[Besu] Hyperledger Besu란?

1. 엔터프라이즈 블록체인

블록체인의 가장 주요한 가치 중 하나는 탈중앙화일 것입니다. 블록체인을 이용하면 중앙의 통제나 간섭 없이 개인 대 개인이 신뢰 가능한 거래를 할 수 있죠. 그런 의미에서 기업이나 기관들이 조직 내부에서 이것을 활용한다고 하면 왠지 어울리지 않는듯한 느낌이 듭니다. 기업은 하나의 목표로 움직여야하기 때문에, 아무리 수평적인 팀이라도 팀장은 존재하기 마련입니다. 게다가 공급망 상품 추적, 글로벌 결제내역 등 비즈니스 프로세스를 관리하는데에 사용할텐데 개인 누구나 접근해 읽고 쓰기에는 적합하지 않아 보입니다. 

따라서 기업은 네트워크의 주체가 존재하고 자신들이 정한 조건에 맞지 않는 참여자는 제한할 수 있도록 하는 허가형 블록체인을 사용합니다. 엔터프라이즈 블록체인은 기업에서 사용하는 허가형 네트워크를 의미하고, 하나의 기업 내부에서 사용할 수도 있고, 여러 개의 기업이 참여해서 원장을 공유하도록 할 수도 있습니다. 후자와 같은 경우는 '컨소시엄 블록체인'이라고 특정해 부릅니다. 

엔터프라이즈 블록체인은 책임, 허가, 수정, 확장 특성을 갖습니다.

• 책임 : 네트워크의 각 노드들은 신원이 알려지고, 자신의 행동(트랜잭션 등)에 대해 책임을 져야할 수도 있습니다.
• 허가 : 네트워크의 주체가 허가한 사용자만 블록체인을 사용할 수 있습니다.
• 수정 : 만약 네트워크를 운영하는 참여자들이 모두 동의한다면, 데이터를 수정할 수도 있습니다.
• 확장 : 탈중앙화가 덜 되어있기 때문에, 새로운 트랜잭션을 쉽게 업데이트 해줄 수 있습니다.

 

2. Hyperledger Besu

하이퍼레져는 리눅스 재단이 주관하여 진행 중인, 스마트 컨트랙트를 구현할 수 있는 오픈 소스 기반의 엔터프라이즈 블록체인 프로젝트입니다. 정말 많은 상세 기능들이 있지만, 주요 스펙들을 정리해봤습니다.

기반	이더리움
언어	JAVA
합의	작업증명(Ethash), 권위증명(Clique, IBFT2.0, QBFT)
스마트 컨트랙트	가능(EVM, 이더리움 Solidity 거의 호환, 결정론적)
허가	화이트리스트 방식
보안	private 트랜잭션
영지식 증명	없음
트랜잭션 흐름	명령 → 실행/검증
고유 화폐	없음, 스마트 컨트랙트를 이용한 토큰
특징	EEA 스펙 준수, 일반적인 이더리움 클라이언트 기능도 지원, 계정 기반 등

 

이더리움, 스마트 컨트랙트

먼저 기반에 대해 알아보겠습니다. 이더리움에 대해 잠깐 먼저 설명드리자면, 이더리움 역시 비트코인과 마찬가지로 작업증명을 사용하는 퍼블릭 블록체인입니다. 블록을 만들고, 엄청난 노력을 들여 채굴 후 블록을 체인에 올려 네트워크에 전파합니다. 하지만 이더리움은 화폐로서의 기능만 할 수 있는 비트코인과는 다르게, 스마트 컨트랙트를 지원해 블록체인을 플랫폼화 시켰습니다. 장부를 줄이 그어져 있는 가계부 노트가 아닌, 무엇이든 적을 수 있는 백지 노트로 만든 것 입니다. 자체 프로그래밍 언어인 Solidity로 코드를 작성하고 블록에 넣어 올리면, 이것을 각 노드가 이더리움 가상머신(EVM)을 이용해 실행하여 검증합니다.

이 이더리움을 개조하여 JAVA로 구현한 오픈소스 클라이언트가 Besu입니다. EVM, Solidity가 호환되는 스마트 컨트랙트를 사용할 수 있고, 원한다면 합의 알고리즘을 작업증명(Ethash)으로 설정해 이더리움 네트워크의 클라이언트처럼 사용할 수도 있습니다. (참고로 클라이언트라 하면 자연스럽게 서버를 떠올리게 되지만, 블록체인은 탈중앙화된 개념이기 때문에 중앙서버가 따로 없이 클라이언트만 존재합니다)

보통 이더리움 클라이언트로 Geth을 많이 사용하지만, Besu로 채굴을 하는 경우도 있습니다.

