Reinventing the Layer 1 Blockchain
Feature of Monad
- 이더리움 보다 1000배 빠르다.
- 1센트 미만의 가스비
- 100% EVM 호환
- 적은 하드웨어 요구사항
블록체인의 트랜잭션들은 대부분 비효율적이다.
- 모나드팀이 생각한 문제점은 위와 같다.
대부분의 블록체인은 블록을 생성하는데 많은 요구사항을 필요로 한다. 이러한 요구사항은 블록의 생성을 늦추고 비싸게 만들 뿐이다.
또한, 블록체인 업계가 가상 머신을 최적화하는데 집중하고 있지 않기에 전체 처리 성능이 개선되지 않았다.
탈중앙화는 많은 돈이 든다.
네트워크에 참여하려면 노드가 고성능 RAM 같은 값비싼 장비를 요구하기 때문에, 참여 시작 비용만 해도 수천 달러에 달한다. 이런 점에서 탈중앙화를 확장하는 것은 매우 어렵다.
스택 전반에 걸친 EVM 최적화가 필요
EVM 트랜잭션을 효율적으로 처리하기 위해서는, 데이터베이스, 가상 머신, 합의 및 네트워킹 계층 등 모든 단계에서 저수준 최적화가 필요하다.
이러한 최적화를 통해 고가의 하드웨어 없이도 소비자 수준의 장비로 뛰어난 성능을 구현하면서, 동시에 높은 탈중앙화를 유지할 수 있게 된다.
Monad(모나드) 의 해결 방안
1. Optimistic Parallel Execution (병렬 처리 최적화)
다수의 가상 머신을 이용해 트랜잭션을 병렬로 처리하고, 트랜잭션 간 의존성을 예측해 최적의 실행 순서를 계획한다. 이후 결과를 순차적으로 병합하여 실행 순서의 정확성을 유지하면서 자원 활용률을 극대화한다.
2. Asynchronous Execution (비동기 실행)
블록의 실행은 해당 블록에 대한 합의가 끝난 뒤 시작되며, 이 과정은 다음 블록의 합의 과정과 동시에(병렬로) 진행된다.
문제상황
합의와 실행이 섞인 방식
- 합의와 실행은 서로 기다려야 하는 점에 있어 거래 실행이 느려진다.
- 이더리움 블록 생성 시간은 12초지만, 실제 거래 실행에 쓰이는 시간은 0.1초
해결방법
비동기 실행
- 합의 : 노드들이 트랜잭션의 순서만 결정
- 실행 : 결정된 순서에 따라 실제 거래를 나중에 실행
- 서로를 기다리지 않아도 된다.
- 실행 속도가 매우 높아진다.
오류 가능성
트랜잭션 실패
- 거래가 실패해도 결정된 거래 순서대로 처리 되므로, 모든 노드가 동일하게 실패를 처리
3. MonadBFT
HotStuff를 기반으로 설계된 커스텀 BFT 합의 메커니즘은, 기존의 3단계 통신을 2단계로 줄여 효율성을 높였다.
또한 낙관적 응답 설계를 채택하여 네트워크 지연 시간이 짧을 경우 라운드 진행 속도가 이에 맞춰 빨라져, 전반적인 성능 향상에 기여한다.
다른 BFT와의 차별점
- 정상 작동 시 : 메시지 통신 복잡도가 선형으로 낮다. (O(N), N : 참여하는 노드의 개수)
- 타임 아웃 발생 시 : 메시지 통신 복잡도가 Quadratic 으로 증가. (O(N2))
- 블록 제안과 응답 인증서를 파이프라인 형태로 처리 ⇒ 블록을 빠르게 제안
- 블록의 최종 확정에 걸리는 시간 1초
작동원리
- 합의 과정은 매 라운드마다 리더가 바뀌며 반복적으로 진행
- 블록 제안
- 리더가 새로운 블록을 만들어 모든 노드에게 보냄.
- 이전 라운드의 결과가 담긴 인증서(QC or TC) 도 보냄.
- 투표
- 노드들은 블록이 규칙에 맞으면 YES 투표
- 이 투표는 다음 라운드의 리더에게 전달
- QC 만들기
- 투표가 충분히 모이면 (2/3) 다음 라운드의 리더는 QC를 만듦.
- TC 만들기
- 타임아웃 발생 시 (2/3) 의 투표를 통해 리더는 TC를 만듦
- 블록 확정하기
- 두 라운드에 갈쳐 QC 가 제대로 전달된다면 블록확정
4. MonadDB
머클 패트리샤 트리(Merkle Patricia Trie) 데이터의 저장 및 접근 방식을 최적화하여 블록체인 성능을 크게 향상시키는 맞춤형 상태 데이터베이스. 이를 통해 고성능의 병렬 접근이 가능해지며, Monad의 병렬 실행 기능을 실현하는 데 필수적인 역할.
MonadDB를 사용하면 대부분의 상태 데이터를 RAM 대신 SSD에 저장할 수 있으므로, 메모리 요구량과 비용이 감소하고 일반 소비자급 하드웨어에서도 네트워크 참여가 가능하다.
Time ───────────────────────────────────▶
Block N Block N+1 Block N+2
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합의 진행 중 합의 진행 중 합의 진행 중
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[ Block N 실행 시작 ] [ Block N+1 실행 시작 ] ...