📘 Cointelegraph Research | Hashgraph와 BOF로 살펴보는 거래 순서의 공정성

 

블록체인 합의 알고리즘은 일반적으로 일관성(Consistency) 과 활성(Liveness) 두 가지 핵심 속성을 보장합니다. 일관성은 모든 노드가 결국 동일한 거래 집합과 동일한 거래 순서에 합의하는 것을 의미하며, 활성은 네트워크가 지속적으로 새로운 거래를 처리할 수 있음을 의미합니다.

하지만 Cointelegraph Research는 이 두 가지 외에도 앞으로 중요한 요소가 하나 더 있다고 설명합니다. 바로 거래 순서의 공정성 (Transaction Order Fairness) 입니다.

퍼블릭 블록체인에서는 거래가 어떤 순서로 실행되는지에 따라 누가 수익을 얻고 누가 손실을 보는지가 결정됩니다. 특히 블록 생성자(Block Proposer), 검증자(Validator), 시퀀서(Sequencer)는 거래 순서를 조정할 수 있는 권한을 이용해 MEV(Maximal Extractable Value) 를 추출할 수 있으며, 여기에는 프론트러닝(Front-running), 백러닝(Back-running), 샌드위치 공격(Sandwich Attack) 등이 포함됩니다.

이 때문에 최근에는 거래 순서 자체를 얼마나 공정하게 결정할 수 있는가가 블록체인 설계의 중요한 연구 주제로 떠오르고 있습니다.

⚖️ 완벽한 공정성은 왜 불가능한가

가장 직관적인 공정성 모델은 ROF (Receive-Order Fairness), 즉, 먼저 도착한 거래를 먼저 처리한다 (First-Come, First-Served) 라는 원칙입니다.

하지만 현실의 분산 네트워크에서는 모든 노드가 동일한 순간에 동일한 거래를 수신하지 않습니다.

예를 들어,

• 일부 노드는 A를 먼저 수신하고,
• 다른 노드는 B를 먼저 수신할 수 있습니다.

인터넷에서는 네트워크 지연(Network Delay)이 항상 존재하며, 모든 노드가 공유하는 하나의 절대적인 시계(Global Clock)도 존재하지 않습니다.

따라서 네트워크 전체가 "어떤 거래가 정말 먼저 도착했는가" 에 대해 완벽하게 동일한 판단을 내리는 것은 원천적으로 불가능합니다.

즉, 비동기(Asynchronous) 환경에서는 완벽한 ROF를 구현할 수 없습니다.

🔄 Condorcet 역설이 만드는 구조적 한계

여기에 더해 Condorcet Paradox (콩도르세 역설) 이라는 수학적 문제가 존재합니다.

예를 들어 대부분의 노드가 다음과 같이 관찰했다고 가정해 보겠습니다.

• 대부분은 A가 B보다 먼저 도착했다고 보고,
• 대부분은 B가 C보다 먼저 도착했다고 보지만,
• 동시에 대부분은 C가 A보다 먼저 도착했다고 볼 수도 있습니다.

즉, [ A → B → C → A ] 라는 순환 관계가 만들어집니다.

이 경우 모든 다수 의견을 동시에 만족하는 단 하나의 거래 순서는 존재하지 않습니다.

이는 특정 블록체인의 설계 문제가 아니라, 비동기 분산 시스템 자체가 갖는 구조적 한계입니다.

결국 완벽한 공정성을 보장하는 합의 알고리즘은 이론적으로 존재할 수 없으며, 각 프로젝트는 현실적인 수준의 공정성을 선택할 수밖에 없습니다.

🔗 Hedera (Hashgraph)는 어떻게 접근하는가

Cointelegraph Research는 Hedera (Hashgraph)를 이러한 문제를 해결하는 대표적인 사례로 소개합니다.

Hashgraph는 블록 생성자가 존재하지 않는 Leaderless aBFT(Asynchronous Byzantine Fault Tolerance) 합의 알고리즘을 사용합니다.

거래가 발생하면 각 노드는 이를 Event 형태로 생성하고, Gossip 프로토콜을 통해 다른 노드들과 공유합니다.

새로운 Event에는 이전에 확인한 Event들의 Hash가 포함되며, 이를 통해 누가 어떤 거래를 먼저 확인했는지가 암호학적으로 연결됩니다.

