a16z Crypto 최신 연구: DeFi 대규모 응용의 핵심은 무엇인가?

저자：PGarimidi、jneu_net、@MaxResnic

편집：佳欢，ChainCatcher

블록체인은 이제 기존 금융 인프라와 경쟁할 수 있는 능력을 갖추었다고 실질적으로 주장할 수 있습니다. 현재의 생산 시스템은 매초 수만 건의 거래를 처리할 수 있으며, 곧 수량적 향상을 맞이할 것입니다. 그러나 원시 처리량 외에도 금융 애플리케이션은 예측 가능성이 필요합니다. 거래, 경매 입찰 또는 옵션 행사와 관계없이 금융 시스템의 정상적인 운영은 특정한 답변을 요구합니다: 이 거래는 도대체 언제 실행될까요? 거래가 예측할 수 없는 지연에 직면할 경우(악의적이든 우연적이든), 많은 애플리케이션은 사용할 수 없게 됩니다.

온체인 금융 애플리케이션이 경쟁력을 갖추기 위해서는 블록체인이 단기 패키징 보장을 제공해야 합니다. 즉, 네트워크에 유효한 거래를 제출하면 가능한 한 빨리 패키징될 수 있도록 보장해야 합니다. 예를 들어, 온체인 주문서부를 고려해 보십시오. 효율적인 주문서부는 시장 조성자가 장부에 자산의 매수 및 매도 주문을 유지하여 지속적으로 유동성을 제공해야 합니다.

시장 조성자가 직면한 주요 문제는 매수-매도 스프레드를 가능한 한 최소화하면서도 시장에서의 가격 편차로 인해 "역선택"의 위험에 빠지지 않도록 하는 것입니다. 이를 위해 시장 조성자는 현실 세계의 상태를 반영하기 위해 지속적으로 주문을 업데이트해야 합니다. 예를 들어, 연준의 발표로 자산 가격이 급등하면 시장 조성자는 즉시 반응하여 주문을 새로운 가격으로 업데이트해야 합니다. 이 경우, 시장 조성자가 주문을 업데이트하는 거래가 즉시 실행되지 않으면, 그들은 차익 거래자가 구식 가격으로 거래를 체결함으로써 손실을 입게 됩니다. 이후 시장 조성자는 이러한 사건에서의 위험 노출을 줄이기 위해 더 큰 스프레드를 설정해야 하며, 이는 다시 온체인 거래소의 경쟁력을 저하시킵니다.

예측 가능한 거래 패키징은 시장 조성자에게 강력한 보장을 제공하여 오프체인 사건에 신속하게 반응하고 온체인 시장의 효율성을 유지할 수 있도록 합니다.

우리가 가진 것과 우리가 필요한 것

현재 기존 블록체인은 안정적인 최종 패키징 보장만을 제공하며, 일반적으로 몇 초의 시간 간격 내에 유효합니다. 이러한 보장은 결제와 같은 애플리케이션에는 충분하지만, 시장 참여자가 실시간으로 정보에 반응해야 하는 대규모 금융 애플리케이션을 지원하기에는 너무 약합니다.

위의 주문서부를 예로 들면: 시장 조성자에게는 차익 거래자의 거래가 더 이른 블록에 포함될 수 있다면, "미래 몇 초 내"에 패키징될 것이라는 보장은 의미가 없습니다. 강력한 패키징 보장이 없다면, 시장 조성자는 스프레드를 확대하고 사용자에게 더 나쁜 가격을 제공하여 증가된 역선택 위험에 대응해야 합니다. 이는 다시 온체인 거래가 더 강력한 보장을 제공하는 다른 거래소에 비해 매력을 크게 떨어뜨립니다.

블록체인이 진정으로 자본 시장 현대화 인프라로서의 비전을 실현하기 위해서는, 건설자들이 이러한 문제를 해결해야 하며, 주문서부와 같은 고부가가치 애플리케이션이 번창할 수 있도록 해야 합니다.

예측 가능성을 실현하는 것이 왜 어려운가?

