Rootstock 병합 채굴 보안에 대한 동적 분석 보고서

목차

1. 서론

2. 실험 개요

3. 블록 생성 시간 특성

4. 채굴풀 블록 템플릿 갱신 주기

5. 형제 블록 발생과 영향

6. 난이도 조정 메커니즘 분석

7. 블록체인 재구성 발생률

8. 블록 시간 단축 시뮬레이션

9. 개선 방안 논의

10. 결론

1. 서론

비트코인 네트워크의 막대한 해시파워를 활용하여 보안을 강화하는 병합 채굴(merge mining) 기술은, 비트코인 사이드체인인 Rootstock(RSK)에 적용되어 그 보안성을 크게 향상시켰다. 병합 채굴이란 1차 블록체인(비트코인)의 동일한 작업증명(Proof of Work) 해시레이트를 사용하여 2차 블록체인(Rootstock)을 동시에 채굴하는 방식으로, 이를 통해 추가적인 연산 비용 없이도 부차 체인을 보호할 수 있다. Rootstock은 이러한 병합 채굴을 통해 비트코인의 견고한 해시레이트를 상속받아 가장 안전하고 탈중앙화된 레이어2 플랫폼 중 하나로 자리매김하고 있으며, 비트코인과 기술적으로 긴밀히 정합되어 높은 보안 보장을 얻고 있다. 실제로 2025년 2월 대형 채굴풀 Foundry의 합류로 Rootstock을 보호하는 해시파워는 비트코인 총 해시레이트의 약 80% 수준에 이르렀다. 이는 약 740 엑사해시에 달하는 연산력이 Rootstock 네트워크의 블록 생성에 참여하고 있음을 의미하며, 사실상 비트코인 본체에 준하는 강력한 보안 구조를 갖추었음을 나타낸다.

그러나 병합 채굴의 이론적 효율성에도 불구하고, 실제 운영 환경에서 Rootstock의 병합 채굴 성능은 다양한 동적 요인에 의해 좌우된다. 본 보고서에서는 Rootstock 네트워크의 블록 생성 시간 변동성, 채굴풀의 블록 템플릿 갱신 주기, 형제 블록(sibling block) 발생 빈도, 난이도 조정 알고리즘 등의 핵심 지표들을 24시간에 걸쳐 수집된 데이터에 기반하여 분석하였다. 이러한 요인들은 Rootstock의 트랜잭션 처리 속도, 네트워크 안정성 등 시스템 전반의 효율성에 직접적인 영향을 미치며, 특히 Rootstock이 지향하는 빠른 블록 생성 시간(평균 14초 목표)을 달성하고자 할 때 어떤 한계와 개선점이 있는지를 시사한다.

보고서의 주요 목적은 병합 채굴의 실제 동작 메커니즘을 심도 있게 이해함으로써 Rootstock의 블록 생성 시간을 단축하면서도 네트워크 안전성과 안정성을 유지할 수 있는 방안을 모색하는 데 있다.

(a) PoW 블록체인의 확률적 특성으로 인한 블록 생성 간격의 변동성과 이로 인한 효율 저하

(b) 채굴풀이 RSK 블록 템플릿을 갱신하는 빈도가 형제 블록 발생률에 미치는 영향

(c) Rootstock의 난이도 조정 메커니즘이 단기적인 블록 생성 변동성에 어떻게 반응하는지 및 그로 인한 네트워크 영향

(d) 더 빠른 블록 시간을 시도할 경우 예상되는 효과와 문제점에 대한 시뮬레이션 결과

(e) 이러한 분석에 기초한 프로토콜 개선 제안(RSKIP77, RSKIP62 등)의 검토이다.

이 보고서는 블록체인 전문가를 대상으로 작성되었으며, Rootstock 병합 채굴 시스템의 보안 구조와 기술적 특성을 학술적인 시각에서 조망한다. 아래에서는 실험 설정과 각 분석 결과를 순서대로 제시하고, 마지막으로 Rootstock 구현 관점에서의 개선 방안과 시사점을 논의한다.

2. 실험 개요

Rootstock 병합 채굴의 동작 데이터를 수집하기 위해 24시간 동안 종합적인 측정을 수행하였다.

