Layer 1 - 블록체인 | AI Insight Note

L1(Layer 1, 레이어 1)은 블록체인의 기반이 되는 메인 체인이다. 자체적인 합의 메커니즘과 보안 모델을 가지며, 트랜잭션의 최종 확정(Finality)을 담당한다. Ethereum, Bitcoin, Solana 등이 대표적인 L1 체인이다.

작동 방식

L1 블록체인에서 트랜잭션이 처리되는 과정은 세 단계로 이루어진다.

1단계: 트랜잭션 전송
   지갑에서 디지털 메시지 생성
   → 개인 키로 서명 (비대칭 암호화)
   → 네트워크 브로드캐스트 → 멤풀(Mempool) 진입

2단계: 트랜잭션 검증
   검증자·채굴자가 서명 확인
   → 잔액 확인, 이중지출 방지
   → 블록 생성자가 유효한 트랜잭션 번들화

3단계: 블록체인 추가
   완성된 블록이 네트워크 전체에서 검증
   → 이전 블록과 암호학적으로 연결 (해시 체인)
   → 변경 불가능한 기록으로 영구 확정 (Finality)

L1의 역할

역할	설명
합의	네트워크 참여자들이 트랜잭션 유효성에 동의
보안	공격자가 체인을 변조하기 어렵게 하는 경제적 보안
최종성	트랜잭션이 되돌릴 수 없게 확정
데이터 가용성	트랜잭션 데이터 영구 보존

합의 메커니즘

L1의 핵심인 합의 메커니즘은 어떻게 "올바른" 블록에 동의할지를 결정한다.

방식	원리	대표 체인	장점	단점
PoW (작업증명)	채굴자가 복잡한 수학 문제 해결	Bitcoin	강력한 보안, 검증된 안정성	높은 에너지 소비, 낮은 TPS
PoS (지분증명)	스테이킹된 코인 비중으로 검증자 선출	Ethereum, Cardano	에너지 효율, 확장성 유리	초기 자본 집중 우려
DPoS (위임 지분증명)	토큰 보유자가 소수 검증자에게 위임	EOS, Tron	고속 처리	상대적으로 중앙화
PoH (역사 증명)	시간 흐름을 암호학적으로 증명해 순서 확정	Solana	초고속 (65,000+ TPS)	노드 사양 요구 높음
Avalanche 합의	반복 샘플링으로 빠른 합의	Avalanche	낮은 지연시간, 서브넷 지원	비교적 새로운 방식
Tendermint BFT	Byzantine 장애 허용 투표 기반 합의	Cosmos	즉각 최종성, 높은 TPS	검증자 수 제한

이더리움의 PoS 전환: 2022년 9월 '더 머지(The Merge)'로 PoW에서 PoS로 전환, 에너지 소비를 99% 이상 감소시켰다.

주요 L1 비교

체인	출시	합의	TPS	특징
Bitcoin	2009	PoW	~7	최강의 보안, 디지털 금
Ethereum	2015	PoS	~30	최대 스마트 컨트랙트 생태계, 2022년 PoS 전환
Solana	2020	PoH+PoS	~65,000	초고속·저수수료 (과거 네트워크 중단 이력)
Avalanche	2020	Avalanche 합의	~4,500	서브넷 구조, 3개 체인 설계
Cardano	2017	Ouroboros PoS	수십	학술 연구 기반 설계, 에너지 효율
Cosmos	2019	Tendermint BFT	~10,000	IBC 프로토콜로 체인 간 상호운용성

주요 문제

네트워크 혼잡

L1의 TPS(초당 트랜잭션) 한계로 수요가 몰리면 트랜잭션이 멤풀에 쌓이고 처리가 지연된다. Bitcoin은 초당 ~7건, Ethereum은 ~30건으로 Visa(수만 건/초)와 큰 격차가 있다.

높은 수수료

트랜잭션이 증가하면 "수수료 경매(Fee Auction)"가 발생해 가스비가 급등한다. 2017년 Bitcoin 강세장에서 평균 수수료가 $30 이상까지 치솟았으며, Ethereum도 2021년 NFT 열풍 당시 $100 이상의 가스비가 발생했다. 이는 소규모 사용자를 사실상 배제한다.

에너지 소비

Bitcoin의 PoW 채굴은 일부 국가 수준의 전력을 소비해 환경 지속 가능성 논쟁을 불러일으킨다. Ethereum은 2022년 PoS 전환으로 에너지 소비를 99% 이상 절감했다.

네트워크 중단 위험

L1이 정지하면 해당 체인 위의 모든 서비스가 동결된다. 자금은 보존되지만 트랜잭션 자체가 불가능해진다. Solana는 과거 여러 차례 네트워크 중단을 경험한 사례가 있다.

확장성 트릴레마

L1은 세 가지 속성을 동시에 완전히 달성하기 어렵다.

      탈중앙화
         △
        / \
       /   \
 보안성 ─────── 확장성

이를 해결하기 위해 Layer 2 솔루션이 등장했다.

L1 개선 방향

트릴레마를 극복하기 위한 L1 자체적인 개선 접근법들이다.

방향	설명	사례
샤딩	네트워크를 여러 샤드(조각)로 분할해 병렬 처리	Ethereum Danksharding 로드맵
모듈식 설계	실행·합의·데이터 가용성 계층을 분리해 각각 최적화	Celestia, EigenLayer
PoS 전환	PoW 대비 에너지 효율·검증자 증가	Ethereum The Merge (2022)
크로스체인 상호운용	IBC·브릿지로 L1 간 자산·데이터 이동	Cosmos IBC, Polkadot XCMP
병렬 EVM	트랜잭션을 병렬 실행해 처리량 향상	Sei, Monad, Aptos (Move VM)

L1 vs L2

항목	L1	Layer 2
보안	자체 합의로 직접 보장	L1 보안 상속
TPS	낮음 (BTC ~7, ETH ~30)	높음 (수천~수만)
수수료	높음 (피크 시 수십 달러)	낮음 (센트 단위)
최종성	직접 제공	L1에 의존
분산화	높음	상대적으로 낮을 수 있음
적합한 용도	대규모 자산 이동, 장기 보유	일상 거래, 게임, DeFi 소액 거래

참고문헌

1.Changelly. (2024). What Is Layer 1 Blockchain?. Changelly Blog.
2.Ethereum Foundation. (2024). Intro to Ethereum. ethereum.org.
3.Buterin, V. (2014). Ethereum Whitepaper. ethereum.org.

Layer 1L1