비트코인 라이트닝 네트워크(Lightning Network)는 무엇일까?

확장성은 비트코인이 지닌 가장 오래된 맹점입니다.

이 때문에 전통적인 지불 프로토콜을 완전히 대체할 수 있는 대안으로 성장하지 못했다는 시각도 작지 않습니다.

현재 기준으로 비트코인 네트워크가 처리할 수 있는 초당 최대 거래량은 7건으로, 진정한 글로벌, 주류 가치 전송 시스템으로 거듭나고자 하는 네트워크가 갖추어야 할 최소 처리량에 미치지 못하는 수준입니다. 참고로 비자와 마스터 카드는 초당 2천건 이상의 거래 체결 능력을 자랑합니다.

이 문제를 해결하고 비트코인의 처리 능력을 개선하기 위해서 비트코인의 열정적인 개발 커뮤니티는 여러가지 확장 솔루션을 제안했습니다. 이를 정리해보면 크게 다음의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다: 바로, 1차 레이어(First Layer) 또는 프로토콜 레이어 솔루션(Protocol Layer Solution)과 2차 레이어 또는 오프체인 솔루션입니다.

1차 레이어와 2차 레이어 확장 솔루션의 가장 큰 차이는 무엇일까요?

1차 레이어 (Second Layer) (혹은 체인 기반) 확장 솔루션은 실제 가상화폐 프로토콜의 코드 베이스를 근본적으로 변화시킵니다. 1차 레이어 또는 프로토콜 레이어 확장 솔루션에서는 블록 사이즈를 증가시키는데, 비트코인 캐시 하드포크가 그 좋은 예시입니다. 다른 대안으로 전체 네트워크가 신규 블록을 찾아서 블록체인에 추가할 때까지 소요되는 블록 시간 또는 평균 시간을 줄이는 방법이 있습니다.

2차 레이어(또는 오프체인) 솔루션은 반대로 메인 블록체인 위에 구축하는 것입니다. 이를 통해 블록체인과 상호작용하면서 그 기반이 되는 프로토콜의 실제 코드 베이스는 전혀 수정하지 않습니다. 이 때, 보통 네트워크 혼잡성을 줄이고 거래 처리 속도를 올리기 위해 일부 거래량을 2차 레이어의 오프 체인 채널로 덜어내게 됩니다.

비트코인의 2차 레이어 확장성 솔루션 중 가장 잘 알려진 방법이 바로 라이트닝 네트워크(Lightning Network)로 2018년 1월 10일 처음 시행되었습니다.

라이트닝 네트워크란 무엇일까?

라이트닝 네트워크는 2차 레이어 오프체인 지불 프로토콜로 비트(BTC) 블록체인 위에서 가동되는 형태입니다. 조세프 푼(Joseph Poon)과 타디우스 드라이어(Thaddeus Dryja)는 2015년 라이트닝 네트워크를 처음 개발하여 백서를 발행했습니다.

라이트닝 네트워크는 메인 체인 밖으로 거래를 우회시킴으로써 비트코인의 확장성 문제를 해결하자는 데서 출발했습니다. 메인 체인 대신 라이트닝 네트워크는 유저가 생성한 쌍방향 지불 채널을 사용하여 네트워크 참여자가 거의 즉각적인 P2P 가상화폐 거래를 할 수 있도록 합니다.

라이트닝 네트워크는 비트코인 네트워크 위에서 가동하지만 분리되어 있습니다. 여기서 비트코인 네트워크 “위에서(on top of it)”가동한다는 것은 유저가 라이트닝 네트워크를 사용하여 지불하면 메인 블록체인에 모든 개별 거래를 알리거나 기록하지 않고도 네트워크에서 다른 피어(peer)와 거래할 수 있다는 뜻입니다.

여기에서 기억할 점은 라이트닝 네트워크는 자체 화폐나 자체 블록체인을 보유하고 있지 않다는 겁니다. 그보다 비트코인 거래를 보다 저렴하게 거의 즉각적으로 개인 간 진행할 수 있는 네트워크 그 자체를 의미합니다. 참고로 비트코인 네트워크에서는 통상적으로 거래 체결에 걸리는 시간이 거의 10분이며 거래 수수료 비용은 최대 몇 달러까지 청구될 수 있습니다. 반대로 라이트닝으로 우회하여 비트코인을 거래하면 체결하는 데 1000분의 1초 밖에 걸리지 않고 수수료도 1 사토시나 1페니 미만입니다.

라이트닝 네트워크 가동 원리는?

앞서 이미 언급했듯이 라이트닝 네트워크를 통해 비트코인 유저는 쌍방항, P2P, 오프체인 채널을 생성할 수 있고, 비트코인 블록체인에 거래 하나하나를 알리지 않고도 원하는 만큼 거래할 수 있습니다.

라이트닝 네트워크에 지불 채널을 구축하려면, 양측의 거래 당사자가 합동 다중 서명 지갑을 생성해야 합니다. 이는 특수한 유형의 가상화폐 지갑으로 거래를 승인 할 때 하나 이상의 개인 키나 서명이 필요합니다. 어떤 측면에서 보면 다중 서명 지갑은 은행 공동 계좌같은 것으로 모든 서명인이 먼저 거래에 서명을 해야 확인 절차가 완료되는 겁니다.

