라이트닝 네트워크의 성장: 비트코인에 확장성이라는 날개를 달다

by | Nov 22, 2018

2018년은 암호화폐 시장 전반적으로 암울했던 해입니다. 특히 가장 상징적인 암호화폐인 비트코인의 하락도 무시할 수 없었죠. 가격이 많이 떨어짐과 동시에 블록체인 기술에 대한 믿음 또한 많이 떨어졌다고 생각됩니다.

하지만 비트코인에 하락세와는 별개로, 비트코인은 많은 발전을 이루고 있었습니다. 그 중 가장 주목할 것이 바로 Lightning Network의 런칭과 급진적인 성장입니다. 이는 암호화폐에 대한 관심의 하락과 대비되는 아주 흥미로운 결과 입니다. 지난 13개월 동안 Lightning Network은 아주 가파른 성장을 하고 있습니다. 이 성장세를 계속 이어간다면 내년 이맘때 쯤에는 모든 비트코인 거래가 Lightning Network로 이루어질 가능성이 아주 높다고 판단됩니다.

목차

1. Lightning Network는 무엇인가?

2. Lightning Network의 급격한 성장

  • 2.1 Lightning Network 참가 노드들의 증가
  • 2.2 각 노드 당 운용하는 채널 개수 증가
  • 2.3 채널이 수용할 수 있는 거래량 증가

3. Public Node의 등장 그리고 허브의 중앙화

4. Lightning Network의 성장 속도는 지금보다 더 빨라질 것이다.

5. 결론

1. Lightning Network는 무엇인가? (Lightning Network에 대해서 잘 아시는 분들은 Skip 하셔도 됩니다)

비트코인의 가장 큰 문제점으로 주목되고 있는 것이 바로 확장성의 문제입니다. 초 당 2 ~ 6 건인 비트코인의 TPS는 비트코인의 상용화에 큰 장애물이 되고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 개발되고 있는 솔루션이 바로 Lightning Network입니다.

Lightning Network는 통상 Lightning Channel이라는 불리는 거래 채널(payment channel) 들로 구성된 네트워크 입니다. Lightning channel은 블록체인이 아닌 상위 second-layer에서 형성 되기에 비트코인 거래를 블록체인 외에서 관리할 수 있도록 해주는 솔루션입니다. 우선 Lightning Channel이 무엇인지 예시를 통해 먼저 설명드리고 Lightning Network가 무엇인지 설명드리겠습니다.

Lightning Channel

철수와 영희가 있습니다. 그리고 철수는 영희가 운영하는 카페에서 매일 비트코인으로 커피를 구매한다고 가정하겠습니다. 기존에는 매일 커피를 구매할 때 마다 거래를 블록체인에 등록해야 하고 채굴자에게 수수료를 제공해야 합니다.

하지만 철수는 이 수수료를 아끼기 위해서 Lightning Channel을 개설하기로 합니다. Lightning Channel을 개설하게 되면 철수와 영희는 특정 액수의 비트코인을 서로 미리 예치해두고 나중에 서로 합의하에 채널을 폐쇄하면 됩니다. 커피값을 지불하기 위해 채널을 만든 철수는 예치해둔 비트코인이 소진될 때까지 계속 커피를 사먹고 나중에 잔액이 없을때 영희의 동의하에 채널을 폐쇄하면 됩니다. 이를 통해,채널 개설과 폐쇄에 대한 정보 이외에는 나머지 거래 내역들을 블록체인에 기록하지 않아도 됩니다. 따라서 매번 블록체인에 거래를 기록하기 위해 지불하던 값비싼 수수료를 아낄 수 있는 거죠.

기존에는 매 거래마다 수수료를 지불했던 반면 Lightning Network를 사용하게 되면 채널 생성 및 폐쇄 시(빨간 색 상자로 묘사 되어 있는 부분들)에만 수수료를 지불하고 블록체인에 기록하면 됩니다.