• RSK 노드 로그 수집: 완전히 동기화된 Rootstock 노드로부터 블록 생성 시각, 형제 블록(동일한 높이에서 거의 동시에 생성되었으나 메인 체인에 포함되지 못한 블록) 발생 여부, 채굴풀 coinbase 식별자 등의 정보를 기록하였다. 이를 통해 각 블록의 생성 간격과 어떤 채굴풀이 해당 블록(혹은 형제 블록)을 채굴했는지 파악할 수 있다.

• 더미 채굴 프로그램: 자체 개발한 더미(miner) 채굴 소프트웨어를 주요 합류 채굴풀들에 워커(worker)로 연결하여, 각 풀에서 Rootstock용 블록 템플릿 갱신(refresh) 신호가 발생하는 간격을 측정하였다. 이 더미 채굴기는 실제 채굴에는 참여하지 않고 공개 프로토콜을 통해 템플릿 정보를 주기적으로 수집하였다. 측정된 템플릿 갱신 간격 데이터는 각 풀의 블록 업데이트 주기를 근사적으로 보여주며, 완벽히 정밀하지는 않지만 분석에 유용한 시사점을 제공한다.

수집된 로그 데이터와 템플릿 갱신 간격 데이터는 후속 섹션들의 모든 결과 분석의 기반이 되었다. 이러한 실험 설정을 통해 Rootstock 병합 채굴 과정의 실제 성능 지표들을 정량적으로 파악하고, 각 지표 간 상관관계를 탐구할 수 있었다.

3. 블록 생성 시간 특성

Rootstock의 블록 생성 간격(block time)은 현재 평균 약 24초 수준으로, 과거 30초에서 크게 개선된 수치다. 이 개선은 주로 일부 대형 채굴풀의 참여 증가 및 난이도 조정 방식의 영향으로 이뤄졌다. 다만, 평균이 24초라 하더라도 개별 블록 간 간격은 상당한 변동성을 보인다. 실제로 약 절반의 블록은 이전 블록이 나온 지 24초 이내에 생성되지만, 나머지 절반은 그보다 훨씬 오래 걸리는 경우도 많아 몇몇 간격은 150초에 달하기도 했다. 이러한 현상은 작업증명 채굴의 확률적 특성에 기인한다. 채굴은 각 해시 시도가 독립적으로 성공 확률을 가지는 푸아송 과정(Poisson process)으로 모델링되며, 일정 시간 내 생성되는 블록의 개수는 포아송 분포를 따르고 블록 간 시간 간격은 지수 분포(exponential distribution)를 따른다. 다시 말해, 블록이 빠르게 연속 등장할 확률도 존재하지만, 때로는 긴 지연이 발생할 확률도 무시할 수 없다는 것이다.

그림 1: Rootstock 블록 생성 시간 분포 히스토그램

블록 간 시간 간격(초)을 2초 단위 구간으로 묶어 빈도수를 나타냈다. 빨간 세로선은 50번째 퍼센타일(중앙값 약 23초), 녹색선은 75번째 퍼센타일(약 39초), 파란선은 90번째 퍼센타일(약 58초)을 나타낸다. 대부분의 블록은 0~60초 사이에 생성되지만 드물게 100초가 넘는 예외적인 지연도 관측된다. 이는 작업증명의 확률적 특성상 블록 생성 시간이 완전히 균일할 수 없음을 보여준다.

이처럼 Rootstock의 블록 생성 간격에는 상당한 변동성이 존재하며, 이는 블록체인 프로토콜 설계시 중요한 고려사항이다. 특히 Rootstock처럼 짧은 블록 시간을 지향하는 PoW 네트워크에서는, 블록 생성의 불확실성이 시스템 효율과 안전성에 미치는 영향이 크다. 예컨대 일부 초당 수십 개 블록을 생성하는 최신 블록체인들은 이러한 변동성을 감당하기 어려워 작업증명을 포기하고 지분증명(PoS)으로 전환하고 있지만, Rootstock은 비트코인의 보안성과 탈중앙화를 계승하기 위해 PoW 방식을 유지하고 있다. 따라서 블록 생성 시간의 확률 분포를 이해하고 이에 대응하는 최적화가 필요하다. 후속 섹션에서는 채굴풀의 전략과 프로토콜 메커니즘이 이러한 블록 시간 변동성에 어떻게 맞물려 작동하는지 살펴본다.

