안녕하세요, @sjchoi입니다.

오늘은 IOTA나 Byteball, 두 프로젝트에서 주요 알고리즘으로 선택한 DAG(방향성 비순환 그래프, Directed Acyclic Graph)에 대해서 정리해 보려고 합니다. 사실 DAG에 대해서는 이야기만 들었지, 알아 볼 생각을 하지는 않았는데, 제가 관심있게 보고 있는 ADK 프로젝트 역시 이 기술을 채택했기에 공부 차원에서 정리하게 되었습니다.

공부하면서 느낀 건데요.. 깊이 들어가면 한없이 어려워서, 쉽게 이해할 수 있는 부분 위주로 짚었습니다. DAG가 어떤 방식인지, 이 기술이 왜 주목받고 있는지 등 이런 것이 있구나 하고 가볍게(?) 읽어 보시면 좋을 것 같습니다. 음... 정리하다 보니 예상보다 길어져서 가벼울 지는 모르겠습니다^^;

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블록체인의 발전 단계

제목에서도 언급했지만, DAG 알고리즘을 적용한 기술은 블록체인 3.0 시대를 이끌 기술로 꼽히고 있습니다. 세대라고 표현해도 나쁘지 않을 겁니다. Melanie Swan이 쓴 Blockchain에는 블록체인 발전 단계를 3단계로 나누어 설명하고 있습니다.

블록체인 1.0 단계에서는 통화나 화폐로서의 목적을 수행하기 위한 논의가 이루어지는 단계입니다. 현재 우리나라에서 격론이 벌어지고 있는 단계라고 보시면 되겠습니다. 이 단계는 주로 비트코인의 이름으로 진행되는 단계라고들 합니다.

블록체인 2.0 단계는 금융, 경제 분야에서 큰 변화를 가져오는 단계입니다. 거래나 계약에 있어서 국가나 정부와 같이 중앙집권적인 조직이나 중개인을 거치지 않고 상호 계약으로도 충분히 신뢰를 가지고 이루어지는 과정을 그려볼 수 있습니다. 이더리움의 Smart Contract가 대표적인 사례로 언급됩니다.

그러고 난 이후, 블록체인 3.0 단계는 어떤 모습을 보일까요? 이제 단순히 특정 분야를 넘어서 사회 전반에 블록체인 기술이 영향을 미치는 단계입니다. 정부 정책을 활용하는 단계에서도, 의료계에서도, 운송업에서도, 스포츠나 예술 분야에서도 이러한 기술들이 효과적으로 적용될 수 있습니다. 3.0 단계에서는 탈중앙화, 보안, 공개된 장부 등을 바탕으로 하는 블록체인 기술의 특징으로 사회 구성원 개개인에 의한 신뢰를 형성합니다.

사실 어떤 것도 아직 구체화된 것은 없지만, 블록체인 기술의 청사진을 보았을 때 이 기술을 바탕으로 수많은 프로젝트가 사회를 바꾸기 위한 노력을 진행하고 있는 것은 누구나 알고 계실 겁니다. 그 가운데 블록체인 3.0 단계 실현을 위한 훌륭한 기술로 꼽히는 것이 바로 DAG입니다.

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DAG(Directed Acyclic Graph)란?

IOTA 탱글 이미지 / 출처: 위키피디아

블록체인 기술은 분명 획기적인 변화를 이끌어 낼 기술이지만, 몇 가지 아쉬운 단점을 가지고 있습니다. 비트코인에서 항상 논란이 되고 있는 확장성 문제라든지, 블록 생성 시간, 점점 더 커지고 있는 수수료 등은 암호화폐를 실용화하는 데 큰 장애물이 됩니다. 실제로 작년에 ICO 등으로 비트코인이나 이더리움 트랜잭션이 갑작스럽게 몰리면서 전송 속도가 현저히 느려졌던 기억들 다들 있으실 겁니다.

이러한 문제에 대한 해결책의 일환으로 대두된 것이 DAG 방식입니다. DAG는 IOTA에서 ‘탱글’이라는 기술로 다듬어 소개되면서 많이 알려진 알고리즘입니다. Byteball 역시 DAG 방식을 채택하면서 많이 알려졌죠.

그대로 해석을 하면, Directed 방향이 있는 / Acyclic 사이클(순환)을 이루지 않는 / Graph 그래프 입니다. 그래서 방향성 비순환 그래프 또는 방향성 비사이클 그래프라고 일컬어집니다. 위의 그림을 보면 이해가 쉬울 겁니다. 처리를 나타내는 화살표는 일정한 방향이 있고, 순환을 만들지 않습니다. 쉽게 말해 한 트랜잭션이 다음 트랜잭션을 증명해 주는 방식입니다. 이러한 알고리즘을 블록체인 기술과 접목을 시키게 되면서 획기적인 변화를 가져오게 됩니다.

비트코인 블록체인 형성 이미지 / 출처 : 위키피디아

비트코인과 비교를 해 볼까요? 현재 비트코인의 블록은 위와 같은 방식으로 형성이 됩니다. 블록은 보통 10분마다 생성이 되고, 거래의 승인이 됩니다. 거래소나 지갑에서 요구하는 승인의 수는 다르지만, 개개의 승인을 위해서는 10분 단위로 기다려야 합니다. 처음 등장했던 블록체인의 기술은 모두를 열광시켰지만, 사용하면 사용할수록 비효율적인 부분이 드러납니다.

왜 블록을 하나만 인정해서 줄 세우지? 꼭 블록 안에 트랜잭션을 우겨 넣어야 할까? 블록이라는 개념 때문에 10분이나 기다리고, 내 트랜잭션이 블록에 포함되지 않으면 또 기다려야 하잖아!