합의 알고리즘을 권위증명으로 설정한다면 엔터프라이즈 블록체인으로 활용하게 되겠죠. Besu는 Clique, IBFT2.0, QBFT 등 다양한 권위증명 합의 알고리즘을 제공합니다. 각 권위증명 알고리즘을 몇가지 기준을 통해 비교해보겠습니다.

 

다양한 합의 알고리즘

먼저 즉결성(Immediate Finality)은 '체인에 올라간 데이터가 바로 확정되는가'를 말합니다. 작업증명을 설명할 때 '블록이 동시에 채굴되게 되면 Fork가 발생하게 되고, 몇 개의 블록이 뒤에 달려야 확정할 수 있다'고 했었는데 기억 나시나요? 이런 경우는 즉결성이 없다고 말합니다. IBFT나 QBFT 합의 알고리즘은 올라간 블록은 바로 확정되지만, Clique 알고리즘은 그렇지 않습니다. 

검증자의 최소 수는 '최소 몇 명의 검증자가 있어야 블록체인 네트워크가 돌아가는가'를 말합니다. IBFT, QBFT는 앞서 설명했던 비잔틴 문제 내성(Byzantine Fault Tolerant)이 적용되었고, 이 시스템은 아래 그림과 같이 끊임없이 상호 통신하며 합의를 해야 하는 시스템 이므로 최소 4명의 검증자가 필요합니다. 반면에 Clique는 최소 하나의 노드로도 동작이 가능하지만 단독 검증자에 장애가 발생할 경우, 이에 대한 대책은 마련되어 있지 않습니다. 

 

Clique가 IBFT와 QBFT보다 더 내결함성이 강합니다. Clique는 검증자들의 절반 정도가 결함이 생기더라도 합의를 할 수가 있습니다. 하지만 IBFT나 QBFT의 경우 2/3 이상의 검증자들이 응답을 줄 수 있는 상태여야 합의가 가능합니다. 참고로 3개 이하의 검증자로는 서로 다른 환경에서 실행했을 때 블록을 생성하긴 하지만 즉결성이나 BFT를 보장할 수 없으니 실제 사용 시에는 추천되지 않습니다.

속도 측면에서는, 합의에 이르고 블록을 추가하는 속도 자체는 Clique가 더 빠릅니다. 하지만 검증자가 증가할수록 분기가 일어날 확률이 높아집니다. 반면에 IBFT, QBFT는 검증자가 증가해도 분기가 일어나지는 않지만, 합의에 이르고 블록을 추가하는 속도는 점점 더 느려집니다.

 

허가(Permissioning), 프라이버시(Privacy)

허가와 프라이버시는 약간 다른 개념입니다. 허가는 체인에 데이터를 추가할 수 없도록 하는 기능이라면, 프라이버시는 접근하여 데이터를 볼 수 없도록 하는 기능입니다. 

먼저 허가는 화이트리스트 방식으로 이루어집니다. 블랙리스트의 반댓말이라고 생각하시면 바로 이해가 되실 겁니다. 미리 명단을 가지고 있고, 해당 명단에 있는 사람들만 허가가 됩니다. 허가에는 노드 허가와 계정 허가가 있으며, 이것을 각 노드 레벨에서 지정할 수도 있고, 네트워크 레벨에서 지정할 수도 있습니다. 노드 허가를 이용하여 개별 노드에 대한 연결을 제어하고, 계정 허가를 이용하여 노드가 트랜잭션을 수락하고 거부할 계정을 제한할 수 있습니다. 이것을 노드 레벨에서 정의하면 자신이 통제하는 노드만 해당 설정을 따를 것입니다. 온체인에서는 스마트 컨트랙트를 사용하여 노드, 계정, 관리자의 허용 목록을 저장하고 관리하며, 모든 노드가 단일 허용 목록을 읽을 수 있습니다. 

Besu에서 프라이버시는 참여자들 사이의 트랜잭션을 비공개로 하는 것을 말합니다. 다른 참가자들은 어떤 참가자들이 어떤 트랜잭션을 주고 받았는지 액세스할 수 없습니다. Besu는 이것을 Tessera(舊 Orion)라는 플러그인으로 관리합니다. Besu에서 프라이버시 설정이 있는 네트워크의 각 참여자들은 기본값으로 Tessera 노드와 Besu 노드 각각을 하나씩 띄워놓게 됩니다. Tessera를 통해 키를 주고 받으며 프라이빗 트랜잭션을 수행하게 됩니다.

<프라이빗 트랜잭션에 대한 설명>