지불 채널이나 다중 서명 지갑을 생성하려면 이른바 준비거래 또는  개시거래 (opening transaction)가 필요합니다. 이는 비트코인 블록체인에 기록되는 규칙적인 체인 기반 거래를 말합니다. 거래를 개시하게 되면 양측 당사자는 멀티서명 지갑에 일정량의 비트코인을 입금합니다. 나중에 이 자금을 활용하여 네트워크에서 수수료없이 즉각적인 거래를 체결할 수 있습니다.

양측 당사자가 지갑에 예치한 양이 동일할 필요는 없습니다. 예를 들어, Alice와 Bob이 라이트닝 지불 채널을 열고자 한다면, Alice가 1비트(BTC), 밥이 2비트(BTC)를 다중서명 지갑에 예치할 수 있습니다. 라이트닝 네트워크는 그 후 비트코인의 자체 스마트컨트랙트 프로토콜을 사용하여 무엇이 누구의 소유인지 꾸준히 추적합니다. 이런 식으로 양측은 자신이 다중 서명 지갑에 예치한 만큼만 접근할 수 있게 됩니다.

이 시점에서 보면 두 당사자가 지불 채널에서 진행하는 모든 거래는 오프체인입니다. 사실, 세부적으로 살펴보면 라이트닝 네트워크에서 당사자끼리 실제로 비트코인을 주고받는 것이 아니라 다중 서명 지갑 내 각 당사자의 잔액만 업데이트되는 겁니다.

모든 거래가 실질적으로 오프체인으로 체결되거나 다중 서명 지갑 내에서 이루어지기때문에 채굴을 통해 거래를 확인하지 않아도 되고, 상당한 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

거래 당사자가 서로 거래를 종료하자고 판단하면, 각 당사자는 각자 이른바 결산 거래(closing transaction)를 전송하고 서명함으로써 라이트닝 지불 채널을 닫을 수 있습니다. 다시 한번 말하지만 이는 비트코인 블록체인에 기록되는 규칙적인 체인 기반 거래입니다. 결산거래를 통해 각 거래 당사자는 단일 비트코인 거래에서 수행한 오프체인 활동 총량을 네트워크에 알립니다. 이를 통해 실질적으로 비트코인을 확장시킬 수 있는 메인 체인 거래의 수를 줄일 수 있습니다.

우회 지불

라이트닝 네트워크의 핵심 기능은 네트워크로 연결된 피어 간 우회 지불을 가능하게 하는 겁니다. 실제로 이 기능 때문에 라이트닝 네트워크를 네트워크라고 부를 수 있습니다.  이 기능이 없다면 오프체인 기반 전체가 지금만큼 유용하지 않았을 겁니다.

과연 무슨 뜻일까요? 라이트닝 네트워크 내 피어는 네트워크 상에서 누군가와 연결되어 있기만 하다면 서로 제약없이 전송할 수 있다는 의미입니다. 예를 들어, 앨리스가 제인에게 비트코인을 보내고 싶다면, 제인과 직접 라이트닝 지불 채널을 열 필요가 없습니다. 과거에 밥과 제인이 이미 구축해놓은 지불 채널을 이용하여 우회 거래를 할 수 있는 겁니다.  이를 위해 밥은 제인에게 비트코인을 전송하고, 앨리스는 자신이 밥과 구축해놓은 지불 채널을 통해 밥에게 전체 금액을 공제해줍니다.

이 방식으로 라이트닝 네트워크 내 피어들은 명목 수수료만 지불하고도 번개와 같은 속도로 연결하고 거래할 수 있습니다. 피어 중 하나가 다른 피어에게 네트워크상에서 비트코인을 전송할 때, 프로토콜이 자동으로 최단거리 거래 경로를 계산합니다. 그 경로 어딘가에서 연결이 끊기거나 체인 내 피어 중 누군가가 자금이 부족하여 거래를 실행할 수 없다면, 둘 중 누구도 돈을 청구하거나 반환할 필요없이 거래는 그냥 취소됩니다.

상호 연결된 수천개의 지불 채널로 이루어진 2차 레이어 네트워크를 통해 수백만건의 거래가 막힘없이 즉시 체결될 수 있고, 비트코인 메인 네트워크에는 어떠한 부담도 주지 않습니다.

라이트닝 네트워크의 장점과 한계

라이트닝 네트워크 장점 중 하나는 초고속 거래입니다. 이는 거래 수수료를 엄청나게 낮출 뿐 아니라 사토시 미만의 소액 거래도 가능하게 해 줄 수 있다는 확신도 심어주었습니다.

그러나 아직 언급하지 않은 두 가지 큰 장점이 있습니다. 그 중 하나는 프라이버시, 다른 하나는 체인 간 코인 스왑(atomic swaps)입니다.