Lightning Network

그리고 이러한 Lightning Channel들로 구성된 네트워크를 Lightning Network라고 일컫습니다.

위에서 썼던 예시를 다시 사용하면 철수는 미국에 있는 Bob과 Lightning Channel을 개설하고 싶어 합니다. 이때, 만약 영희가 기존에 Bob과의 채널을 유지하고 있다면 철수는 Bob과 새로운 채널을 개설할 필요 없이 영희를 통해 Bob과 Lightning Network 상 비트코인을 주고 받을 수 있습니다. Bob과 따로 채널을 개설할 필요 없이 영희를 통해 거래하는 과정을 Routing 이라고 부르며 영희는 철수와 Bob 간 거래를 위해 허브 역할을 한다고 부릅니다. (허브에 대한 개념은 이후에도 나오니 참고하시길 바랍니다).

더 많은 노드들이 더 많은 Lightning Channel들을 운영하고 있을 수록 Lightning Network가 제공하는 편리성과 거래수용량 또한 커집니다.

다시 한번 정리하자면 Lighting Network는 Lighting Channel을 이용하여, 블록체인 상 등록되는 거래 건수를 줄이는 솔루션입니다. 이를 통해, 사용자의 거래 수수료를 낮출 뿐만 아니라 비트코인의 낮은 TPS로 인한 확장성의 문제를 해결 할 수 있습니다.

2. Lightning Network의 급격한 성장

Lightning Network에 대한 개념은 2015년 부터 나왔지만 2018년 초가 되어서야 개발자들이 실제로 베타 테스트를 진행했습니다.

2018년 1월 이후 Lightning Network의 거래수용량(capacity), 즉 Lightning Network를 통해 처리가능한 비트코인 총 거래량은 현재까지 약 100배 이상 상승했습니다.

(https://www.p2sh.info/dashboard/db/lightning-network?orgId=1&from=now-1y&to=now) 2019년 2월 기준

작년 1월 만 해도 Lightning Network 내 거래수용량은 6 BTC 였으나 지난 1년 동안 상당한 발전을 이루어 현재는 600 BTC 이상의 거래량을 수용할 수 있습니다.

이를 비트코인 블록체인에서 일일 거래량과 비교했을 시 Lightning Network가 지난해 1월 수용할 수 있는 거래량은 약 0.002% 였으나 현재는 약 250 배인 0.5% 정도 수용할 수 있습니다. 이말은 즉슨 하루에 100 BTC가 거래된다면 이 중 약 0.5 BTC는 블록체인에 등록하지 않고 Lightning Network를 통해 처리할 수 있다는 의미를 가집니다.

만약 Lightning Network의 거래수용량이 이 상승세를 유지한다면 내년 이맘 때 즘 Lightning Network는 현재 비트코인 일일 거래량을 모두 수용할 수 있습니다.

Lightning Network는 어떻게 이런 급격한 성장을 이룰 수 있었을까요? Lightning Network의 거래수용량은 크게 네트워크의 참가 노드 개수, 노드 당 채널 개수, 그리고 채널 별 평균 거래수용량에 영향을 받습니다. 위 3 가지 요소들이 Lightning Network 거래수용량에 어떻게 영향을 미치는지 그리고 어떤 변화가 있었기에 Lightning Network가 성장할 수 있었는지 설명드리겠습니다.

2.1 Lightning Network 참가 노드들의 증가

Lightning Network는 참가노드가 증가할 수록 거래수용량 또한 증가합니다. 위에서 사용했던 예시를 가지고 참가 노드의 개수와 거래수용량과의 관계를 설명드리겠습니다. 만약 철수와 영희가 네트워크의 유일한 구성원이고 각각 10 BTC 씩 예치하여 채널을 구성하였다면 이론상 네트워크가 수용할 수 있는 최대 거래량은 20 BTC 입니다. 하지만 Bob이 영희와 각각 10 BTC 씩 예치해서 채널을 구성하고 네트워크에 참여하게 되면 이론상 Lightning Network에서 처리할 수 있는 거래량은 (10 BTC+10 BTC) x 2개 채널 = 40 BTC 입니다. 이와 같이 참가 노드가 증가 할수록 Lightning Network에서 처리할 수 있는 거래량 또한 증가하게 됩니다.

