If you can't measure it—it doesn't exist.

Plasma EVM 성능 테스트

Posted on May 16, 2019 By 신건우(Thomas)

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Plasma EVM 성능 테스트

Plasma-EVM은 Tokamak 네트워크의 코어 구현체로 EVM을 내장하고 있어, 튜링 완전한 연산을 실행할 수 있는 새로운 형태의 플라즈마 구현체입니다. Plasma-EVM에 대한 기술 스펙은 여기서 자세히 확인할 수 있습니다.

Plasma-EVM은 단일 오퍼레이터가 운영하는 플라즈마 체인으로 체인의 성능을 최대한 끌어올릴 수 있습니다. 체인의 성능은 TPS, 즉 초당 얼마나 많은 트랜잭션을 처리하는가로 평가됩니다.

Plasma-EVM

Plasma-EVM의 블록 생성 시간, 즉 블록 타임은 14초이고 블록 가스리밋은 3억입니다. 현재 Ethereum mainnet과 비교했을 때 블록 타임은 비슷하지만 블록 가스리밋에서 큰 차이가 있습니다.

현재 Ethereum mainnet의 block gasLimit은 약 8백만이고 평균 블록 타임(블록 생성 시간)은 평균 14초 입니다.

TPS 측정에 사용되는 트랜잭션은 단순 이더 전송 트랜잭션, 즉 21,000 gas만을 소모하는 트랜잭션입니다. Plasma-EVM의 블록 가스리밋이 3억이기 때문에 이를 21,000으로 나누면 약 14285가 됩니다. Plasma-EVM의 블록 타임이 14초이기 때문에 이를 또 14초로 나누면 약 1000이 됩니다. 즉 이론적으로 1초당 1000개의 Transaction을 Plasma-EVM에서 처리할 수 있습니다.

1000 TPS ≒ 300,000,000 block gasLimit / 21,000 gasUsed / 14s block time

구성

우선 Plasma-EVM의 TPS를 측정하기 위해서는 아래 그림과 같이 네트워크가 구성되어야 합니다.

  • Ethereum(RootChain): Tokamak network는 플라즈마 체인이기 때문에 루트체인에 종속되어 있습니다. Ethereum 네트워크가 바로 Tokamak network의 루트체인입니다.
  • RootChain contract
    : Tokamak 네트워크의 상태를 강제 또는 Plasma Block을 검증하는 역할을 수행하는 컨트랙트입니다. 이 컨트랙트가 있어야 올바른 플라즈마 체인 운영이 가능합니다.
  • Plasma(Tokamak)
    : Tokamak network는 단일 오퍼레이터가 운영하는 플라즈마 체인입니다.

TPS 측정

Plasma EVM의 TPS는 여러 변수들에 의해 달라질 수 있습니다. 우선 Plasma-EVM은 루트체인에 종속적이기 때문에 루트체인의 블록 타임에 영향을 받습니다. 루트체인의 블록 타임이 빠르면 빠를 수록 Plasma-EVM의 TPS 또한 증가합니다. 또한 Plasma-EVM의 블록 가스리밋과 블록 타임은 Plasma EVM의 TPS에 직접적인 영향을 끼칩니다. 그렇기 때문에 Plasma-EVM의 블록 가스리밋과 블록 타임을 조절해서 TPS를 낮추거나 높일 수 있습니다.

지금부터는 Plasma-EVM 성능 테스트를 누구나 해볼 수 있도록 가이드를 제공하고자 합니다.

Guide to measure TPS on Plasma EVM: https://www.notion.so/onther/Guide-to-measure-TPS-on-Plasma-EVM-56b77c9920c54679a93181525ef0e02c

우선 Plasma-EVM 성능 테스트를 하기 위해선 3개의 프로젝트를 clone해야 합니다.

  • go-ethereum: git clone https://github.com/Onther-Tech/go-ethereum.git
  • plasma-evm: git clone https://github.com/Onther-Tech/plasma-evm.git
  • chainload: git clone https://github.com/Onther-Tech/chainload.git

go-ethereum

저희는 내부적으로 Plasma-EVM을 테스트하기 위해 루트체인으로 로컬 네트워크를 사용합니다. 아래와 같이 실행하면 RootChain을 실행할 수 있습니다.

  1. git clone https://github.com/Onther-Tech/go-ethereum.git
  2. cd go-ethereum
  3. bash run.rootchain.sh

run.rootchain.sh 스크립트는 다음의 역할을 수행합니다.

  1. 블록 타임을 14초로 설정해 14초마다 새로운 블록이 생성됩니다. 블록 타임을 14초로 설정한 이유는 이더리움의 메인넷과 가장 비슷한 환경을 제공하기 위함입니다.
  2. 오퍼레이터 어카운트에 충분한 ETH를 할당해둡니다. 그 이유는 오퍼레이터가 블록을 제출하기 위해서는 ETH를 충분히 가지고 있어야 하기 때문입니다.

plasma-evm

Plasma EVM을 구동하기 위해서는 아래의 명령어를 실행합니다.