프라이버시 – 오프체인 지불의 가장 큰 장점은 대부분 익명이라는 겁니다. 예를 들어, 앨리스와 밥이 라이트닝 지불 채널을 연다고 해도, 외부인들은 그러한 거래가 개시되고 종료되었다는 점만 확인하고 메인 체인에 알릴 뿐 그 외에는 알 수 없습니다. 가장 중요한 것은 비트코인 네트워크의 다른 참여자들은 앨리스와 밥이 채널을 열었다는 사실만 알 뿐, 채널 내에서 실제 발생하는 거래는 볼 수 없다는 점입니다. 뿐만 아니라 앨리스는 밥을 활용하여 제인에게 우회 지불할 수 있습니다. 이 때에도 앨리스와 밥의 지불 채널이 종료되면 돈이 어디로 이동하는 지 아무도 알 수 없습니다.

코인 스왑 또는 체인 간 스왑 – 코인 스왑은 스마트 컨트랙스를 활용하여 동일한 해시 알고리즘을 공유하는 두 개의 서로 다른 블록체인으로 가동되는 두 개의 가상화폐간 교환을 촉진하는 기술입니다. 이 때 거래소와 같은 중앙 집중형 중개자는 활용하지 않습니다. 코인 스왑은 블록체인 간 또는 라이트닝 네트워크와 같은 오프 체인 채널 간에서 발생할 수 있습니다. 실질적으로 라이트닝 네트워크가 완전히 가동되면 서로 다른 블록체인이 즉각적이고 저렴하며 사적인 P2P 거래가 가능해집니다.

그렇다고 해도, 라이트닝 네트워크는 모든 비트코인 문제를 해결할 수 있는 모든 해결책이 될 수는 없습니다. 이 프로토콜에도 문제나 한계는 분명히 존재합니다.

중앙집중형 허브 – 라이트닝 네트워크 구현에서 가장 우려하는 점은 중앙화입니다. 네트워크가 형성되고 상호연결되는 방식을 보면 거대한 중앙형 “허브”가 되거나 엄청난 유동성과 연결성을 보유한 대규모 노드가 탄생할 수도 있습니다. 네트워크 내에서 최대한 많은 노드와 거래하고자 하는 참여자는 사실상 허브에 강제로 연결될 수 밖에 없고, 이 떄문에 상황은 점점 더 악화될 수도 있습니다. 중앙화로 인한 검열도 문제일 수 있지만, 만약 이러한 허브 중 하나의 작동이 중지된다면 그와 함께 네트워크의 많은 부분이 함께 중단될 수도 있습니다.

사용성 – 두 번째 우려사항은 유저 경험입니다. 가상화폐 프로젝트는 일단 가장 유저 친화적인 앱은 아닙니다. 설상 가상으로 2차 레이어까지 더하는 셈이니 사용성은 더욱 안좋아질겁니다. 현재 상황을 기준으로 보면, 라이트닝 네트워크 노드는 메인 블록체인보다 시간이 좀 더 걸리고 기술적으로도 더욱 어렵습니다.

지불 규모가 큰 경우 적합하지 않음 – 세 번째 우려사항은 유동성이 파이프라인에 락업되어 있기 때문에 프로토콜을 통해 거래하고 지불 경로를 잡는 데 한계가 있다는 점입니다. 예를 들어 앨리스와 밥이 각자 자신의 채널에 5비트(BTC)를 소유하고 있지만 제인은 밥과의 채널에 1비트(BTC)만을 소유하고 있다고 해봅시다. 그렇다면 앨리스는 밥과 제인의 채널로 거래할 경우 최대 1비트(BTC) 이상은 보낼 수 없습니다. 이는 실질적으로 네트워크를 통해 우회할 수 있는 자금의 규모를 제한하게 되고, 결과적으로 사용성에 도미노처럼 악영향을 미치게 됩니다.

라이트닝 네트워크 현황

라이트닝 네트워크는 느리지만 꾸준히 성장하고 있습니다. 2021년 1월 현재, 온라인 노트는 최대 1만6천개, 액티브 채널 3만7천개 이상, 비트 용량만 1천 비트(BTC)에 달합니다.

개발 현황을 보자면 네트워크는 여전히 베타 단계에 있으며 작업도 진행중입니다. 2015년부터 블록스트림(Blockstream), 라이트닝랩(Lightning Labs), ACINQ를 포함한 여러 팀들이 기술 자체 구현을 위해 노력해왔습니다. 그러나 이러한 기술은 모두 2016년 후반에 초안이 작성된 볼트(BOLP, Basis of Lightning Technology) 스펙과 상호 운용이나 호환할 수 있습니다.

시간이 지나면서 라이트닝 노드 운영은 보다 더 단순해지고 있습니다. 기계에 능숙하지 않은 유저라면 카사(Casa), 호들원(Hodl One), 라이트닝인어박스(Lightning in a Box), 룩스 노드(Lux Node) 등 다수의 기업이 제공하는 풀 노드 라이트닝 장치를 활용한다면 단 몇 분만에 누구라도 구축하여 구동할 수 있습니다.