2018년 1월 50개의 노드로 시작한 라이트닝 네트워크는 현재 약 3,000개 이상의 노드로 구성되어 있습니다.

https://bitcoinvisuals.com/ln-nodes 2019년 2월 기준

참가 노드들이 증가 한 가장 큰 이유 : 낮아진 Lightning Network 참가 진입장벽

참가 노드가 이렇게 증가하게 된 가장 큰 이유는 다양한 솔루션들과 제품들의 출시로 인해 개발자들 뿐만 아니라 일반 사용자들도 Lightning Network에 참가하기가 더 쉬워졌기 때문입니다.

우선 개발자들을 위한 실행 솔루션(implementation solution)들이 지난 1년동안 급진적으로 발전하고 증가했습니다. Lightning Labs로 부터 시작된 실행 솔루션 개발은 현재 Lightning Labs의 LND(Lightning Network Daemon), ACINQ의 Eclair, Blockstream의 c-lightning을 포함해 현재 6 군데 이상에서 Lightning Channel 운용 솔루션을 개발을 완료 혹은 개발하고 있습니다. 이는 Lightning Channel에 대해 잘 모르는 개발자들도 직접 개발할 필요 없이 쉽게 다른 노드들과 채널을 개설할 수 있게 해줄 뿐만 아니라 다양한 솔루션 및 애플리케이션을 개발할 수 있도록 돕고 있습니다.

이뿐만 아니라 일반 사용자도 더 쉽게 참가할 수 있도록 실행 솔루션과 하드웨어가 결합되어 완전체로 나오는 제품들도 출시되고 있습니다. 몇 달전 Casa에서 출시한 Casa Node가 좋은 예 입니다. 해당 제품은 집에 설치만 하면 Lightning 노드를 운용할 수 있어 프로그래밍을 모르는 일반인도 쉽게 다른 노드들과 Lightning 채널을 개설하고 Lightning Network에 참가 할 수 있게 해줍니다. Casa Node는 Lightning Network 참가 진입 장벽을 낮추는데 큰 역할을 했다고 생각됩니다. 그리고 앞으로도 더 다양한 제품들이 출시 될 예정입니다. 최근 나온 RaspiBlitz 1.0 과 같은 제품은 Casa Node보다 훨씬 더 저렴하게 Lightning 채널을 개설할 수 있도록 해줍니다. 위와 같은 제품들이 더 많이 등장할 수록 일반 사용자들은 Lightning Network를 더 용이하게 쓸 것이고 궁극적으로 참가 노드들은 지속적으로 늘어날 것입니다.

최근 Casa에서 나온 집에 설치할 수 있는 Lightning Node

2.2 각 노드 당 운용하는 채널 개수 증가

노드 수 뿐만 아니라 각 노드가 운영하는 채널 수 또한 증가하게 되면 거래수용량은 더욱 더 증가하게 됩니다. 위 예시를 다시 사용해서 설명드리자면 기존 철수-영희, 영희-Bob 간 두개의 채널만 있을때 네트워크의 거래수용량은 (10 BTC+10 BTC) x 2개 채널 = 40 BTC 입니다. 참가자는 그대로인데 여기서 철수와 Bob이 개별로 또 하나의 채널을 추가 개설하게 되면 네트워크의 거래수용량은 (10 BTC+10 BTC) x 3개 채널 = 60 BTC 로 증가하게 되죠.