4. 채굴풀 블록 템플릿 갱신 주기

블록 템플릿(block template)이란 채굴자가 유효한 블록을 만들기 위해 해시 연산을 수행할 기본 데이터 구조로, 새로운 트랜잭션과 이전 블록 정보 등을 포함한다. 일반적인 비트코인 채굴풀에서는 최신 트랜잭션과 최신 블록 헤더를 반영하기 위해 이 템플릿을 수초 단위로 주기적으로 갱신한다. 그러나 Rootstock의 경우 일부 채굴풀이 블록 템플릿 갱신을 지연시키는 정황이 관찰되었는데, 이는 시스템 성능에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요인이다. 템플릿 갱신이 늦어지면 채굴자들이 이미 오래된(구식의) 블록 헤더를 기반으로 해시를 계속 수행하게 되고, 그 사이에 다른 채굴풀이 새 블록을 찾아버리면 뒤늦게 갱신이 이뤄졌을 때 이미 존재하는 블록과 동일한 높이의 블록을 또 다시 채굴하는 결과를 낳는다. 이렇게 발생한 블록은 메인 체인에 편입되지 못하고 형제 블록(uncle)으로 남게 되어 자원의 낭비와 네트워크 비효율을 초래한다. 따라서 각 채굴풀이 얼마나 빈번히 블록 템플릿을 새로고침하는가는 Rootstock 병합 채굴의 효율과 보안에 있어 중요한 변수이다.

• Luxor: 약 10.85초

• AntPool: 약 11.71초

• ViaBTC: 약 13.94초

• SpiderPool: 약 22.47초

• F2Pool: 약 24.45초

• SecPool: (연결 실패로 데이터 수집 불가)

위 결과에서 알 수 있듯이, Luxor나 AntPool은 1012초 간격으로 비교적 자주 템플릿을 갱신하지만, SpiderPool과 F2Pool은 20초를 훌쩍 넘기는 긴 주기로 갱신하는 것으로 나타났다. F2Pool의 경우 평균 갱신주기가 24초로, 이는 Rootstock의 현재 평균 블록시간(24초)과 거의 같아 사실상 한 블록 주기마다 한 번밖에 템플릿을 새로고침하지 않는 셈이다. 이로 인해 F2Pool 소속 채굴자들은 새로운 블록이 이미 나온 후에도 이전 템플릿으로 해시를 계속함으로써 형제 블록을 만들어낼 가능성이 높아진다. 반면 Luxor와 AntPool처럼 1012초 이내로 빠르게 갱신하는 풀에서는 최신 블록 발생 소식을 발 빠르게 반영하여 불필요한 중복 채굴을 줄이고, 그 결과 형제 블록 발생이 적고 메인 체인에 포함되는 블록의 비율이 높아진다

그림 2: 주요 채굴풀별 블록 템플릿 갱신 간격 분포

각 서브플롯은 풀 이름(Luxor, AntPool, ViaBTC, SpiderPool, F2Pool) 별로 관측된 템플릿 갱신 간격(초)의 히스토그램을 보여준다. 상자 안의 수치는 샘플 수와 통계량(평균, 중앙값, 표준편차, 최소/최대값)이다. Luxor와 AntPool의 분포는 대부분 0~12초에 몰려 있으며 30초 이상 구간은 드문 반면, F2Pool은 분포가 50초 부근까지 넓게 퍼져 있다. SpiderPool 역시 30초 부근에 뚜렷한 피크가 나타나는 등 갱신 간격이 불규칙하다. 이들의 차이는 곧 형제 블록 발생률의 차이로 이어진다.

그림 2의 분포를 자세히 보면, Luxor와 AntPool의 경우 갱신 간격이 0~12초에 집중되고 30초 이상 지연되는 사례가 거의 없어 Rootstock 평균 블록시간(24초)에 잘 부합하는 일관된 갱신 패턴을 보인다. ViaBTC는 평균 약 14초로 비교적 짧지만 드물게 30초를 넘는 꼬리 부분이 나타나 간헐적인 지연이 존재한다. SpiderPool은 평균 22.5초로 길고 분포도 불규칙하여 32초 지점에 뚜렷한 피크가 보이는 등 갱신 주기가 들쑥날쑥한 양상을 띤다. F2Pool은 가장 극단적으로, 분포 폭이 넓고 50초 부근에 최고값을 가질 정도로 매우 드문드문 갱신하는 경향을 보여주고 있다. 이러한 결과는 채굴풀마다 블록 템플릿 관리전략이 상이하며, 일부 풀은 적시에 템플릿을 갱신하지 않아 Rootstock 네트워크 효율을 떨어뜨릴 수 있음을 시사한다. 템플릿 갱신 간격이 긴 풀에서는 최신 블록 정보를 놓쳐 형제 블록(sibling block)을 양산하고, 이는 결과적으로 메인 체인에 기여하는 블록 비율을 낮춰 네트워크 처리량을 저해하게 된다.

