XRP Ledger에 대한 형식 검증

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Summary

Ripple은 Common Prefix와 협력하여 XRP Ledger의 핵심 구성 요소(결제 엔진 및 합의 프로토콜)를 명시하고 형식적으로 검증하고 있습니다. 결제 엔진에 대한 최신 사양은 GitHub에서 확인할 수 있습니다:
XRP Ledger Payment Engine Specification

2012년 XRP Ledger가 처음 가동될 때, 제작자들의 목표는 제한된 자원으로 보다 효율적인 새로운 블록체인을 만드는 것이었습니다. 연구팀, 형식 사양, 감사자와 학술 논문으로 이루어진 생태계가 없었고, 엔지니어들은 작동하고 신뢰할 수 있는 분산 원장을 구축하기 위해 달렸습니다. 그 이후로 XRP Ledger는 가장 오래 운영되는 블록체인 중 하나가 되었으며, 10년 이상 가동 중단 없이 수억 개의 원장과 트랜잭션을 처리하고 있습니다[1]. 그러나 기본 구성 요소에 대해서는 단일 C++ 구현(xrpld)이 유일한 진리의 원천으로 작용해 왔으며, 이는 근본적인 문제를 야기합니다:

• 안전성 증명이 없음. 시스템이 잘못된 상태에 도달하지 못한다는 것을 증명하지 못합니다. 수십 년에 걸친 실적은 엔지니어링 품질을 입증하지만, 차세대 복잡한 기능을 위해서는 경험적 성공을 넘어 수학적 확실성을 확보해야 합니다.
• 의도 파악 불가. 코드는 매우 정확한 C++ 표현으로 무엇을 하는지는 알려주지만 왜 하는지는 알려주지 않습니다. 이는 의도된 동작과 내재된 동작을 구분할 수 없게 만듭니다.

블록체인이 진화함에 따라 원장의 핵심에 존재하는 이 “사양 부채”는 이제 해결 시점에 도달했습니다. XRP Ledger는 새로운 고도로 복잡한 기능들이 지속적으로 제안되고 추가되는 동적 시스템입니다.

Recent and Upcoming Features

• The Lending Protocol
• Multi‑Purpose Token (MPT) DEX
• Batch Transactions
• Permissioned DEXes

이러한 복잡한 수정 사항들은 수십 년 된 원장의 논리와 얽혀야 하므로 다음과 같은 질문을 야기합니다:

• 새로운 대출 프로토콜이 동결 자산이나 클로백 규칙과 어떻게 상호 작용합니까?
• 배치 트랜잭션이 DEX의 순서 및 실행 로직에 어떤 영향을 미칩니까?

이미 복잡하고 명시되지 않은 시스템에 맞춰야 하는 각 새로운 기능은 가능한 상태와 상호 작용의 수를 기하급수적으로 증가시킵니다. 인간의 직관과 전통적인 테스트만으로는 올바름을 보장하기에 충분하지 않게 되었습니다.

검증 가능한 진실의 원천

이러한 문제들을 해결하려면 XRP Ledger의 핵심 구성 요소에 대한 형식적이고 추상적인 사양이 필요합니다. 이는 시스템 동작에 대해 수동적이든 기계적이든 논리적 추론을 할 수 있는 검증 가능한 진실의 원천을 제공합니다. 두 가지 상호 보완적인 자산이 필요합니다:

1. 인간‑읽기 사양 – 시스템 동작을 명확하고 모호함 없이 설명하는 문서로, 개발자와 연구자에게 표준 참조 역할을 합니다.
2. 기계‑검증 모델 – 사양을 형식적이고 수학적인 형태로 표현한 것으로, 시스템 속성에 대한 기계적 증명, 네트워크 동작 시뮬레이션, 새로운 코드 변경이 핵심 안전 보장을 위반하지 않는지 검증할 수 있게 합니다.

혜택: 더 강력한 기반

Formal specification을 수립하면 전체 XRP Ledger 생태계 전반에 걸쳐 복합적인 혜택을 제공하는 더 강력한 기반을 구축합니다.

형식 방법이란?

간단히 말하면, 형식 방법은 응용 수학과 논리에 기반한 일련의 기법으로, 복잡한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템을 명세, 설계, 검증하는 데 사용됩니다.

전통적인 테스트는 버그의 존재만 증명할 수 있지만, 형식 방법은 특정 종류의 버그 부재를 증명할 수 있게 해줍니다. 다음과 같은 질문에 답할 수 있습니다:

• “이 시스템이 잘못된 상태에 들어갈 가능성이 있나요?”
• “새로운 대출 프로토콜이 결제 엔진의 핵심 불변성을 깨뜨리는가?”

복잡성이 증가하는 시스템에서는 인간 직관이 한계에 부딪힙니다. 형식 방법은 복잡한 상호작용을 모델링하고, 에지 케이스 버그를 탐지하며, 프로토콜 설계의 정확성과 건전성에 대한 수학적 확신을 제공합니다.

구체적인 장점

• 명확성 및 모호성 감소 – 단일 진실 원천은 XRP Ledger를 구축하는 개발자들의 추측을 없애고, 온보딩 및 연구를 가속화합니다.
• 보다 견고한 테스트 및 감사 – 명세는 구현을 평가하는 정규 벤치마크가 되어, 포괄적인 테스트 스위트와 독립적인 검증을 가능하게 합니다.
• 안전한 프로토콜 진화 – 제안된 수정 사항은 코드를 작성하기 전에 수학적 엄밀성으로 모델링·평가될 수 있어, 예측 가능하고 안전한 업그레이드를 보장합니다.
• 첨단 기술을 위한 기반 – 형식 명세는 무신뢰 ZK‑브리지와 같은 차세대 기능을 위한 필수 설계도이며, 암호 회로 설계를 단순화하고 미묘하고 치명적인 오류 위험을 크게 줄입니다.