기존 블록체인의 패키징 보장을 강화하여 이러한 사용 사례를 지원하는 것은 도전 과제입니다. 현재의 일부 프로토콜은 특정 시점에 거래 패키징을 결정할 수 있는 노드("리더")에 의존할 수 있습니다. 이는 고성능 블록체인을 구축하는 엔지니어링 도전을 단순화하지만, 이러한 리더가 가치를 착취할 수 있는 잠재적 경제적 병목 현상을 도입합니다. 일반적으로 노드가 리더로 선택되는 기간 동안, 그들은 어떤 거래를 블록에 패키징할지에 대한 완전한 권한을 가지고 있습니다. 모든 규모의 금융 활동을 처리하는 블록체인에서 리더는 특권을 누립니다. 만약 이 단일 리더가 특정 거래를 패키징하지 않기로 결정하면, 유일한 해결책은 다음에 그 거래를 패키징할 의사가 있는 리더를 기다리는 것입니다.

무허가 네트워크에서 리더는 가치를 착취할 동기가 있습니다. 이를 MEV라고 합니다. MEV는 AMM 거래를 포위하는 것과 같은 범위를 훨씬 초과합니다. 리더가 거래 패키징을 몇 밀리초 지연시키는 것만으로도 그들에게 막대한 이익을 가져다주고, 기본 애플리케이션의 효율성을 저하시킬 수 있습니다. 일부 거래자 거래만 우선 처리하는 주문서부는 다른 모든 사람에게 불공정한 경쟁 환경을 조성합니다. 최악의 경우, 리더는 거래자가 플랫폼을 완전히 떠날 정도로 적대적이 될 수 있습니다.

금리가 인상되어 ETH 가격이 즉시 5% 하락한다고 가정해 보십시오. 주문서부의 모든 시장 조성자는 자신의 매도 주문을 취소하고 새로운 가격으로 새로운 주문을 내기 위해 경쟁합니다. 동시에 모든 차익 거래자는 구식 매도 주문 가격으로 ETH를 판매하는 주문을 제출합니다. 만약 이 주문서부가 단일 리더 프로토콜에서 운영된다면, 그 리더는 막대한 권력을 갖게 됩니다. 리더는 모든 시장 조성자의 취소 작업을 검토하여 차익 거래자가 막대한 이익을 얻도록 할 수 있습니다. 또는 리더가 취소 작업을 직접 검토하지 않고, 차익 거래자의 거래가 실행된 후에 취소 작업을 지연시킬 수도 있습니다. 리더는 가격 차이를 최대한 활용하기 위해 자신의 차익 거래를 직접 삽입할 수도 있습니다.

두 가지 기본 요구 사항

이러한 이점에 직면하여 시장 조성자의 적극적인 참여는 경제적 효율성을 잃게 됩니다. 가격이 변동할 때마다 그들은 손해를 볼 수 있습니다. 이 문제는 리더가 두 가지 주요 측면에서 지나치게 많은 특권을 가지고 있다는 것으로 귀결됩니다: 1) 리더는 다른 사람의 거래를 검토할 수 있으며, 2) 리더는 다른 사람의 거래를 보고 이에 따라 자신의 거래를 제출할 수 있습니다. 이 두 가지 문제 중 어느 하나라도 재앙적일 수 있습니다.

예시

우리는 다음 예시를 통해 문제의 본질을 정확히 파악할 수 있습니다. Alice와 Bob이라는 두 입찰자가 있는 경매를 고려해 보십시오. 여기서 Bob은 경매가 발생하는 블록의 리더이기도 합니다. (입찰자가 두 명인 설정은 문제를 설명하기 위한 것입니다; 입찰자가 몇 명이든 동일한 추론이 적용됩니다.)

경매는 블록 생성에 필요한 시간 동안 입찰을 받으며, t=0에서 t=1까지의 시간 동안 진행됩니다. Alice는 tA 시점에 입찰가 bA를 제출하고, Bob은 tB > tA 시점에 입찰가 bB를 제출합니다. Bob이 해당 블록의 리더이기 때문에 그는 항상 마지막으로 행동할 수 있습니다. Alice와 Bob은 지속적으로 업데이트되는 자산 가격의 진실 소스를 읽을 수 있습니다(예: 중앙화 거래소의 중간 가격). t 시점에서 이 가격이 pt라고 가정합시다. 우리는 임의의 시점 t에서 경매 종료 시(t=1) 자산 가격에 대한 시장의 기대가 항상 현재의 실시간 가격 pt와 같다고 가정합니다. 경매 규칙은 간단합니다: Alice와 Bob 중 높은 입찰가를 제시한 사람이 경매에서 승리하고 그 입찰 금액을 지불합니다.