5. 형제 블록 발생과 영향

병합 채굴 환경에서 동시에 발생한 두 블록 중 하나만 메인 체인에 포함되고 다른 하나는 버려질 때, 후자는 형제 블록(일명 엉클 블록, uncle)이라 불린다. Rootstock에서는 이러한 형제 블록도 어느 정도 네트워크 보안에 기여한다고 간주되어, 차후 난이도 조정 계산 등에 반영된다. 그러나 형제 블록이 지나치게 많이 생기면 네트워크 입장에서는 중복 작업 증가와 블록 전파 지연 등의 부작용을 초래한다. 앞선 분석에서 확인했듯 템플릿 갱신이 느린 채굴풀일수록 형제 블록을 만들어낼 확률이 높다. 실제 데이터에서도 채굴풀별 메인 블록 vs 형제 블록 생산 비율에 뚜렷한 차이가 나타났다.

그림 3: 주요 채굴풀별 메인 블록과 형제 블록 생산량

파란 막대는 일정 기간 해당 풀이 채굴하여 메인 체인에 포함된 블록 수*, 주황 막대는* 형제 블록으로 남은 블록 수*를 나타낸다. 예시 기간 동안 AntPool은 1,977개의 메인 블록과 152개의 형제 블록을 생산하여 형제 블록 비율이 매우 낮은 반면, F2Pool은 메인 블록 292개에 형제 블록 754개로 메인보다 형제가 더 많은 특이한 양상을 보였다.*

그림 4: 주요 채굴풀별 메인 블록 대비 형제 블록 비율(%)

각 풀에서 전체 채굴 블록 중 메인 체인에 포함된 비율(파란색)과 형제로 남은 비율(주황색)을 백분율로 나타냈다. AntPool과 SecPool은 약 93% 정도가 메인 블록으로 편입되고 형제 블록은 7% 남짓에 불과하다. Luxor도 약 89.6%가 메인 블록이다. ViaBTC는 형제가 35%로 다소 높다. 반면 SpiderPool과 F2Pool은 형제 블록 비율이 70%를 넘어서 압도적으로 많은 채굴 작업이 형체인에 기여하지 못하고 소모되었음을 보여준다.

그림 3과 4를 통해 각 풀의 채굴 효율을 비교하면, AntPool, SecPool, Luxor 등은 채굴한 블록 대부분을 메인 체인에 포함시키며 형제 블록 발생이 매우 적은 효율적인 전략을 보이고 있음을 알 수 있다.AntPool과 SecPool은 채굴 블록의 약 7%만 형제로 남았고, Luxor도 10% 수준에 그쳤다. 이는 이들 풀이 잦은 템플릿 갱신과 신속한 블록 전파를 통해 충돌을 최소화했기 때문으로 추정된다. 한편 SpiderPool과 F2Pool은 채굴된 블록의 70% 이상이 형제 블록이 되는 극심한 비효율을 드러냈다. 특히 F2Pool의 경우 메인 블록보다 형제 블록을 더 많이 만들어내어(약 72%가 형제) 네트워크 기여도가 매우 낮았는데, 이는 앞서 확인한 대로 템플릿 갱신 지연으로 인한 최신 블록 미반영 및 블록 전파 지연 등이 복합적으로 작용한 결과로 보인다. SpiderPool 역시 70% 가량이 형제로 기록되어 상황은 유사하다. 이러한 비효율은 단순히 해당 풀의 문제에 그치지 않고 Rootstock 네트워크 전체에 영향을 미치는데, 형제 블록이 많이 생길수록 유효 블록 생산속도가 떨어지고 네트워크 자원이 낭비되기 때문이다. 게다가 Rootstock의 프로토콜은 형제 블록도 난이도 계산에 포함하도록 설계되어 있어, 형제 블록 증가가 네트워크 난이도 상승을 유발함으로써 블록 생성 속도를 추가로 저하시킬 수 있다. 다음 섹션에서는 이 난이도 조정 메커니즘을 상세히 분석한다.

