[Paper] Sedna: 다중 동시 제안자 블록체인에서 트랜잭션 샤딩
Source: arXiv - 2512.17045v1
개요
Sedna는 현대 멀티‑프로포저 블록체인에서 숨겨진 병목 현상을 해결합니다: 사용자가 대역폭을 폭증시키거나 트랜잭션 데이터를 프론트‑러닝(MEV)에 노출시키지 않으면서 여러 동시 프로포저에게 트랜잭션을 전송하는 방법입니다. 블라인드 복제를 교묘하고 검증 가능한 무한 코딩 스킴으로 대체함으로써, Sedna는 사용자가 소수의 프로포저에게 작은 “심볼” 조각을 보내도 충분한 심볼이 수집되면 트랜잭션이 실행된다는 것을 보장합니다. 그 결과, 프로토콜은 대역폭을 크게 절감하고 검열 저항성을 향상시키며 MEV 노출을 감소시킵니다—모두 기본 합의 엔진을 건드리지 않고 이루어집니다.
주요 기여
- 거래 전파를 위한 무한 코딩 – 검증 가능하고 실시간으로 작동하는 코딩 기법을 도입하여 사용자가 거래를 무한한 심볼 스트림으로 분할하고, 각 심볼을 어떤 제안자에게도 보낼 수 있게 합니다.
- 디코드 전까지의 프라이버시 – 네트워크가 거래를 복원할 만큼 충분한 심볼을 모을 때까지 거래 내용이 사용자에게만 비공개임을 보장하여 MEV 공격의 창을 제한합니다.
- 형식적인 라이브니스 증명 – 표준 네트워크 가정 하에 Sedna가 항상 진행됨을 보여줍니다(거래가 결국 디코드되고 실행됩니다).
- 거의 최적에 가까운 대역폭 오버헤드 – Sedna의 오버헤드가 정보 이론적 하한에 근접함을 분석적으로 증명하며, 단순 전체 거래 복제 대비 2‑3배 향상을 달성합니다.
- 무변경 배포 – 기존 다중 제안자 합의 프로토콜 위에 얹어 동작하도록 설계되어 블록체인 핵심 합의 로직에 어떠한 변경도 필요하지 않습니다.
Methodology
- Transaction Encoding – 사용자는 트랜잭션 페이로드를 받아 rateless erasure code(예: fountain codes)를 적용해 무한히 생성되는 symbols 시퀀스를 만든다. 각 symbol은 짧은 온‑체인 커밋먼트와 대조하여 검증할 수 있는 작고 독립적인 조각이다.
- Targeted Delivery – 전체 트랜잭션을 모든 proposer에게 브로드캐스트하는 대신, 사용자는 선택된 일부 proposer(예: 전체의 무작위 10‑20 %)에게 bundle 형태의 symbols를 비공개로 전달한다. 이 선택은 지연 시간과 대역폭 사이에서 조정될 수 있다.
- Deterministic Execution Order – proposer들은 받은 symbols를 블록에 포함한다. 블록체인이 디코딩 임계값을 만족할 만큼 충분히 다양한 symbols를 최종 확정하면, 어떤 노드든 원본 트랜잭션을 복원하고 합의 레이어가 동의한 결정적 순서대로 실행할 수 있다.
- Verification & Privacy – 각 symbol은 원본 트랜잭션 커밋먼트에 속한다는 증명(예: Merkle proof)을 담고 있다. 디코딩 임계값에 도달하기 전까지는 symbols가 유용한 정보를 노출하지 않아 until‑decode privacy를 제공한다.
저자들은 프로토콜을 형식화하고, 네트워크를 비동기적이지만 부분적으로 동기화된 시스템으로 모델링한 뒤, 안전성(이중 지불 방지)과 활력(트랜잭션이 결국 디코딩됨)을 모두 증명한다. 또한 대역폭 오버헤드를 분석적으로 도출하고 최적 경계와 비교한다.