검열 저항성의 요구

이제 Bob이 경매 리더로서의 이점을 활용할 수 있을 때 어떤 일이 발생하는지 고려해 보겠습니다. 만약 Bob이 Alice의 입찰을 검토할 수 있다면, 경매는 명백히 무너질 것입니다. 다른 입찰자가 없기 때문에 Bob은 임의의 소액으로 입찰하기만 하면 경매에서 승리할 수 있습니다. 이는 경매가 마감될 때 실질적으로 0의 수익만을 가져오게 됩니다.

숨겨진 요구

더 복잡한 상황은 Bob이 Alice의 입찰을 직접 검토할 수는 없지만, 여전히 자신의 입찰 전에 Alice의 입찰을 볼 수 있는 경우입니다. 이 경우, Bob은 간단한 전략을 가질 수 있습니다. 그가 입찰할 때, 그는 ptB > bA가 성립하는지 확인하기만 하면 됩니다. 그렇다면 Bob의 입찰가는 bA보다 약간 높게 설정됩니다; 그렇지 않다면 Bob은 아예 입찰하지 않습니다.

이 전략을 실행함으로써 Bob은 Alice가 불리한 역선택에 직면하도록 만듭니다. Alice가 승리할 수 있는 유일한 경우는 가격 업데이트로 인해 그녀의 입찰이 자산의 예상 가치보다 높아지는 경우입니다. Alice가 경매에서 승리할 때마다 그녀는 손해를 볼 것으로 예상하며, 아예 경매에 참여하지 않는 것이 낫습니다. 모든 경쟁자가 사라지면, Bob은 다시 임의의 소액으로 입찰하여 승리할 수 있으며, 경매는 실질적으로 0의 수익을 얻게 됩니다.

여기서 핵심은 경매가 지속되는 시간이 중요하지 않다는 것입니다. Bob이 Alice의 입찰을 검토할 수 있거나, 자신의 입찰 전에 Alice의 입찰을 볼 수 있다면, 이 경매는 반드시 실패할 수밖에 없습니다.

이 예시의 동일한 원칙은 모든 고빈도 거래 자산의 환경에 적용됩니다. 현물 거래, 영구 계약 또는 파생상품 거래소에 관계없이: 만약 Bob과 같은 권력을 가진 리더가 존재한다면, 그 리더는 시장을 완전히 붕괴시킬 수 있습니다. 이러한 사용 사례에 서비스를 제공하는 온체인 제품이 실질적으로 실행 가능하려면, 리더에게 이러한 권한을 부여해서는 안 됩니다.

현재 이러한 문제가 어떻게 발생하고 있는가?

위의 이야기는 무허가 단일 리더 프로토콜에서의 온체인 거래에 대해 암울한 그림을 그립니다. 그러나 많은 단일 리더 프로토콜의 탈중앙화 거래소(DEX) 거래량은 여전히 건강하게 유지되고 있습니다. 그 이유는 무엇일까요? 실제로 두 가지 힘의 결합이 위의 문제를 상쇄하고 있습니다:

• 리더는 그들의 경제적 권력을 충분히 활용하지 않으며, 그들 스스로는 일반적으로 기본 블록체인의 성공에 대규모로 투자합니다;
• 애플리케이션은 이러한 문제에 직면했을 때 취약하지 않도록 우회 방법을 구축했습니다.

이 두 가지 요소는 지금까지 탈중앙화 금융(DeFi)의 운영을 유지해 왔지만, 장기적으로는 온체인 시장이 진정으로 오프체인 시장과 경쟁하기에는 부족합니다.