실제 아래 그래프를 보면 노드 당 운영하는 채널의 평균 개수 또한 작년 1월 4개에서 현재 16개로 약 4배 정도 증가한 것을 확인할 수 있습니다.

https://bitcoinvisuals.com/ln-channels-per-node 2019년 2월 기준

노드당 운영 채널 수가 증가한 가장 큰 이유 : 기업형 노드들의 등장

노드별 평균 채널 개수 증가의 가장 큰 유인은 기업형 노드들의 등장입니다. 이들은 기타 노드들의 대비 압도적이게 많은 노드들과 채널을 개설하여 노드 당 평균 채널 개수 증가에 큰 기여를 했습니다. 특히 위 그래프를 보면 작년 11월 노드 당 평균 채널 개수(빨간색)와 채널 개수 상위 10%의 평균 채널 개수(파란색) 증가 시점이 LNBIG로 불리는 기업형 노드들의 참가 시기와 일치한다는 점에서 더욱 두드러집니다. Lightning Labs의 Elizabeth Stark에 의하면 LNBIG와 같은 기업형 노드들이 등장한 이유는 허브역할을 하면서 노드 간 routing을 해주는 대가로 수익을 얻기 위함입니다. 기업형 노드들은 더 많은 Routing을 하기 위해 더 많은 노드들과 채널을 개설하고 있으며 이는 노드당 평균 채널 개수 증가하고 있는 큰 이유 중 하나입니다.

Routing을 통해 벌 수 있는 수수료의 수익성이 확인되면 LNBIG 와 같이 Routing 수수료를 수입원으로 하는 기업형 노드가 늘어날 수록 Lightning Network 내 노드 당 채널 수는 계속 증가할 것입니다.

2.3 채널이 수용할 수 있는 거래량 증가

채널에 10 BTC가 아닌 20 BTC 혹은 100 BTC 같이 더 많은 비트코인을 예치하게 되면 해당 채널을 통해 더 많은 비트코인을 보낼 수 있게 되고 이는 궁극적으로 네트워크의 거래수용량을 증가 시킵니다.

https://bitcoinvisuals.com/ln-capacity-per-channel 2019년 2월 기준

위 그래프에서 보시다 시피 작년 1월 약 400,000 Satoshi(0.004 BTC) 였던 채널당 평균 거래수용량은 현재는 2,650,000 Satoshi (0.0265 BTC) 으로 약 7배 증가했습니다.

채널당 평균 거래수용량이 증가한 가장 큰 이유 : 기업형 노드들

위 수치가 이렇게 급격하게 증가할 수 있었던 가장 큰 이유는 위와 같이 기업형 노드들의 등장입니다.

그래프를 보면 채널당 평균 거래수용량(빨간색)의 증가는 거래수용량 상위 10% 소수 노드들의 거래수용량(파란색)의 급진적인 증가로 인해 발생한 결과로 판단됩니다. 이또한 증가 시기가 LNBIG의 참가 시점과 일치하는 점이 이러한 주장을 더 뒷받침 해줍니다.

기업형 노드들은 허브 노드로서 경쟁력을 확보 혹은 유지하기 위해 채널당 거래수용량을 증가시키고 있는 것으로 판단 됩니다. 위에서 설명드린바와 같이 routing을 통해 버는 수수료가 수익성이 확인되면, LNBIG 와 같이 Routing 수수료를 수입원으로 하는 기업형 노드가 늘어날 수록 Lightning Network 내 노드 당 채널 수는 계속 증가할 것입니다.

3. 기업형 노드들의 등장 그리고 허브의 중앙화

위 사실들로 추론해보면 Lightning Network의 성장에 기업형 노드들이 큰 역할을 했다는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. 하지만 이에 대한 우려의 목소리도 나오고 있습니다. 가장 큰 이유는 바로 허브의 중앙화(Centralization of Hubs)입니다. 허브의 중앙화는 특정 소수의 노드들이 다양한 채널을 구성하여 대부분의 Lightning Network 거래수용량을 관리하고 결국 네트워크 자체가 해당 소수 노드들에게 의존할 수 밖에 없는 현상을 일컫습니다.

실제로 현재 LNBIG는 소수의 Hub들로 Lightning Network의 거래수용량의 50% 이상을 차지하기 때문에, 이러한 우려가 단순히 근거 없는 주장만은 아닙니다.

