핵심 인사이트
- 블록체인 샤딩(Sharding)은 네트워크를 여러 샤드(Shard)로 분할해 각 샤드가 독립적으로 트랜잭션을 처리하는 수평 확장 기법 — 비트코인/이더리움이 모든 노드가 모든 트랜잭션을 검증하는 구조의 TPS 한계를 돌파하기 위해 도입한다.
- 블록체인 트릴레마(Trilemma)와 샤딩 — 탈중앙화·보안·확장성 세 가지를 동시에 완벽히 달성하기 어렵다는 Vitalik의 트릴레마에서, 샤딩은 확장성을 높이지만 단일 샤드 공격(1% 공격)·크로스샤드 통신 비용이라는 새 도전을 만든다.
- Ethereum의 Danksharding(2024~)은 실행 샤딩 대신 데이터 가용성 샤딩 — 트랜잭션 실행은 L2 롤업이 담당하고, 이더리움은 롤업 데이터를 분산 저장하는 "데이터 레이어" 역할에 집중하는 설계 방향이다.
Ⅰ. 블록체인 확장성 문제
블록체인 TPS 한계:
비트코인: ~7 TPS (블록크기 1MB, 10분 블록)
이더리움: ~15 TPS (가스 한도, 12초 블록)
VISA: 24,000 TPS (평균)
65,000+ TPS (피크)
확장성 제약 원인:
전체 노드 검증:
모든 풀노드 → 모든 트랜잭션 검증
→ 전체 네트워크 용량 = 가장 느린 노드 속도
트릴레마 (Trilemma):
탈중앙화 (Decentralization)
보안 (Security)
확장성 (Scalability)
→ 셋 중 둘만 달성 가능?
비트코인: 탈중앙화 + 보안 (확장성 희생)
EOS: 보안 + 확장성 (21개 BP로 탈중앙화 희생)
확장 솔루션:
L1 (온체인):
- 블록크기 증가 (BSV, BCH)
- 샤딩 (Ethereum 계획)
- 합의 알고리즘 변경 (PoS)
L2 (오프체인):
- 롤업 (Arbitrum, Optimism)
- 페이먼트 채널 (Lightning Network)
- 사이드체인 (Polygon)
📢 섹션 요약 비유: 블록체인 확장성 문제는 단일 계산원 — 슈퍼마켓에 계산원 1명(모든 노드 동일 검증), 줄이 길어도 더 빠른 계산원을 쓸 수 없어요. 샤딩은 계산대 여러 개 열기!
Ⅱ. 샤딩 메커니즘
블록체인 샤딩 구조:
네트워크 분할:
전체 네트워크 (N개 노드)
↓ K개 샤드로 분할
샤드 1: 노드 1~N/K, 트랜잭션 A-F
샤드 2: 노드 N/K+1~2N/K, 트랜잭션 G-M
...
샤드 K: 마지막 노드들, 트랜잭션 ...
각 샤드: 독립 합의, 독립 블록 생성
→ 병렬 처리 → TPS × K
샤딩 유형:
1. 네트워크 샤딩 (Network Sharding):
노드를 샤드로 분할
→ 각 샤드만 통신
2. 트랜잭션 샤딩 (Transaction Sharding):
트랜잭션을 샤드로 배분
동일 계정의 TX → 동일 샤드
3. 상태 샤딩 (State Sharding):
블록체인 상태(계정 잔액 등)를 분할
각 샤드가 일부 상태만 보유
→ 가장 어렵지만 가장 효과적
크로스 샤드 통신 (Cross-Shard):
샤드 A의 Alice → 샤드 B의 Bob 전송
문제: 서로 다른 샤드 = 서로 다른 합의
해결 방법:
1. 2단계 커밋 (2-Phase Commit):
잠금 → 커밋 (느림)
2. 영수증 기반 (Receipt-Based):
샤드 A: 소각 영수증 생성
샤드 B: 영수증 확인 후 발행
→ Ethereum 초기 샤딩 계획
📢 섹션 요약 비유: 블록체인 샤딩은 은행 지점 분리 — 전국 거래를 본점(단일 체인) 하나에서 처리하다가, 지역별 지점(샤드)이 독립적으로 처리. 지점 간 송금(크로스샤드)만 복잡!
Ⅲ. 1% 공격과 보안
샤딩의 보안 위험: 1% 공격
단일 체인:
공격자 51% 해시파워 필요
전체 네트워크의 51%
샤딩 (10개 샤드):
단일 샤드 공격: 샤드 검증자의 51% 필요
전체 네트워크의 51%/10 = 5.1%
→ 공격 비용 10× 감소!
완화 방법:
1. 랜덤 샤드 배정 (Random Shuffling):
검증자를 주기적으로 무작위로 샤드 재배정
VDF (Verifiable Delay Function):
조작 불가능한 랜덤성 생성 (Ethereum 사용)
재배정 빈도 ↑ → 보안 ↑ but 오버헤드 ↑
2. 충분한 샤드 크기:
샤드당 최소 검증자 수 유지
Ethereum 목표: 샤드당 128명 검증자
→ 통계적으로 1% 공격 현실적 불가
3. 크로스링크 (Crosslink):
비콘 체인이 각 샤드 상태 주기적 확인
→ 샤드 조작 탐지
Ethereum 2.0 (PoS + 샤딩):
PoS 검증자: 스테이킹 32 ETH
랜덤 위원회(Committee)로 샤드 배정
에포크(32 슬롯)마다 재배정
📢 섹션 요약 비유: 1% 공격은 작은 분대 점령 — 전군(전체 체인) 공격은 어려운데, 소부대(샤드) 하나 점령하면 그 샤드 독점. 랜덤 배치(셔플)로 어느 부대에 적이 올지 모르게!