실질적인 경제 활동이 있는 블록체인에서 리더 자격을 얻으려면 대량의 스테이킹이 필요합니다. 따라서 리더는 스스로 대량의 스테이킹을 보유하거나, 다른 토큰 보유자가 그들에게 스테이킹을 위임하도록 충분한 명성을 가져야 합니다. 어떤 경우든 대형 노드 운영자는 일반적으로 명성이 위험에 처한 알려진 실체입니다. 단순히 명성뿐만 아니라, 이러한 스테이킹은 이러한 운영자가 그들의 블록체인이 잘 운영되기를 바라는 재정적 동기를 가지고 있음을 의미합니다. 그렇기 때문에 우리는 아직까지 리더가 위에서 설명한 대로 그들의 시장 힘을 충분히 활용하는 것을 보지 못했습니다. 그러나 이는 이러한 문제가 존재하지 않는다는 것을 의미하지 않습니다.

첫째, 노드 운영자의 선의에 의존하고 그들의 장기적 동기를 호소하는 것은 금융의 미래에 대한 확고한 기반이 아닙니다. 온체인 금융 활동의 규모가 증가함에 따라, 리더의 잠재적 이익도 증가합니다. 이 잠재력이 증가할수록, 사회적으로 리더의 행동이 그들의 즉각적인 이익에 반하는 방향으로 나아가게 하기가 더 어려워집니다.

둘째, 리더가 시장 권력을 활용할 수 있는 정도는 선의에서 시장이 완전히 붕괴되는 지점까지의 스펙트럼입니다. 노드 운영자는 일방적으로 자신의 권력을 이용해 더 높은 이익을 추구할 수 있습니다. 일부 운영자가 공인된 기준선을 도전할 때, 다른 운영자들은 곧바로 이를 모방하게 됩니다. 개별 노드의 행동은 미미해 보일 수 있지만, 모든 사람이 변화할 때 그 영향은 분명해집니다.

아마도 이러한 현상의 가장 좋은 예는 타이밍 게임(Timing Games)일 것입니다: 리더는 프로토콜이 여전히 유효한 상태에서 가능한 한 늦게 블록을 발표하여 더 높은 보상을 얻으려고 합니다. 리더가 너무 공격적으로 행동하면 블록 생성 시간이 길어지고 블록이 건너뛰어질 수 있습니다. 이러한 전략의 수익성은 널리 알려져 있지만, 리더가 이러한 게임을 하지 않기로 선택하는 주된 이유는 블록체인의 좋은 관리자가 되기 위해서입니다. 그러나 이는 취약한 사회적 균형입니다. 한 개별 노드 운영자가 이러한 전략을 사용하여 더 높은 보상을 얻기 시작하고 아무런 결과가 없다면, 다른 운영자들도 곧바로 참여하게 됩니다.

타이밍 게임은 리더가 시장 힘을 충분히 활용하지 않고도 이익을 증가시키는 방법의 한 예일 뿐입니다. 리더는 애플리케이션의 대가로 보상을 증가시키기 위해 여러 가지 다른 조치를 취할 수 있습니다. 고립된 관점에서 이러한 조치는 애플리케이션에 대해 실행 가능할 수 있지만, 결국 균형은 온체인 비용이 이익을 초과하는 지점으로 기울어질 것입니다.

DeFi 운영을 유지하는 또 다른 요소는 애플리케이션이 중요한 논리를 오프체인으로 이동시키고 결과만을 온체인에 게시하는 것입니다. 예를 들어, 빠른 경매가 필요한 모든 프로토콜은 이 작업을 오프체인에서 수행합니다. 이러한 애플리케이션은 일반적으로 허가된 노드 집합에서 필요한 메커니즘을 실행하여 악의적인 리더 문제를 피합니다. 예를 들어, UniswapX는 이더리움 메인넷 외부에서 거래를 완료하기 위해 네덜란드식 경매를 실행하며, 유사하게 CowSwap은 오프체인에서 배치 경매를 실행합니다.

이것이 애플리케이션에 대해 실행 가능하더라도, 기본 레이어와 온체인에서 구축된 가치 제안을 위태롭게 만듭니다. DeFi의 가장 강력한 장점 중 하나는 조합 가능성입니다. 모든 실행이 오프체인에서 발생하는 세계에서는 이러한 애플리케이션이 본질적으로 고립된 환경에서 존재하게 됩니다. 오프체인 실행에 의존하는 것은 이러한 애플리케이션의 신뢰 모델에 새로운 가정을 추가합니다. 애플리케이션의 운영은 더 이상 기본 체인의 활성도에만 의존하지 않으며, 이러한 오프체인 인프라도 정상적으로 작동해야 합니다.