그래서 많은 이들이 이러한 현상이 블록체인의 탈중앙화의 취지를 위반한다고 생각하며, 혹자는 한 부부만 기능을 상실하면 네트워크 전체가 불구가 되는 Single Point of Failure의 가능성 마저 제기하고 있습니다.

거래수용량 기준으로 상위 10위 노드들을 나열했을 때 LNBIG에서 운용하는 노드들이 대부분을 차지하고 있는 것을 확인할 수 있습니다. https://1ml.com/node?order=capacity

하지만 이러한 현상이 안 좋은 것이라고 판단하기에는 아직 너무 이른 것 같습니다. 이유는 현재 이러한 현상은 Lightning Network의 대중 도입을 위해 무조건 거쳐야 하는 단계일 수 있기 때문입니다. 또한 시장경제의 성격으로 인해 허브의 중앙화 현상은 장기적으로 오래 유지되지 않을 것이기에 이런 현상을 지금부터 부정적으로 보는 것은 너무 섣부른 판단이 아닐까 생각됩니다.

일반 대중들이 Lightning Channel을 개설하고 Lightning Network에 참가하기 위해서는 Lightning Network가 제공하는 편리성과 거래수용량이 사전에 뒷받쳐 줘야 합니다. 그렇기 때문에 기업형 노드가 됐든 누가 됐든 우선 누군가는 Lightning Network 내 각 노드들을 연결하여 거래수용량과 편리성을 증대시켜야 합니다. 이러한 기반이 마련되어야 대중도입이 가능하기에 기업형 노드의 등장이 무조건 부정적이지는 않다고 판단됩니다.

또한 허브의 중앙화가 발생한다고 해도 시장 경제 구조로 인해 오래가지 못 할 것입니다. Lightning Channel을 개설하는 데에는 진입 장벽이 상대적으로 낮기 때문에 routing 수수료를 통한 수익성이 확인 되면 더 많은 기업형 노드들이 허브 역할을 하기 위해 등장할 것이고 결국 기업형 노드들간 경쟁은 점점 더 치열해지고 이들로 인해 네트워크는 더 탈중앙화가 될 것입니다. 비싼 routing fee를 부과하거나 채널을 제대로 운영하지 못 하는 기업형 노드들은 경쟁자들로 인해 쉽게 대체될 것이기에 이들은 더 싸고 안전한 서비스를 제공하기 위해 노력할 것입니다. 이는 오히려 일반 사용자에게 궁극적으로 더 큰 편의성을 제공할 것입니다.

현재 특정 소수 기업 노드들의 거래수용량이 많은 양을 차지하기에 우려되는 부분이 있기는 하지만, 이는 더 많은 사용자들이 Lightning Network를 통해 비트코인을 거래하게 유인할 것이며 장기적인 관점에서 오히려 더 탈중앙화 되고 편리해질 것이라고 생각됩니다.

4. Lightning Network의 성장 속도는 지금보다 더 빨라질 것이다.

현재까지도 Lightning Network는 비약적인 성장을 이루었으나 앞으로의 성장속도는 지금 보다 더 빠를 것으로 생각됩니다. 이유는 크게 두가지 입니다.

첫번째, Lightning Network에서 제공하는 새로운 기능들의 등장

Lightning Network는 더 많은 사용자가 편리하게 쓸 수 있는 솔루션을 개발할 뿐만 아니라 Network 자체에서 제공하는 기능도 보강하고 있습니다. Coindesk 기사를 참고하여 주목할만한 새로운 기능 세가지를 서술해 보았습니다.

Splicing

Splicing은 채널에 예치된 금액을 자유롭게 수정할 수 있게 해주는 솔루션입니다.

