Network layer
P2P(Peer-to-Peer) 네트워크는 탈중앙화된 구조로, 피어간에 태스크와 워크로드를 분산시키는 네트워크를 말합니다. P2P 네트워크에서는, 연결된 컴퓨터들은 모두 동일하게 취급되며, 각 노드(컴퓨터)는 리소스 제공자이면서 리소스 소비자가 될 수 있습니다. 여기서 말하는 리소스는 단순 리소스 뿐만 아니라 서비스, 컨텐츠 또한 포함되는 개념입니다. 기존의 전통적인 클라이언트-서버 네트워크 모델과는 달리, P2P 네트워크는 '탈중앙화', '확장성', '공격 저항성', '은밀성(private)'이라는 장점을 가집니다. 이러한 이점들은 블록체인 시스템을 작동시키고 자유롭고 자율적인 분산적인 블록체인의 기반이 되는 요소들로서 작용합니다.
IOST 네트워크 레이어 구성
IOST는 노드 간에 탐색속도를 빠르게 하고, IOST 네트워크에서 발생하는 트랜잭션과 블록의 전파를 신속하게 하여 완전히 탈중앙화된 네트워크 토폴로지를 구성하는데에 초점을 두고 있습니다. 이와 동시에, 네트워크에 발생할 수 있는 중복을 제한하고, 노드 간에 안전한 데이터 전송을 목표로 하고 있습니다. 이러한 목표 달성을 위해서 연구와 테스트를 해본 결과, libp2p 라는 강력한 라이브러리를 IOST의 네트워크 레이어로 채택하기로 하였습니다.
노드 탐색과 연결
가장 기초가 되는 프로토콜은 TCP/IP 입니다. 도청(eavesdropping)과 원치 않는 데이터 조작을 막기 위해, TCP의 TLS 레이어를 통해 데이터를 보호합니다. 더불어, 각 TCP 연결을 더 잘 활용하기 위해서 스트림 멀티플렉싱을 이용해서 데이터를 주고받으며, 노드 간에 여러 스트림을 동적으로 설정하여 대역폭을 극대화합니다.
IOST 네트워크를 구성하는 각 노드들은 Kademlia 알고리즘을 사용하여 각 노드만의 게이트웨이 테이블을 구성합니다. Kademlia 알고리즘은 노드들의 ID값에 XOR 연산을 하여 노드 간의 거리를 계산 하는데, 이 때 노드들은 다른 노드들과의 거리를 기준으로 버킷에 배치됩니다. 이를 통해서, 어느 한 노드를 쿼리 할 때에는, 해당 버킷 내에서 가장 가까운 노드만 찾으면 됩니다. 따라서 일정한 수의 쿼리만으로 노드에 대한 정보를 찾을 수 있습니다. 이러한 방식으로 Kademlia 알고리즘은 속도가 빠르고, 여러 분야에서 쓰일 수 있다는 점에서 장점을 가지는 알고리즘입니다.
데이터 전송
데이터 전송의 대역폭을 줄이고 속도를 올리기 위해서 IOST는 구조화된 데이터(structured data)를 프로토콜 버퍼를 이용해 직렬화 하고 Snappy 알고리즘을 이용하여 압축합니다. 실제로 이렇게 프로토콜 버퍼 + Snappy 알고리즘을 이용 해본 결과, 데이터의 크기를 80% 이상 줄일 수 있었습니다.
또한, 브로드캐스팅에 대해서 말해보자면, 브로드캐스팅은 일반적으로 데이터 중복 전송을 초래 할 수 있습니다. 따라서 대역폭과 처리 능력을 낭비하게 되는데, 많은 프로젝트들에서는 이러한 데이터 중복 전송 문제를 *네트워크 홉("hops")을 제한하는 것으로 해결하려 하고 있습니다. 하지만 이러한 방법은 종종 데이터가 전체 네트워크에 도달하는 것에 대해서 보장하지 못합니다. 특히 방대한 네트워크에서는 더욱 그렇습니다. 예를 들어, EOS가 이 문제를 해결하는 방식에 대해서 말해보자면, 네트워크 레이어는 각 노드의 이웃(neighbor)의 트랜잭션과 블록에 대해서 로그를 남기고, 이를 통해 특정 노드에 데이터를 보낼지 여부를 결정합니다. 이러한 설계는 물론 데이터 중복 전송을 어느정도 줄일 순 있지만, 많은 로그에 대해서 기록해야 한다는 점에서 스토리지에 부하를 주고, 그다지 매력적인 방법이라고 볼 수 없습니다.
*홉: 홉은 컴퓨터 네트워크에서 출발지와 목적지 사이에 위치한 경로의 한 부분을 말합니다.
IOST는 이러한 데이터 중복 전송 문제를 해결하는데에 있어서 필터 알고리즘을 채택했습니다. 필터 알고리즘은 중복된 정보를 제거하는데 사용되는데, 이러한 필터 알고리즘에는 Bloom Filter, Cuckoo Filter 등등이 있습니다. 많은 알고리즘들에 대해서 비교해본 결과 IOST는 블룸필터를 필터 알고리즘으로 채택했습니다. 이를 통해 단 1.7메가의 스토리지를 통해서 0.1%의 오차범위 내에서 수백만의 데이터 패킷의 중복을 제거할 수 있었습니다. 이 뿐만 아니라, 데이터 중복 전송을 더욱 줄이기 위해서, IOST는 블록과 사이즈가 큰 트랜잭션에 대한 전송에 있어서 데이터 자체를 먼저 보내는 것이 아니라 이들의 해시를 우선적으로 전송하는 특별한 정책을 사용합니다. 이를 통해서 각 블록과 큰 트랜잭션을 전송받으려는 노드들은 해시를 비교하여 자신이 이미 갖고 있는 데이터라면 전송받지 않고, 없는 데이터라면 전송을 받아서 데이터 중복을 줄입니다.
LAN penetration
IOST는 UPnP LAN penetration에 프로토콜을 사용합니다. UPnP는 UDP Hole Punching 이나 STUN의 방식과는 다릅니다. UPnP는 서버를 띄워서 따로 포트를 노출하지 않아도 되는 방식이라, 따로 클라우드 서버를 사용할 필요없이 여러분의 가정에서 쓰는 컴퓨터 만으로 IOST 네트워크에 접속하여 다른 노드들과의 커뮤니케이션이 가능합니다.
이스터 에그
IOST의 go-iost 코드 리포지토리의 P2P 네트워크 패키지에 보면, /example 이라고 하는 폴더가 존재합니다. 여기에 앞서 소개한 네트워크 패키지를 이용한 간단한 메시지 앱을 만들어 두었는데요, 이 폴더에서 $ go build를 실행해보시면 바이너리 파일이 생성되는데, 이를 통해서 IOST 네트워크에 있는 다른 사람들과 채팅을 즐길 수 있습니다! :)
https://github.com/iost-official/go-iost/tree/master/p2p/example