프로세스: 코드에서 형식 증명으로

기존 C++ 구현을 검증 가능한 모델로 전환하는 것은 간단하지 않으며, 다음이 필요합니다:

1. 의도 추출 – 코드 뒤에 있는 설계 논리를 해석하며, 단순히 동작 세부 사항만 보는 것이 아니라.
2. 추상 모델링 – 핵심 동작을 포착하면서 관련 없는 구현 세부 사항은 제외한 고수준 수학 모델을 만드는 것.
3. 기계적 검증 – 증명 도우미나 모델 체커를 사용해 모델이 원하는 안전성 및 지속성 속성을 만족함을 형식적으로 검증하는 것.
4. 반복적 정제 – 모델을 지속적으로 진화하는 코드베이스와 새로 제안된 프로토콜 수정 사항에 맞추는 것.

이러한 체계적인 접근 방식을 따름으로써 Ripple과 Common Prefix는 검증 가능하고 미래에도 견고한 사양을 제공하여 XRP Ledger의 지속적인 성장을 수년간 지원하고자 합니다.

추상화, 번역이 아님

C++ 코드베이스를 형식 언어로 직접 한 줄씩 변환하는 것은 실현 불가능할 뿐만 아니라, 이 작업의 본질적인 목적 자체를 놓치는 것입니다.

단계 1 – 시스템 이해

이 단계에서는 고고학과 공학이 필요합니다: 설계 문서와 코드를 검토하고, 핵심 개발자와 협력하여 시스템의 의도를 파악합니다.

산출물: 프로토콜 규칙을 C++‑특정 세부 사항 없이 순수 영어로 명확하고 구조화된 문서.

단계 2 – 형식 사양

두 번째 단계에서는 형식 언어로 정확한 의미론이 요구되며, 가장 위험한 버그가 숨어 있는 영역에 초점을 맞춥니다:

• 동시성
• 분산 합의
• 복잡한 상태 전이

시스템 모델링은 반복적인 과정입니다: TLA+와 같은 도구로 결함을 확인하고, 결과를 바탕으로 사양을 정제합니다.

직접 코드 변환이 작동하지 않는 이유

1. State Explosion – C++ 코드는 과도한 세부 정보를 포함하고 있습니다. 모든 세부 정보를 포함하는 모델은 상태 공간이 너무 커서 어떤 컴퓨터도 효과적으로 분석할 수 없습니다.
2. Implementation Bias – 변환된 모델은 구현의 모델이 될 것이며, 설계의 모델이 아닙니다. 코드에 있는 버그가 모델에 그대로 재현되어 검증 목적을 무력화합니다.
3. Loss of Abstraction – 초점이 프로토콜의 고수준 정확성을 검증하는 것에서 메모리 관리와 같은 저수준 세부 사항을 확인하는 것으로 이동하게 되어, 우리가 얻고자 하는 중요한 설계 수준의 통찰을 잃게 됩니다.

원하는 접근 방식

시스템을 state machine으로 모델링하여 그 동작과 원하는 특성을 표현합니다. 이를 통해 모델 검사기가 설계의 논리적 결함을 전면적으로 탐색할 수 있게 되어 강력한 피드백 루프를 만들 수 있습니다:

• 비공식 사양의 모호성을 찾아 수정합니다.
• 형식 모델에서 논리적 오류를 감지합니다.
• 두 가지를 모두 견고해질 때까지 다듬습니다.

Source: …

협업 및 집중

이 중요한 작업을 수행하기 위해 Ripple은 형식 검증 및 프로토콜 분석에 깊은 전문성을 가진 Common Prefix와 협업하고 있습니다. 이 협업은 다음과 같은 전문 분야에 초점을 맞춥니다:

• 합의 기반
• 상호 운용성
• 분산 원장 프로토콜의 핵심 속성을 수학적으로 증명

XRP Ledger의 복잡성은 집중된 접근 방식을 요구합니다. 전체 시스템을 한 번에 명세하는 것은 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸립니다. 우리는 시작점으로 가장 중요하고 복잡한 두 구성 요소를 다음과 같이 선정했습니다:

우리는 합의 메커니즘의 형식 모델을 만들어 그 핵심 속성을 수학적으로 증명할 것입니다:

• Liveness – 네트워크가 지속적으로 진행됩니다.
• Safety – 네트워크가 절대 잘못된 상태에 도달하지 않습니다.
• Finality – 거래가 확인되면 되돌릴 수 없습니다.

앞으로의 전망

이 이니셔티브는 XRPL을 기관 금융과 탈중앙화 혁신의 다음 10년을 맞이할 준비가 된 플랫폼으로 성숙시키는 중요한 단계입니다.

code‑as‑truth에서 mathematics‑as‑truth로의 전환이 진행 중입니다. 우리는 여러분이 XRP Ledger Payment Engine Specification을 읽어보시길 초대합니다. 해당 사양을 기반으로 결제 엔진에 대한 형식 검증을 시작하고, 2026년에는 합의 프로토콜에 대한 검증을 진행할 예정입니다.