결과 및 발견
| 지표 | Naïve Replication | Sedna (theoretical) | Observed (simulation) |
|---|---|---|---|
| 트랜잭션당 대역폭 (× payload) | ~3‑4× | ~1.2‑1.5× (≈ information‑theoretic lower bound) | 복제 대비 2‑3× 감소 |
| 포함까지 지연 시간 (blocks) | 유사 (제안자 집합에 따라 다름) | 매우 작은 심볼 집합의 경우 약간 높지만 조정 가능 | 기준 대비 1‑2 블록 이내 |
| MEV 노출 (프런트런 확률) | 높음 – 전체 payload가 다수 proposer에게 공개 | 낮음 – decode threshold까지 payload가 숨김 | 시뮬레이션된 MEV 공격에서 70‑80 % 감소 |
| 합의 영향 | 없음 (단지 트래픽 증가) | 없음 – Sedna는 얇은 오버레이 | 블록 최종 확정 시간에 변화 없음 |
시뮬레이션 결과, Sedna의 대역폭 절감 효과가 다양한 네트워크 규모와 proposer 수에 걸쳐 유지되며, 프라이버시 보장은 MEV 봇에 대한 공격 표면을 효과적으로 축소함을 확인했습니다.
Practical Implications
- Cost‑effective scaling – 멀티‑프로포저 체인에서 dApp을 개발하는 개발자들은 네트워크 대역폭에 연동된 거래 수수료를 줄일 수 있으며, 이는 게임, DeFi 애그리게이터와 같은 고처리량 사용 사례에서 특히 중요합니다.
- Stronger censorship resistance – 사용자가 프로포저의 일부만을 대상으로 할 수 있게 함으로써 Sedna는 “전부‑또는‑없음” 복제 모델을 회피하고, 다수와 공모하지 않는 한 프로포저 연합이 거래를 차단하기 어렵게 만듭니다.
- MEV mitigation as a service – 지갑 제공자는 Sedna를 기본 “코딩‑기반 프라이버시” 레이어로 통합하여, 별도의 믹서나 롤업 없이도 사용자가 자동으로 프론트‑러닝으로부터 보호받을 수 있게 할 수 있습니다.
- Incremental rollout – Sedna가 합의 레이어 위에 존재하기 때문에 기존 블록체인은 소프트‑포크 혹은 오프‑체인 클라이언트 업그레이드만으로도 도입할 수 있어, 파괴적인 하드 포크를 피할 수 있습니다.
- Developer ergonomics – 프로토콜은 간단한 SDK 호출(
encodeTx,sendSymbols,awaitDecode)을 통해 노출될 수 있어, 코딩 세부 사항을 추상화하고 일반 거래 제출만큼 쉽게 사용할 수 있습니다.
제한 사항 및 향후 연구
- 파라미터 튜닝 – 최적의 서브셋 크기와 심볼 비율을 선택하는 것은 네트워크 지연, 제안자 이탈률, 그리고 원하는 지연 보장에 따라 달라지며, 잘못된 설정은 확인 시간을 늘릴 수 있습니다.
- 증명자 검증 오버헤드 – 각 제안자는 심볼 증명을 검증해야 하는데, 이는 수신된 심볼 수에 비례하여 CPU 비용이 다소 증가합니다.
- 보안 가정 – 디코딩 임계값에 도달하기 전까지는 프라이버시 보장이 유지되지만, 초기 단계에서 공동으로 행동하는 고도로 적대적인 제안자 집합은 부분적인 정보를 얻을 수 있습니다.
- 실증적 배포 – 논문의 평가는 시뮬레이션 기반이므로, 실제 멀티‑제안자 체인(예: Avalanche, Solana)에서 적대적인 네트워크 조건 하에 성능을 검증하는 실험이 필요합니다.
- 크로스‑샤드 트랜잭션으로의 확장 – 향후 연구에서는 Sedna의 코딩 접근 방식이 샤드 실행 환경과 어떻게 상호 작용하는지 탐구하여, 프라이버시를 보장하는 크로스‑샤드 통신을 가능하게 할 수 있습니다.
Sedna는 차세대 멀티‑제안자 블록체인에서 보다 효율적이고, 프라이버시를 보호하며, 검열에 강한 트랜잭션 전파를 위한 유망한 길을 열어줍니다. 개발자들이 MEV와 대역폭 비용을 억제할 방법을 찾는 가운데, 무제한 코딩 레이어를 통합하는 것이 실용적이고 표준과 호환되는 솔루션이 될 수 있습니다.
저자
- Alejandro Ranchal‑Pedrosa
- Benjamin Marsh
- Lefteris Kokoris‑Kogias
- Alberto Sonnino
논문 정보
- arXiv ID: 2512.17045v1
- 분류: cs.CR, cs.DC
- 발행일: 2025년 12월 18일
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