6. 난이도 조정 메커니즘 분석

Rootstock은 비트코인과 마찬가지로 작업증명 난이도 조정 알고리즘을 통해 블록 생성 간격을 제어한다. Rootstock 코드 상의 목표 블록 시간은 약 14초로 설정되어 있으며, 난이도 조정은 직전 블록들의 생성 간격과 형제 블록(엉클) 수를 기반으로 수행된다. 구체적으로, 새로운 블록의 난이도를 계산할 때 이전 블록과 그 부모 블록 간 시간차(Δ)와 부모 블록의 형제 블록 개수(uncleCount)를 고려하여 다음과 같이 난이도를 높이거나 낮춘다.

• Δ < (1 + uncleCount) * 목표간격(14초)인 경우 : 블록이 예상보다 빨리 생성 ⇒ 난이도 상향 조정

• Δ > (1 + uncleCount) * 목표간격인 경우 : 블록 생성이 지연 ⇒ 난이도 하향 조정

• Δ ≈ (1 + uncleCount) * 목표간격인 경우 : 난이도 유지

즉, 형제 블록이 없으면 Δ를 14초와 비교해 난이도를 올리거나 내리고, 형제 블록이 1개 있었다면 기준을 28초로 완화하여 난이도를 계산하는 식이다. 이 난이도 계산 알고리즘은 보안성과 공정성을 높이기 위해 형제 블록까지 고려하는 특징이 있지만, 단기적으로는 몇 가지 부작용을 가져오는 것으로 분석되었다.

첫째, 난이도 조정이 지나치게 민감하게 이루어져 블록 생성 속도의 단기 변동성을 증폭시키는 경향이 있다. 현재 알고리즘은 사실상 직전 두 블록의 데이터만을 사용하여 난이도를 조정하기 때문에, 작업증명의 확률적 특성으로 인한 단기간의 운(randomness)에도 과도하게 반응할 수 있다. 예를 들어 연속하여 몇 개 블록이 빠르게 찾아지면 난이도가 급격히 올라가고, 반대로 몇 차례 연속 지연되면 난이도가 급격히 내려가는 식이다. 실제 24시간 동안 Rootstock 네트워크의 난이도 변화를 살펴보면 난이도가 시간에 따라 계속 요동치는 모습을 볼 수 있다.

그림 5: 24시간 동안 Rootstock 네트워크 난이도 변화 추이

난이도 값(세로축)은 약 5.8×10^21에서 6.6×10^21 사이를 심하게 진동하였다. 수 분 이내의 짧은 구간에서도 난이도가 급격히 상승 또는 하락하는 패턴이 관찰되는데, 이는 현재 난이도 조정 알고리즘이 최근 몇 블록의 운에 크게 영향을 받고 있음을 시사한다.

이처럼 난이도가 불안정하게 출렁이면 블록 생성 간격 역시 목표값(14초 근처)에서 안정적으로 유지되지 못하고 짧아졌다 길어졌다를 반복하게 되어, 사용자 입장에서는 트랜잭션 확정 시간의 일관성이 떨어지고 네트워크에서는 처리율 예측이 어려워진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 것이 RSK 개선제안 77 (RSKIP77)로, 난이도 조정에 참고하는 블록 수를 늘려 더 긴 기간의 평균을 기반으로 난이도를 완만하게 조정하는 방안이다. 많은 블록의 데이터를 고려하면 일시적인 편차의 영향이 줄어들어 난이도 변화 곡선이 완화될 것으로 기대된다.

둘째, 형제 블록을 난이도 계산에 포함하는 현재 설계는 오히려 난이도 변동을 증폭시키고 블록 생성을 지연시키는 역효과를 낳을 수 있다. 앞서 살펴본 것처럼 F2Pool 등 일부 풀에서 형제 블록이 다수 발생하면, 네트워크는 이를 마치 실제 블록이 많이 나온 것으로 간주하여 난이도를 높인다. 그러나 형제 블록은 실제로는 메인 체인의 진행을 돕지 못한 블록들임에도 불구하고 난이도 상승 요인으로 작용하기 때문에, 결과적으로 주요 블록 생성이 더욱 어려워지고 전체적인 블록 간격이 늘어나는 현상이 벌어진다. 이러한 비효율은 Rootstock 네트워크의 목표 블록 시간을 달성하는 데 장애물로 작용한다. 따라서 난이도 조정 시 형제 블록의 영향력을 완화하거나 배제하는 알고리즘 개선도 고려할 수 있다.