  1. git clone https://github.com/Onther-Tech/plasma-evm.git
  2. cd plasma-evm
  3. git checkout measure-tps
  4. bash run.pls.sh

TPS를 측정을 위한 measure-tps 브랜치를 사용합니다. 이후 run.pls.sh 스크립트를 실행해 Plasma-EVM을 구동시킵니다.

run.pls.sh 스크립트는 다음의 역할을 수행합니다.

  1. RootChain에 RootChain contract를 배포합니다. 플라즈마 체인이 정상적으로 동작하기 위해서는 RootChain contract가 필요합니다.
  2. 블록 타임을 14초로 설정합니다. Plasma-EVM의 블록 타임은 이더리움 메인넷의 평균 블록 타임과 같은 14초입니다.
  3. 여러 EOA 어카운트에 충분한 PETH를 할당해둡니다 .플라즈마 체인에서 트랜잭션을 보내기 위해서는 PETH; Plasma ETH가 필요합니다.

또한 cache 플래그 값과 txpool.globalslots 플래그 값을 높게 설정해야 합니다. 하나의 노드에 대량의 트랜잭션을 보내기 때문에, Plasma EVM에서 이를 받을 수 있도록 설정되어야 합니다.

  1. --cache 4096: Megabytes of memory allocated to internal caching (default: 1024)
  2. --txpool.globalslots 163840: Maximum number of executable transaction slots for all accounts (default: 4096)

chainload

이제 Plasma EVM을 실행한 노드에 대량의 트랜잭션을 보내야 합니다. 이를 위해 저희는 GoChain에서 개발한 chainload 프로젝트를 발견하고 사용했습니다. chainload를 이용해서 원하는 TPS만큼의 트랜잭션을 보낼 수 있습니다.

chainload는 GoChain 성능 평가를 위해 개발된 것으로 Plasma EVM에서 사용할 수 있도록 몇 가지 코드를 수정 해야 했습니다. 그렇기 때문에 Plasma EVM에서 TPS 측정을 할 땐 chainload 프로젝트를 포크해 수정한 버전을 사용합니다.

  1. git clone https://github.com/Onther-Tech/chainload.git
  2. cd chainload
  3. gvm use 1.12 make
  4. make

chainload는 GO의 버전이 1.12 이상일 때 동작합니다. 그렇기 때문에 gvm을 이용해서 1.12 버전을 사용하도록 만듭니다. 이후 make를 해주면 chainload를 사용할 수 있게 됩니다. 이후 아래의 명령어로 대량의 트랜잭션을 노드에 보내게 됩니다. chainload 명령어 플래그는 여기서 참고하시길 바랍니다.

./chainload -id 16 -urls http://127.0.0.1:8549 -tps 1000 -senders 100 -v

결과

measure-tps 브랜치에서 Plasma EVM은 $HOME/.pls.dev 디렉토리를 사용합니다. 이 디렉토리에서 geth attach 명령어를 이용해 콘솔로 연결할 수 있습니다.

cd $HOME/.pls.dev
geth attach geth.ipc

이후 콘솔창에서 다음의 스크립트를 실행시킵니다.

var lastTime = 0
for (i = 1; i <= web3.eth.blockNumber; i++ ) {
  console.log(i, web3.eth.getBlock(i).transactions.length,
  web3.eth.getBlock(i).timestamp - lastTime);   
  lastTime = web3.eth.getBlock(i).timestamp
}

Plasma EVM에서 충분히 블록을 만든 뒤 해당 스크립트를 실행시키면 아래와 같은 결과 값을 확인할 수 있습니다.

1 100 1555487212
2 7321 35
3 14274 14
4 14276 14
5 14276 38
6 14277 14
7 14277 40
8 14276 14
9 14276 35
10 14276 14
11 14277 50
12 14275 14
13 14275 40

...

가장 앞에 나온 값은 블록 번호이고 두 번째는 블록 하나의 포함된 트랜잭션 개수입니다. 그리고 마지막 숫자 값은 블록 타임입니다. 결과 값을 보면 평균적으로 블록 하나의 포함된 트랜잭션 개수가 14000여개 정도입니다. 블록 타임이 14초일 때 1초당 1000개의 트랜잭션을 처리하는 것을 확인할 수 있습니다.

한계

그런데 블록 타임을 보면 블록 타임이 14초이거나 14초가 아닐 때가 있습니다. 블록 타임이 14초를 넘어가는 경우는 해당 블록이 제출되고 RootChain contract로부터 이벤트를 기다려야 하는 시간이 더해진 것입니다. 이러한 점을 고려했을 때 RootChain 네트워크의 상태에 따라 Plasma EVM의 TPS에 영향을 끼칠 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 Plasma EVM에서 블록을 생성하는 것과 생성된 블록을 제출하는 것을 병렬로 처리하려는 시도가 이루어지고 있습니다. 또한 메인넷의 성능 또한 계속 발전되고 있기 때문에 더 많은 연구 개발이 이루어지면 이 문제는 충분히 개선될 것으로 기대합니다.

신건우(Thomas Shin)

Onther-Tech

Building an Ethereum Blockchain ECO system to Change the World