블록체인은 Block + Chain 입니다. DAG 기술은 DAG 알고리즘을 블록체인 기술에 적용하면서 과감히 블록을 없애고 체인의 형식만을 남겨 버립니다. 사실상 더이상 블록체인이라고 부를 수 없게 된 셈이긴 합니다.

DAG 이미지 / 출처: 위키피디아

위 사진에서 보이는 것처럼 DAG 알고리즘을 적용하게 되면 하나의 트랜잭션은 다음 트랜잭션을 검증하고 승인하게 됩니다. 또 이러한 검증 라인은 직렬이 아니라 병렬적으로 이루어지게 됩니다. 그러니까 블록의 수준을 트랜잭션 수준으로 쪼개고, 이러한 검증이 동시 다발적으로 이루어지는 방식입니다. 위의 아이오타 탱글 이미지를 한 번 더 참고하시면 이해를 도울 수 있습니다.

이 기술이 획기적인 이유는!!

비트코인과 스케일링(확장성) 이슈를 예로 들어 볼 수 있겠습니다. 비트코인의 대표적인 문제로 지적되는 문제로 스케일링 문제가 있습니다. 처음 설계된 비트코인 블록의 크기는 1MB였는데, 여기에는 대략 3,000개의 트랜잭션이 담길 수 있다고 합니다. 처음에는 이 정도 크기로도 충분히 감당할 수 있었죠. 그런데 비트코인 거래가 늘어나면서 블록이 감당하지 못하는 수준에 이르자, 이 문제의 해결책으로 세그윗이나 사이드 체인이 언급된 것입니다. 세그윗을 통해 비트코인을 그대로 두면서 블록의 크기를 늘리거나 트랜잭션을 더욱 가볍게 도와줄 수 있는 사이드 체인(대표적으로 루트스탁)을 통해 이 문제를 해결하려고 했던 것인데, 많은 사람들이 기억하듯 세그윗 과정에서는 수많은 논란과 공포가 있었고, 루트스탁은 아직 진행 중인 프로젝트입니다.

스케일링 이슈에 참고할 스팀잇 글
@coinpressokr님 [비트코인 시리즈 칼럼] (3) 두 번째 치명적 약점, 스케일링 이슈
@morning님 세그윗
@twinbraid님 세그윗(SegWit)에 대해서 알아보자
@maa님 비트코인 스케일링 해결책? : 루트스톡(Rootstock)

그런데 위의 복잡한 과정을 블록을 없애고 검증 단위를 쪼개면서 해결한 것이 바로 DAG 기술입니다. 이것이 기술의 대중화에 가장 큰 난관이었던 확장성 문제를 해결할 수 있는 대안으로서, 블록체인 3.0 단계에서 주목받게 된 이유입니다.

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DAG 방식의 장점

DAG 이미지 / 출처: 위키피디아

속도가 빠르다
앞서 설명 드렸듯이, DAG 알고리즘이 적용된 기술은 블록이 없기 때문에 채굴자들의 트랜잭션 승인을 기다릴 필요가 없습니다. 블록 생성 없이 트랜잭션이 다른 트랜잭션을 검증하기 때문에 매우 빠른 속도로 이 절차가 수행됩니다. 여기에 더해서 이러한 과정이 동시에 병렬적으로 이루어지므로 속도에 있어서는 강점을 가지게 됩니다.

수수료가 없다
거래소 수수료는 논외로 하고, POW 방식의 암호화폐를 전송하는 데 드는 수수료는 대체로 채굴에 대한 보상으로 발생합니다. 그리고 덩치가 커진 암호화폐는 그만큼 수수료가 커집니다. 하지만 블록의 개념이 없는 DAG 방식은 채굴자가 없기 때문에 기본적으로 수수료 또한 발생하지 않습니다.

확장성 문제에서 자유롭다
비트코인과의 비교에서 살펴본 것처럼 DAG 방식은 확장성에서 자유롭습니다. 거래 요청이 늘어난다고 해서 거래 승인이 지연되거나 병목현상이 발생하지 않습니다. 오히려, 사용자가 늘어 트랜잭션이 많아질수록 검증의 신뢰도와 속도는 증가합니다. 이는 블록체인 기술의 대중화에 걸맞은 장점이라고 볼 수 있습니다.

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DAG 방식을 채택한 프로젝트

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참고
Blockchain(BLUEPRINT FOR A NEW ECONOMY), Melanie Swan
A Primer on IOTA (with Presentation)
DAG vs the Blockchain
Explaining Directed Acylic Graph (DAG), The Real Blockchain 3.0
[포커스] 가상화폐는 시작일 뿐, 블록체인 3.0 시대가 오면…
Directed acyclic graph Wikipedia

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마치며

부족한 글 읽어주셔서 대단히 감사합니다. 정리하는 데만 몇 시간이 걸렸네요.
DAG에 관해 다룬 포스팅은 많지 않은 것 같습니다. 부족한 검색 능력으로 정리한 내용들이라 보면서 미흡한 점들이 보이실 수 있을 텐데요. 보시다가 수정 및 보완할 사항이 있으시거나 더 자세한 정보가 있으시다면 언제든 알려주세요! 틈틈이 보완해서 완성도를 높여 보겠습니다ㅎㅎ

공부하면 할수록 새롭게 알게 되는 것이 정말 끝도 없이 쏟아져 나오는 것 같습니다. 그만큼 변화의 물결이 거세다는 게 아닌가 합니다. 앞으로 몇 년 동안 얼마나 많은 것들이 변화할지 가늠이 되지 않지만, 변화의 흐름에서 눈을 돌리기보다는 적극적으로 살펴보는 것이 중요하지 않을까 합니다.

또 다음 포스팅으로 인사드리겠습니다.
좋은 하루 보내세요^^