요약하면, Rootstock의 난이도 조정 메커니즘은 높은 보안성을 유지하는 한편 빠른 블록 생성 속도를 구현하기 위해 개선의 여지가 있다. 단기 노이즈에 둔감하도록 난이도 조정 주기를 늘리고, 형제 블록으로 인한 과도한 난이도 상승을 억제함으로써 네트워크 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.

7. 블록체인 재구성 발생률

재구성(Reorganization)은 한 번 체인에 포함되었던 블록이 나중에 다른 블록에 의해 대체되어 체인에서 떨어져나가는 현상으로, 흔히 리오그(reorg)라고 부른다. 병합 채굴 환경에서는 네트워크 지연이나 템플릿 갱신 지연으로 인해 동일한 높이의 블록이 거의 동시에 채굴됨에 따라 경합이 발생하고, 이로 인해 잦은 짧은 리오그가 일어날 수 있다. Rootstock의 24시간 데이터에서 관찰된 재구성 사건을 분석한 결과, 총 3,717개 블록 중 371건의 재구성이 발생하여 블록당 0.1건 이상의 높은 재구성 빈도를 보였다. 이는 약 7.3개 블록마다 한 번 꼴로 리오그가 일어난 셈이다. 다행히 이러한 재구성 대부분은 1블록 깊이의 경미한 리오그로서, 심각한 체인 분기나 다수 블록의 무효화로 이어지지는 않았다. 그럼에도 불구하고 잦은 리오그는 사용자의 거래 최종성(finality) 지연과 노드 간 추가적인 동기화 부하를 야기할 수 있으므로 개선이 필요하다.

리오그를 줄이기 위한 핵심은 결국 블록 전파 속도 향상과 템플릿 갱신 최적화로 귀결된다. Rootstock 개발진은 이미 블록 전파 지연을 줄이기 위한 프로토콜 개선을 부분적으로 도입하였다. 예를 들어, 새로운 블록을 생성하면 노드가 해당 블록을 완전히 검증하기 전에 우선 네트워크에 전파하도록 하여, 검증으로 인한 지연 없이 다른 노드들이 신속히 블록을 받아볼 수 있게 변경되었다. 이는 블록이 전파되는 평균 시간을 단축시켜 동일 시점에 다른 채굴자가 뒤늦게 해당 블록을 모른 채 채굴하는 상황을 줄여준다. 또한 RSKIP62 (Compressed Blocks) 제안을 통해 블록 전파시 블록 전체를 보내지 않고 필요한 핵심 정보만 압축하여 전송하는 방안도 모색되고 있다. 이 기법을 활용하면 전파 데이터량을 크게 감소시켜 멀리 떨어진 노드 간에도 블록 전달이 빨라지고, 결과적으로 리오그 발생 확률을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

앞서 살펴본 템플릿 갱신 주기 최적화 역시 리오그 감소에 중요하다. 채굴풀이 새로운 블록 정보를 신속히 반영하면 동일 높이에서 중복 채굴이 줄어들어 형제 블록과 리오그 모두 감소한다. 요컨대, Rootstock에서 관찰된 재구성은 합의 안정성 측면에서 양호한 수준을 유지하고는 있으나(주로 1블록 리오그), 이를 더욱 줄이기 위해 네트워크 레벨의 전파 개선과 채굴풀 소프트웨어 레벨의 갱신 최적화가 병행되어야 한다.

8. 블록 시간 단축 시뮬레이션

분석 결과를 종합하면, Rootstock이 현재 평균 24초 수준인 블록 시간을 더 단축하려는 시도는 해시파워 대비 과도한 형제 블록 증가 및 네트워크 부하로 이어질 위험이 있다. 이를 정량적으로 검증하기 위해, 실험적으로 수집된 Rootstock의 현황(채굴풀 수, 해시파워 분포, 템플릿 갱신 특성 등)을 그대로 모델링한 상태에서 난이도 값을 인위적으로 낮춰 블록 시간을 빠르게 했을 때 어떤 일이 벌어지는지 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션은 난이도를 단계적으로 낮추어가며(예: 현행 대비 30% 감소, 50% 감소, …, 99% 감소 등) 각 경우에 일정 시간 동안 생성되는 메인 블록과 형제 블록 수, 평균 블록 생성 간격을 측정하였다.