예측 가능성을 얻는 방법

이러한 문제를 해결하기 위해, 우리는 프로토콜이 두 가지 속성을 충족해야 합니다: 일관된 거래 패키징 및 정렬 규칙, 그리고 확인 전 거래 비공개(이러한 속성에 대한 엄격한 정의와 확장 논의는 이 논문을 참조하십시오).

기본 요구 사항 1: 검열 저항성

우리는 단기 검열 저항성으로 첫 번째 속성을 요약합니다. 만약 정직한 노드에 도달하는 모든 거래가 다음 가능한 블록에 포함될 것이라고 보장된다면, 해당 프로토콜은 단기 검열 저항적입니다:

단기 검열 저항성: 제시간에 정직한 노드에 도달하는 모든 유효 거래는 반드시 다음 가능한 블록에 패키징됩니다.

보다 정확하게 말하자면, 우리는 프로토콜이 고정된 시계에서 작동한다고 가정하며, 각 블록은 설정된 시간에 생성됩니다. 예를 들어, 매 100밀리초마다 생성됩니다. 그러므로 우리는 t=250ms에 거래가 정직한 노드에 도달하면, t=300ms에 생성된 블록에 포함될 것이라고 보장해야 합니다. 상대방은 그들이 들은 특정 거래를 선택적으로 패키징하고 다른 거래를 생략할 권한이 없어야 합니다.

이 정의의 정신은 사용자와 애플리케이션이 언제든지 거래가 실행될 수 있도록 매우 신뢰할 수 있는 방법을 가져야 한다는 것입니다. 단일 노드가 우연히 패킷을 잃어버리는(악의적이든 단순한 운영 실패든) 상황으로 인해 거래가 실행되지 않는 일이 발생해서는 안 됩니다. 이 정의는 정직한 노드에 도달하는 거래에 패키징 보장을 제공해야 하지만, 실제로 이를 구현하는 데 드는 비용이 너무 높을 수 있습니다. 중요한 특징은 프로토콜이 견고해야 하며, 온체인 진입점의 행동 방식이 매우 예측 가능하고 쉽게 추론할 수 있어야 한다는 것입니다.

무허가 단일 리더 프로토콜은 명백히 이 속성을 충족하지 않습니다. 왜냐하면 단일 리더가 비잔틴 노드인 경우, 거래가 실행될 수 있는 다른 방법이 없기 때문입니다. 그러나 각 기간 내에 거래를 패키징할 수 있는 네 개의 노드 집합이 있다면, 사용자와 애플리케이션이 거래를 실행할 수 있는 옵션의 수가 크게 개선됩니다. 일정량의 성능을 희생하고 애플리케이션이 번창할 수 있도록 신뢰할 수 있는 프로토콜을 얻는 것은 가치가 있습니다. 견고성과 성능 간의 올바른 균형을 찾기 위해서는 더 많은 작업이 필요하지만, 기존 프로토콜이 제공하는 보장은 충분하지 않습니다.

프로토콜이 패키징을 보장할 수 있다면, 정렬은 어느 정도 자연스럽게 이루어집니다. 프로토콜은 일관된 정렬을 보장하기 위해 원하는 어떤 결정론적 정렬 규칙도 자유롭게 사용할 수 있습니다. 가장 간단한 해결책은 우선 수수료에 따라 정렬하거나, 애플리케이션이 자신의 상태와 상호작용하는 거래를 유연하게 정렬할 수 있도록 허용하는 것입니다. 거래를 정렬하는 최선의 방법은 여전히 활발한 연구 분야이지만, 어쨌든 정렬 규칙은 정렬이 필요한 거래가 실행된 기반 위에서만 의미가 있습니다.

기본 요구 사항 2: 숨김

단기 검열 저항성 다음으로 가장 중요한 속성은 프로토콜이 우리가 "숨김"이라고 부르는 형태의 비공개를 제공하는 것입니다.