Lightning Network에서 특정 채널의 거래수용량을 늘리기 위해서는 양측이 더 많은 BTC를 예치해야 합니다. 현재는 예치 금액을 증가하기 위해서는 채널을 폐쇄하고 새로운 채널을 개설해야만 하는데 Splicing 이라는 기술이 도입되면 사용자는 채널 폐쇄 및 재개설 절차를 거치지 않고 예치 금액을 늘릴 수 있기 때문에 사용하기 더욱 편리해집니다.

Wumbo Channels

Wumbo Channel은 Lightning Network의 1회 전송 액수 제한을 올리기 위한 솔루션입니다.

현재 Lightning Network에서 1회 전송할 수 있는 최대 액수는 0.16 BTC 입니다. 아직 Lightning Network가 불완전하기 때문에 개발자들이 최대치에 합의를 했기 때문이죠. 하지만 향후 Wumbo Channel를 도입하게 되면 위 최대치를 더 늘릴 수 있을것으로 판단됩니다.

2p-ECDSA

현재는 비트코인 블록체인 상 채널 생성 및 폐쇄 관한 정보가 기존 비트코인 거래와 쉽게 구분이 됩니다. 하지만 향후 2p-ECDSA 가 도입되면 채널 관련 정보가 기타 비트코인 거래들과 쉽게 구분이 되지 않게되어 프라이버시를 더욱 보장해 줄 것입니다.

두번째, Lapps : Lightning Network를 이용한 애플리케이션 의 등장

또한 Lightning Network가 지속적으로 성장하고 범용화 되면서 현재 Lightning Network를 활용한 다양한 서비스들이 등장하고 있으며 이 또한 향후 Lightning Network의 확산 속도를 더 올리는데 큰 기여를 할 것입니다.

이제는 Lightning Network를 통해 비트코인으로 더욱 쉽게 지불 할 수 있을 뿐만 아니라 게임을 할 수 있고 예술 작품을 만들수도 있습니다. 애플리케이션에 대해서 더 자세히 알고 싶으면 아래 참고 링크를 보시길 추천합니다. (https://medium.com/circle-research/this-weeks-top-story-lightning-network-apps-proliferate-fd08fb2b891d)

좌측 상단에서 시계방향으로 : Lightning Network를 통해 비트코인을 지불하고 작품에 참여할 수 있는 Satoshi’s Place, 비트코인으로 닭에게 모이를 줄 수 있는 Pollo Feed, 피자를 비트코인으로 구매할 수 있는 Lightning Pizza, 내기 체스를 둘 수 있는 Koala Studio의 Lightning Chess

5. 결론

Lightning Network는 아직 실험 단계이며 거래수용량도 일일 비트코인 거래량 대비 아직 현저히 낮을 뿐만 아니라 기술적으로도 아직 해결해야 할 과제들이 많습니다. 따라서 현재 불편함을 감수하면서까지 필요하지도 않은 Lightning Network를 사용하라고 권유하지는 않습니다. 다만 Lightning Network가 짧은 기간에도 많은 발전이 이루어졌다는 점과 향후에도 놀라운 성장이 지속적으로 이루어 질 것이라는 점에 주목해 주시길 바랍니다. 대부분의 비트코인 거래가 Lightning Network에서 이뤄짐으로서, 비트코인이 더 이상 HODL만을 위한 암호화폐가 아니라 일상생활에서 사용되는 암호화폐로 오는 시기가 멀지 않은 것 같습니다.

본 글을 2019년 3월에 작성되었습니다. Lightning Network 및 관련 기술은 현재도 빠르게 발전하고 있기에 혹시 본 글의 내용 중 변경되어야 하거나 더 이상 유효하지 않은 부분이 있다면 아래 댓글로 남겨주시면 감사하겠습니다.

[Reference]

https://medium.com/circle-research/this-weeks-top-story-lightning-network-apps-proliferate-fd08fb2b891d

https://www.theblockcrypto.com/2019/01/15/the-growth-of-the-lightning-network-has-been-remarkable-but-theres-a-catch

https://www.coindesk.com/state-of-lightning-whats-the-path-for-network-adoption-in-2019