표 1은 시뮬레이션 결과의 일부를 요약한 것이다. 첫 행(난이도 감소 0%)이 현행 Rootstock의 기준 상태이며, 이후 난이도를 크게 낮출수록 평균 블록 간격이 어떻게 변하고 형제 블록(엉클) 비율이 어떻게 치솟는지 보여준다.

표 1: 난이도 인하에 따른 Rootstock 네트워크 블록 생성 특성 변화 (시뮬레이션 결과)

난이도를 현행 대비 X% 감소시켰을 때의 평균 블록 생성 간격(모든 블록 기준)*, **평균 메인 블록 간격\,* *블록 생성속도 개선율\,* *메인 블록 생성속도 개선율\, 그리고 해당 기간 발생한* *메인 블록 수와 형제 블록 수\,* *형제 블록 비율**을 정리하였다. 난이도를 급격히 낮출수록 블록 생성은 빨라지지만 형제 블록 비율이 기하급수적으로 상승한다.*

시뮬레이션 결과, 난이도를 낮추면 블록 생성 자체는 크게 빨라지지만 형제 블록이 폭증하는 명확한 트레이드오프가 관찰되었다. 예를 들어 난이도를 약 65.7% 낮춘 시나리오에서는 평균 신규 블록 시간이 약 11.36초까지 단축되어 목표치(14초)보다도 빨라졌으나, 형제 블록 비율이 메인 대비 1:1.06으로 높아져 메인 블록보다 형제가 더 많이 생성되는 상황이 되었다. 난이도를 99%나 낮추는 극단적 가정을 하면 평균 블록 간격은 0.4초까지 떨어지지만, 형제 블록 비율이 1:5 수준에 달해 메인 블록 하나 나올 동안 형제 블록 다섯 개가 발생하는 심각한 부작용을 보였다. 이처럼 난이도를 과도하게 낮추면 네트워크가 형제 블록으로 사실상 과포화되어 메인 체인의 진행이 오히려 저해될 수 있음을 시사한다. 형제 블록이 너무 많이 생기면 각 노드는 훨씬 빈번하게 신규 블록(메인+형제)을 처리해야 하므로 부하가 증가하고, 잦은 리오그로 합의 안정성도 크게 흔들릴 수 있다.

결론적으로, Rootstock의 블록 시간을 단축하려면 난이도를 서서히 낮추는 점진적 접근이 필요하며, 동시에 형제 블록 발생을 억제할 수 있는 보완책이 수반되어야 함을 알 수 있다. 다음 장에서는 이러한 분석을 바탕으로 제안되는 잠재적 개선 방안들을 정리한다.

9. 개선 방안 논의

이번 분석에서 드러난 Rootstock 병합 채굴의 동적 특성에 대응하여, 몇 가지 프로토콜 및 운영 측면의 개선책이 논의되고 있다.

첫째, 채굴풀 소프트웨어의 최적화가 필요하다. 특정 풀에서 템플릿 갱신 지연과 비효율적인 블록 제안으로 형제 블록을 양산하는 문제가 확인된 만큼, 모든 채굴풀이 최소 10초 이내 주기로 RSK 블록 템플릿을 갱신하도록 권고하거나, 프로토콜 차원에서 새로운 비콘을 제공하여 템플릿 갱신을 자동화하는 방안을 고려할 수 있다. 채굴풀 간 최신 블록 정보 공유 메커니즘을 강화하는 것도 형제 블록 감소에 도움이 될 것이다.

둘째, 네트워크 전파 지연 감소를 위한 기술 도입이다. 이미 언급한 RSKIP62 (압축 블록 전파)는 블록 데이터 전송량을 크게 줄여 블록 도달 시간을 단축시킬 것으로 기대된다. 또한 비트코인에서 실험되는 프로토콜 개선(FIBRE나 Compact Blocks 등)을 참고하여 Rootstock 노드 간 신속한 블록 중계 경로를 구성할 수 있다. 이러한 네트워크 레벨 최적화는 리오그 확률을 낮추고 전체 시스템 효율을 높일 것이다.