이 과정에서 DAG (Directed Acyclic Graph) 구조가 형성되고, 인과관계 (Causal Relationship)가 존재하는 거래의 순서는 변경할 수 없게 됩니다.

즉, 먼저 발생한 Event와 이후 발생한 Event 사이의 관계가 암호학적으로 증명됩니다.

⏱️ Median Timestamp를 활용한 공정성

모든 거래가 인과관계를 가지는 것은 아닙니다. 동시에 발생한 거래 (Concurrent Events)는 DAG만으로 순서를 결정할 수 없습니다.

이를 해결하기 위해 Hashgraph는 Round Received 와 Median Timestamp 를 활용합니다.

각 노드는 거래를 처음 본 시간을 기록하고, Consensus Timestamp는 전체 노드가 기록한 시간의 중간값 (Median) 으로 계산됩니다.

악의적인 일부 노드가 시간을 조작하더라도 aBFT 환경에서는 중간값 자체를 크게 왜곡하기 어렵기 때문에 보다 공정한 거래 순서를 만들 수 있습니다.

다만 Hashgraph 역시 노드가 언제 Gossip을 시작할지, 어떤 거래를 먼저 전파할지는 결정할 수 있기 때문에 공정성을 높일 수는 있지만 완벽한 공정성을 보장하는 것은 아니다라고 연구는 설명합니다.

📦 BOF (Block Order Fairness)라는 또 다른 접근

Hashgraph와는 다른 접근 방식도 존재합니다. 대표적인 것이 BOF (Block Order Fairness) 입니다.

BOF는 개별 거래 하나하나의 순서를 맞추기보다는 여러 거래를 하나의 Batch (Block) 로 묶고, Block 간 순서만 공정하게 유지하는 방식을 사용합니다.

Condorcet 순환이 발생하면 해당 거래들은 하나의 Block으로 묶이며, Block 내부에서는 해시 (Hash)와 같은 결정론적 규칙으로 순서를 정합니다.

즉, 공정성의 기준을 개별 거래가 아닌 Batch 단위로 완화한 것입니다.

🚀 Aequitas와 Themis

BOF를 구현한 대표적인 프로토콜이 Aequitas 입니다. Aequitas는 높은 수준의 공정성을 제공하지만, Condorcet 순환이 끝날 때까지 기다려야 하기 때문에 거래 확정이 장시간 지연될 수 있는 단점이 있습니다.

이를 개선한 것이 Themis 입니다. Themis는 동일한 γ-BOF 공정성을 유지하면서도 Batch를 점진적으로 확정하는 방식을 적용하여 일반적인 Liveness를 확보했습니다.

또한 SNARK-Themis 는 영지식증명(SNARK)을 활용해 노드 간 통신량을 크게 줄임으로써 대규모 네트워크에서도 높은 확장성을 제공하도록 설계되었습니다.

연구에서는 BOF 계열이 Timestamp (Hashgraph)기반 방식보다 악의적인 거래 순서 조작에 더욱 강한 모습을 보이지만, 그만큼 계산량과 프로토콜 복잡성이 증가하는 단점도 있다고 설명합니다.

📌 결론

Cointelegraph Research는 비동기 분산 시스템에서는 거래 순서의 완벽한 공정성은 구조적으로 달성할 수 없다고 결론 내립니다.

중요한 것은 완벽한 공정성을 추구하는 것이 아니라 현실적인 제약 속에서 어떤 방식으로 공정성을 최대한 확보할 것인가입니다.

Hedera(Hashgraph)는 DAG, Gossip, Round Received, Median Timestamp 를 활용해 공정성을 높이는 방식을 선택했고, BOF 계열 프로토콜은 Batch 단위 공정성을 통해 같은 문제를 해결하려고 합니다.

두 접근 방식 모두 거래 순서를 특정 참여자의 재량에 맡기지 않고 합의 과정 자체에 공정성을 내재화하려는 공통된 목표를 가지고 있으며, 각각 공정성·성능·확장성 사이에서 서로 다른 트레이드오프를 선택한 설계 철학을 보여줍니다.

결국 블록체인에서 거래 순서의 공정성은 "가능한가"의 문제가 아니라 어떤 방식으로 구현할 것인가의 문제이며, 앞으로도 차세대 블록체인 인프라를 평가하는 중요한 기준 중 하나가 될 것으로 전망됩니다.

🔗 https://cointelegraph.com/research/the-impossibility-of-perfect-fairness-in-transaction-ordering

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