숨김: 프로토콜이 거래를 패키징할 것이라고 최종적으로 결정하기 전까지는, 해당 거래를 제출한 노드를 제외한 어떤 당사자도 해당 거래에 대한 정보를 얻을 수 없습니다.

"숨김" 속성을 갖춘 프로토콜은 노드가 제출된 모든 거래를 평문으로 볼 수 있도록 허용할 수 있지만, 프로토콜의 나머지 부분은 합의에 도달하고 최종 로그에서 거래의 순서를 결정하기 전까지는 블라인드 상태를 유지해야 합니다. 예를 들어, 프로토콜은 특정 마감일 이전에 블록의 전체 내용을 숨기기 위해 시간 잠금 암호화를 사용할 수 있습니다; 또는 프로토콜은 위원회가 그것이 불가역적으로 확인되었다고 동의한 후 즉시 블록을 해독하기 위해 임계값 암호화를 사용할 수 있습니다.

이는 노드가 제출된 거래에서 얻은 정보를 남용할 수 있지만, 프로토콜의 나머지 부분은 사후에 그들이 합의한 내용을 알게 됩니다. 네트워크의 나머지 부분에 거래 정보를 공개할 때, 거래는 이미 정렬되고 확인되었으므로 다른 당사자는 이를 선점할 수 없습니다. 이 정의가 유용하려면, 여러 노드가 주어진 기간 내에 거래를 실행할 수 있어야 합니다.

우리가 거래 확인 전 사용자만이 그 거래에 대한 정보를 알 수 있는 더 강력한 개념(예: 암호화된 메모리 풀)을 사용하지 않기로 한 이유는, 프로토콜이 쓰레기 거래의 필터 역할을 하기 위해 몇 가지 단계를 수행해야 하기 때문입니다. 거래 내용이 전체 네트워크에 완전히 숨겨져 있다면, 네트워크는 쓰레기 거래와 의미 있는 거래를 구분할 수 없습니다. 이 문제를 해결하는 유일한 방법은 거래의 일부로서 일부 숨겨지지 않은 메타데이터를 누출하는 것입니다. 예를 들어, 거래가 유효하든 아니든 수수료를 지불하는 주소와 같은 것입니다.

그러나 이러한 메타데이터는 상대방이 활용할 수 있는 충분한 정보를 누출할 수 있습니다. 따라서 우리는 단일 노드가 거래에 대해 완전한 가시성을 가지도록 하고, 네트워크의 다른 노드는 이에 대한 가시성이 없도록 하는 것을 선호합니다. 그러나 이는 이 속성이 유용하려면 사용자가 각 기간마다 적어도 하나의 정직한 노드를 거래를 실행하기 위한 온체인 진입점으로 가져야 한다는 것을 의미합니다.

단기 검열 저항성과 숨김 속성을 모두 갖춘 프로토콜은 금융 애플리케이션 구축을 위한 이상적인 기반을 제공합니다. 우리가 온체인에서 경매를 실행하려고 했던 예로 돌아가면, 이 두 속성은 Bob이 시장 붕괴를 초래할 수 있는 문제를 직접 해결합니다. Bob은 Alice의 입찰을 검토할 수 없으며, Alice의 입찰을 자신의 입찰에 대한 정보로 활용할 수 없기 때문에, 이는 우리가 이전 예시에서 다룬 문제를 정확히 해결합니다.

단기 검열 저항성을 통해 거래를 제출하는 모든 사람(거래든 경매 입찰이든)은 즉시 패키징될 것이라고 보장받습니다. 시장 조성자는 주문을 변경할 수 있으며; 입찰자는 신속하게 입찰할 수 있습니다; 청산은 효율적으로 실행될 수 있습니다. 사용자는 그들이 수행하는 모든 작업이 즉시 실행될 것이라는 확신을 가질 수 있습니다. 이는 다음 세대의 저지연 현실 세계 금융 애플리케이션이 완전히 온체인에서 구축될 수 있도록 허용합니다.

블록체인이 기존 금융 인프라와 진정으로 경쟁하고 심지어 초월하기 위해서는, 우리가 해결해야 할 문제는 단순히 처리량 문제가 아닙니다.