셋째, 난이도 조정 알고리즘 개선이 제안된다. RSKIP77은 난이도 조정 시 고려 범위를 확장하여 단기 변동에 덜 민감한 난이도 조절을 도입하려는 제안으로, 구현 시 현재 관찰되는 난이도 곡선의 요동을 완화하고 블록 시간이 목표값 주변에서 더 안정적으로 유지되도록 할 수 있다. 아울러, 형제 블록의 난이도 반영 비중을 줄이는 알고리즘 수정도 고려된다. 예를 들어 형제 블록의 수를 부분적으로만 난이도 계산에 반영하거나, 최근 형제 블록 비율이 높을 때 난이도 상향폭을 제한하는 등의 조치로 불필요한 난이도 상승을 억제할 수 있다. 이는 결과적으로 블록 생성 간격을 단축하는 데 기여하면서도 보안에는 큰 영향을 주지 않는 균형점이 될 수 있다.

마지막으로, Rootstock 네트워크의 해시파워 참여 확대를 통해 보안을 더욱 강화하면서도 프로토콜 완화를 시도해볼 여지가 있다. 현재 Foundry 등 거대 비트코인 채굴풀이 참여하면서 해시레이트가 크게 상승한 만큼, 일정 범위 내에서 난이도를 낮춰도 외부 공격 위험은 크지 않을 수 있다. 이를 신중히 테스트하여 해시파워 증가분을 블록 시간 단축에 활용하는 것도 가능할 것이다. 다만, 시뮬레이션이 보여주듯 급격한 완화는 위험하므로 점진적 조정과 모니터링이 필수적이다.

10. 결론

본 보고서는 Rootstock의 병합 채굴 과정을 심층 분석하여, 블록 생성 주기, 채굴풀의 동작, 형제 블록의 역할, 난이도 조정, 재구성 발생 및 잠재적 개선책에 이르는 폭넓은 내용을 다루었다. 요약하면, 비트코인의 막대한 해시파워로부터 파생된 Rootstock의 보안성은 매우 견고하나, 짧은 블록 시간을 구현하는 과정에서 몇 가지 비효율과 도전과제가 확인되었다. 특히 채굴풀별 템플릿 갱신 전략 차이로 인한 형제 블록 빈도의 편차, 그리고 형제 블록을 포함한 난이도 알고리즘의 단기 과민성이 주요 이슈로 드러났다. 이러한 요인들로 Rootstock의 실제 평균 블록 시간은 목표보다 길어졌으나, 최근 Foundry 풀의 합류 등으로 상황은 개선되고 있으며, 제안된 RSKIP77, RSKIP62 등의 구현과 채굴풀 소프트웨어 업그레이드를 통해 추가 최적화가 기대된다.

결론적으로, Rootstock의 병합 채굴 시스템을 최적화하려면 더 빠른 블록 생성 속도와 네트워크 안정성 사이의 균형을 신중히 맞추는 것이 중요하다. 데이터에 기반한 이번 분석의 통찰을 토대로, 특정 채굴풀의 비효율 개선, 프로토콜 레벨의 난이도 조정 완화 및 블록 전파 최적화 등을 점진적으로 시행한다면 Rootstock은 비트코인의 핵심 원칙을 준수하면서도 성능 면에서 한층 향상된 스마트 컨트랙트 플랫폼으로 발전할 수 있을 것이다. 이는 비트코인 연계 DeFi 생태계의 성장을 견인하고, 더욱 안전하고 효율적인 블록체인 시스템 구현에 기여할 것으로 전망된다.

참고 자료

• Patricio Gallardo, “Leveraging Bitcoin’s Security: Exploring the Dynamics of Merged Mining,” Rootstock Official Blog (Feb 2025) blog.rootstock.ioblog.rootstock.ioblog.rootstock.io 등.

• Sergio D. Lerner, “RSK: Bitcoin Merge Mining is Here to Stay,” Rootstock Blog (2023) rootstock.io.

• Rootstock Improvements Proposals: RSKIP-77 Difficulty Adjustment Smoothening blog.rootstock.io, RSKIP-62 Faster Block Propagation (Compressed Blocks) blog.rootstock.io.

• Rootstock Network Stats blog.rootstock.io, Rootstock GitHub (Consensus code) blog.rootstock.io.