블록 체인은 이미 뜨거운 IT 화제 중 하나다.
알아가면 알아갈 수록 이 기술에 대한 발전 가능성이 엄청나다는 사실을 깨닫고 있다.
블록 체인에 대해 이해하기 위해 필요한 개념들을 정리할 필요가 있다.
블록 체인을 이해하기 위해서는 분산 시스템을 이해해야한다.
분산 시스템
컴퓨터 패러다임 중 하나로, 둘 이상의 노드가 공동으로 결과를 얻기 위해 조율하며 함께 동작하는 방식이다.
여기서 노드란, 분산 시스템의 개별 참가자로 정의하며 쉽게 말해서 하나의 컴퓨터, 하나의 참여자를 뜻한다.
여러 참여자가 업무를 같이 나눠서 처리하는 것이다. 여기서 사람들을 쉽게 믿지 못하는 사람들은 자연스레 의문이 들 수 있다.
'일을 나눠서 한다고? 그러면 그 중 한 명이 나쁜 놈이면? 모든 일이 엉망이 되거나 결과가 그 나쁜 놈이 원하는 대로 만들어질 수 있지 않을까?'
아주 자연스러운 발상이고 이 문제가 오래 전부터 분산 시스템을 개발해오던 사람들이 늘 가지고 있던 고민이다. 이런 악의적인 노드(나쁜 놈)을 비잔틴 노드라고 부른다. 분산 시스템에서는 비잔틴 노드 문제를 해결하기 위해 다양한 알고리즘을 개발해왔다. (이런 알고리즘 종류와 개념들만 쭉 훑어봐도 사람들이 얼마나 진지하게 고민해왔는지 느낄 수 있다.)
분산 시스템에서 필요한 조건
그렇다면 좋은 분산 시스템에는 어떤 특징들이 있어야할까?
분산 시스템에서는 도달하고자하는 3가지 속성이 있다.
1. 정합성 (Consistency)
2. 가용성 (Availability)
3. 분할 허용성 (Partition tolerance)
와... 또 딱딱한 이야기한다. 생각하겠지만, 이는 이름일 뿐이다.
하나하나 쉽게 풀어서 알아보면 어찌보면 당연한 이야기들 뿐이다.
아주 빠르고 간단하게 풀어보도록 하겠다.
1. 정합성 (Consistency)
분산 시스템에 있는 모든 노드들이 같은 데이터를 가지고 있게 하는 것이다. 다 같이 해킹 스터디를 하는데, 혼자 국어책을 가지고 와서 공부하는 학생을 생각해보자. 다른 사람들은 해킹 책을 나눠가며 읽고 토의하는 와중에, 혼자만 딴 소리하게 될거고 스터디는 엉망이 될 것이다.
중앙 집중 방식의 시스템에서는 운영하는 서버가 이를 관리한다. 서버가 공통의 정보를 가지고 있고 클라이언트들이 그 정보를 받아서 사용한다. 즉, 최신화되어있는 데이터는 서버가 가지고 있다.
그런데, 분산 시스템은 이런 중앙 서버가 없이 서로서로 각자 알아서 최신화된 데이터를 가지고 있어야한다는 것이다.
2. 가용성 (Availability)
분산 시스템에서 각각의 노드가 정상적으로 요청을 처리하고 응답할 수 있어야한다는 말이다. 즉, 각각의 노드에서 데이터를 받아 사용할 수 있고 또한 각각의 노드들은 서로의 요청에 응답할 수 있다. 쉽게 말하면 각 노드가 띵가띵가 놀지 않고 열심히 일을 한다는 말이다!
3. 분할 허용성 (Partition tolerance)
분산 시스템은 네트워크 장애로 인해 통신이 안되거나 어떤 노드가 장애가 될 때 그 문제되는 부분을 제외하고 나머지 그룹들 끼리라도 계속 올바르게 동작해야한다는 것이다. 이 분할 허용성 또한 굉장히 중요한데, 만약 분산 시스템이 1000개의 노드로 이루어져있다고 생각하면 이 1000개가 모두 잘 동작해야한다는 건데, 하나라도 문제가 생기거나 인터넷이 끊겼을 때 전체 시스템이 동작을 못한다면 많은 사람들이 쓰지 못하게 된다. 분산 시스템에 많은 노드들을 포함시키려면 굉장히 중요한 성질 중 하나다.
분산 시스템은 이 3가지 속성을 만족시키기 위해 개발자들이 열심히 머리를 써왔다.
그러나 허무한 결과가 나왔는데, 바로 그게 CAP 정리다.
CAP 정리 (Consistency - Availability - Partition tolerance)
브루어의 정리(Brewer's theorem)이라고도 하는데, 에릭 브루어(Eric Brewer)가 1998년에 가설로 내세웠고, 그걸 2002년 세스 길버트(Seth Gilbert)와 낸시 린치(Nancy Lynch)에 의해 입증되었다.
[CAP Theorem]
어떤 분산 시스템이든 정합성과 가용성, 분할 허용성을 동시에 만족시킬 수 없다.
띠용..?
분산 시스템에서 만족해야할 성질 3가지를 선정하고 이를 향해 노력해왔건만...
이건 잡지 못하는 무지개와 같...
침착하게 살펴보자...
그 내용은 다음과 같다.
노드가 2개인 분산 시스템을 가정하고 설명이 시작된다.
CAP는 다음의 내용들이다.
- 정합성은 두 노드가 동일한 공유 상태인 경우, 즉 두 노드가 동일하게 데이터의 최신 사본을 갖고 있는 경우에 달성된다.
- 가용성은 두 노드가 모두 가동 중이고 최신 데이터 사본으로 응답하는 경우에 달성된다.
- 분할 허용성은 두 노드 간에 통신이 끊어지지 않고, 서로 통신 가능한 경우에 달성된다.
여기서 분할이 발생해서 두 노드가 서로 통신할 수 없는 경우를 생각해본다.
이때 하나의 노드에 새로운 데이터가 전달되면 엄청난 문제가 발생된다. 통신 두절이기 때문에 하나의 노드에만 업데이트 될 수밖에 없다.
이 경우에 해당 노드가 업데이트를 수용하면, 네트워크에서 이 노드 하나만 업데이트되므로 정합성을 잃게된다.
그런데 반대로 노드가 업데이트를 거절하면, 가용성을 잃는 결과를 초래한다.
즉 여기서 분할 가능성을 성립하는 순간 둘 중에 하나는 탈락이다.
하... 그렇다면 분산 시스템은 여기서 끝이란 말인가...
이때 블록 체인이 등장하는데..!
신기하게 이 블록 체인은 CAP를 모두 만족해버린다.
?! 아! 그러면 CAP 정리는 거짓이었구나!
또 그렇지 않다. 블록 체인은 CAP를 만족하기 위해 정합성을 아주 잠깐 포기한다.
정합성이란 모든 노드가 똑같은 최신 데이터를 가지고 있어야한다는 것이다.
그런데, 블록 체인의 경우 정합성이 깨지는 것을 잠깐 눈감아준다.
대신 시간이 지날 수록 모든 노드들이 같은 데이터를 가질 수 밖에 없게 되는 정말 신기한 마법 같은 일을 구현해냈다.
그렇게 인간들의 CAP를 향한 노력의 산물이 블록 체인이다.
