간격이 훨씬 짧습니다. 라이트 클라이언트는 MegaETH의 고유한 실시간 API를 사용하여 이미 미니 블록에는 있지만 아직 EVM 블록에는 없는 거래를 가져옵니다.
파로스
Pharos는 최고의 RWA 및 지불 생태계를 구축하는 데 전념하는 고성능 EVM 호환 Layer1 블록체인으로 자리 매김하고 있습니다. Pharos는 초당 50,000건의 거래를 처리하고 초당 20억 개의 가스(2기가)를 소비하는 매우 높은 성능을 보유하고 있습니다.
Pharos는 2024년에 설립되었습니다. CEO인 Alex Zhang은 이전에 Ant Chain의 CTO였으며, 나중에 Ant Chain의 Web3 브랜드 ZAN의 CEO가 되었습니다. CTO Wishlonger는 이전에 Ant Chain의 CSO였습니다. CMO 로라는 Solana Labs에서 마케팅을 담당했고, Solana 휴대폰 Saga의 첫 번째 세대를 성공적으로 매진시켰습니다. COO Sally는 OKX에서 일했습니다. CCO 매튜는 스텔라와 리플에서 생태계 구축과 사업 개발을 이끌었습니다.
2024년 11월, Pharos는 Lightspeed Faction과 Hack VC가 주도한 800만 달러 규모의 시드 라운드 자금 조달을 완료했습니다.
Pharos가 제안한 '병렬화 정도(DP)' 프레임워크는 블록체인 병렬화 기능을 6단계(DP0~DP5)로 구분합니다. 이더리움은 병렬화가 전혀 없는 DP0인 반면, DP1부터 DP5까지는 개선된 합의 메커니즘, 병렬 거래, 파이프라이닝, 병렬 메르켈화, 가속화된 상태 액세스, 병렬 이기종 컴퓨팅이 각각 구현됩니다.
Pharos는 합의, 거래, 파이프라인, 스토리지에서 하드웨어 가속까지 완전히 업그레이드된 DP5 풀스택 병렬 아키텍처를 채택합니다.
확장 가능한 합의 프로토콜: 전체 네트워크 리소스를 최대한 활용하는 높은 처리량, 낮은 지연 시간의 BFT 합의 프로토콜입니다.
듀얼 가상 머신 병렬 실행: 고급 컴파일 기술을 사용하는 병렬 EVM 및 WASM 실행 계층
전체 수명 주기 비동기 파이프라인: 각 트랜잭션의 전체 수명 주기와 블록 간에 병렬 및 비동기 처리가 달성됩니다.
ADS(인증 데이터 구조)를 갖춘 고성능 스토리지: 뛰어난 처리량, 저지연 I/O, 비용 효율적인 상태 스토리지를 제공하며 수십억 개 계정으로 안전하게 확장 가능합니다.
모듈식 특수 처리 네트워크(SPN): 다양한 사용 사례와 새로운 기술을 지원하기 위해 새로운 소프트웨어, 하드웨어 및 지리적 분산을 원활하게 통합할 수 있습니다.
요약하다
이더리움의 장기적이고 충분한 사용자 교육 덕분에 EVM은 Web3 세계에서 가장 많은 개발자와 가장 큰 DApp 생태계를 보유하고 있으며, Web2 세계에서는 거의 Javascript와 유사한 존재가 되었습니다. 하지만 이더리움의 확장성 문제는 EVM의 추가 개발을 심각하게 방해했기 때문에 병렬 EVM은 가장 중요한 기술 방향 중 하나가 되었습니다.
Monad는 병렬 실행 모델을 통해 확장성과 분산성 간의 균형을 맞추고, EVM 호환성을 손상시키지 않으면서도 개발자에게 10,000 TPS 처리량을 제공합니다. 독립적인 합의는 자율성을 제공하지만 Ethereum의 보안 보장을 희생하여 신뢰와 공유 보안을 우선시하는 개발자에게 방해가 될 수 있습니다.
MegaETH는 의심할 여지 없이 지연 시간과 처리량(TPS) 측면에서 최고 수준이며, 10밀리초의 초저 지연 시간과 100,000 TPS의 처리량을 자랑합니다. 이 솔루션은 GameFi, SocialFi, 고빈도 거래 시나리오와 같이 거의 즉각적인 응답이 필요한 애플리케이션에 적합하지만, 중앙 집중식 정렬 설계로 인해 분산화에 대한 의문이 제기될 수 있습니다.
Pharos는 최대 50K TPS와 2 gGas/s의 거래 처리 용량을 보유하고 있으며, 그 성능은 Monad, MegaETH와 같은 새롭게 등장한 고성능 EVM 블록체인과 유사합니다. 동시에 Pharos의 "Ant Gene"은 기관 고객과 규정 준수 요구 사항을 타겟으로 하는 RWA-Fi에 초점을 맞추고 있으며, 미래 시장에서 요구하는 규정 준수와 효율성을 갖춘 블록체인 인프라를 진정으로 충족할 수 있습니다.
공개된 데이터를 보면 MegaETH와 Pharos의 성과는 Monad보다 훨씬 좋지만, Monad가 가장 많은 자금을 지원받고 있다는 점을 고려하면 획기적인 발전을 이룰 수 있는 충분한 개발 리소스를 갖추고 있습니다. 따라서 Monad, MegaETH, Pharos 간의 경쟁에서 절대적인 선두 주자는 사실상 없으며, 개발자들은 성능, 분산화 또는 전문화 우선순위 사이에서 더 많은 타협을 하게 됩니다.