Ⅳ. Danksharding (Ethereum)
Ethereum 샤딩 로드맵 변화:
초기 계획 (2018~2021):
실행 샤딩: 64개 샤드 × 독립 스마트컨트랙트
크로스샤드 통신 복잡 문제
방향 전환 (2021~):
"롤업 중심" 전략 발표 (Vitalik)
L2 롤업이 실행 담당
이더리움 = 데이터 가용성 + 합의
Proto-Danksharding (EIP-4844, 2024.03):
Blob Transaction 도입
Blob: 임시 데이터 저장 (L2 롤업 데이터)
크기: 블롭당 ~128 KB
유지 기간: ~18일 후 자동 삭제
효과:
롤업 L2 수수료: 10~100× 감소
(calldata 대비 저렴한 blob 공간)
Cancun 업그레이드로 실제 구현됨
Full Danksharding (미래):
64개 Blob/블록 (현재 Proto-DAS: 6개)
PeerDAS: 분산 데이터 가용성 샘플링
최종 목표:
이더리움: ~16 MB/s 데이터 처리
L2 TPS 수백만 가능 (롤업 통합)
KZG 약속 (KZG Commitments):
Blob 데이터 검증 수학적 기법
모든 노드가 블롭 전체 다운로드 없이
일부 샘플링으로 가용성 확인 (DAS)
📢 섹션 요약 비유: Danksharding은 창고(이더리움)→배송 네트워크 전환 — 이더리움이 직접 배달(실행) 대신, 배달부(L2 롤업) 위탁 + 창고(데이터 저장)만 집중. 효율 폭발!
Ⅴ. 실무 시나리오 — Zilliqa 샤딩
Zilliqa — 퍼블릭 블록체인 샤딩 구현:
배경:
2018년 메인넷 출시
업계 최초 실용 샤딩 블록체인
아키텍처:
DS Committee (Directory Service):
→ 새 에포크마다 샤드 구성 결정
→ PoW로 DS 위원회 선정
샤드 노드:
트랜잭션 샤딩 처리
PBFT 합의 (샤드 내)
크로스샤드 처리:
DS Committee 최종 합병
성능:
2,400개 노드 기준:
샤드 4개 → TPS 2,828
샤드 6개 → TPS ~2,488 (일부 오버헤드)
이론: 샤드 × 500 TPS
한계:
상태 샤딩 미구현 (트랜잭션 샤딩만)
크로스샤드 스마트컨트랙트 제약
교훈:
샤딩은 기술적으로 가능하지만 복잡
크로스샤드 통신이 주요 병목
Ethereum의 전략 전환(롤업+DAS)이 현실적
현재:
ZIL: DeFi, 게임 용도
Ethereum L2 롤업 + Danksharding이 주류 흐름
📢 섹션 요약 비유: Zilliqa 샤딩은 최초 실험실 — 이론을 실제로 구현한 선구자. 트랜잭션 샤딩으로 TPS 향상. Ethereum은 이 실험을 참고해 더 실용적인 롤업+DAS로 진화!
📌 관련 개념 맵
블록체인 샤딩
+-- 유형
| +-- 네트워크 샤딩
| +-- 트랜잭션 샤딩
| +-- 상태 샤딩 (가장 어려움)
+-- 보안
| +-- 1% 공격 취약성
| +-- 랜덤 검증자 배정 (VDF)
+-- Ethereum 로드맵
| +-- Proto-Danksharding (EIP-4844)
| +-- Full Danksharding (미래)
| +-- Blob Transaction
+-- 구현 사례
+-- Zilliqa
+-- Near Protocol (Nightshade)
+-- Harmony
📈 관련 키워드 및 발전 흐름도
[블록체인 확장성 문제 부각 (2017)]
CryptoKitties → 이더리움 네트워크 마비
TPS 한계 주목
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v
[샤딩 연구 (2017~2019)]
Ethereum 샤딩 백서
Zilliqa 메인넷 (2018)
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v
[롤업 전략 전환 (2021)]
Vitalik: 롤업 중심 L2
이더리움 = DA 레이어
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v
[Proto-Danksharding (2024.03)]
EIP-4844, Blob TX
롤업 수수료 10~100× 감소
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v
[Full Danksharding (미래)]
PeerDAS, 1,600만 TPS (L2 포함)
👶 어린이를 위한 3줄 비유 설명
- 샤딩은 계산대 여러 개 — 슈퍼마켓에 계산원 1명(단일 체인) → 계산대 10개(10개 샤드)로 동시에 계산. TPS 10배!
- 1% 공격 위험 — 소규모 그룹(샤드)은 더 쉽게 공격당해요. 주기적 랜덤 배치(셔플)로 공격자가 누구와 한 팀인지 모르게!
- Ethereum의 선택 — 직접 실행 샤딩 대신, L2 롤업이 실행하고 이더리움은 데이터 저장만. Blob 데이터로 롤업 수수료 100배 절감!