CRDTs(Conflict-Free Replicated Data Types)

개요

CRDTs(Conflict-Free Replicated Data Types)는 분산 환경에서 데이터의 일관성을 유지하면서도 충돌 없는 병합을 가능하게 하는 데이터 구조다. 서버 간 네트워크 지연이나 오프라인 상태에서도 로컬 업데이트가 가능하며, 최종적으로 모든 복제본이 동일한 상태로 수렴하는 것을 보장한다. 이는 실시간 협업 도구, 분산 데이터베이스, 엣지 컴퓨팅 환경에서 핵심 기술로 사용된다.

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1. 개념 및 정의

CRDT는 여러 노드에서 독립적으로 데이터 변경이 일어나더라도 충돌(conflict) 없이 자동으로 병합될 수 있는 데이터 구조다. 전통적인 락(lock)이나 중앙 집중형 동기화 없이, 수학적 합병 규칙을 통해 ‘최종 일관성(Eventual Consistency)’을 보장한다.

CRDT의 기본 원리는 커뮤테이티브(Commutative) 연산에 기반하며, 동일한 연산이 순서에 관계없이 동일한 결과를 보장한다.

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2. 특징

항목	CRDTs	전통적 동기화 방식
일관성 모델	최종 일관성(Eventual Consistency)	강한 일관성(Strong Consistency)
충돌 처리	자동 병합	충돌 감지 및 수동 해결 필요
가용성	높음	낮음 (락 사용 시)
확장성	노드 수에 비례해 확장 가능	중앙 서버 병목 가능

→ CRDT는 CAP 이론에서 ‘가용성(A)’과 ‘파티션 내성(P)’을 우선시하는 시스템에 적합하다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	예시
State-based CRDT (CvRDT)	전체 상태를 주기적으로 병합	G-Counter, OR-Set
Operation-based CRDT (CmRDT)	연산(이벤트)을 네트워크로 전파	PN-Counter, LWW-Register
Delta-based CRDT	변경된 부분만 전송하여 최적화	Delta Map, Delta Set
Merge Function	충돌 없는 병합 함수	join(), merge()

→ CRDT의 핵심은 병합 연산이 결합적(associative), 교환적(commutative), 항등원(identity)을 만족한다는 점이다.

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	관련 표준/논문
G-Counter / PN-Counter	증가/감소 연산을 지원하는 카운터	Shapiro et al., 2011
OR-Set	중복 원소 제거를 지원하는 집합	CRDT Paper, INRIA
LWW-Register	‘최신 타임스탬프’ 우선 적용	Riak, Redis CRDT
Delta CRDT	네트워크 효율 향상형 구조	Almeida et al., 2018
Vector Clock	causality 추적 메커니즘	Lamport, 1978

→ CRDT는 비동기 네트워크에서도 인과적 일관성을 유지하며, eventual convergence를 보장한다.

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5. 장점 및 이점

구분	설명	효과
충돌 없는 병합	병합 시 데이터 충돌 자동 해결	협업 데이터의 무결성 유지
오프라인 동기화	네트워크 없이 로컬 변경 가능	엣지 및 모바일 환경 최적화
확장성	서버 수 증가에도 병목 없음	글로벌 분산 서비스 적용 가능
고가용성	장애나 분할 상황에서도 동작 지속	서비스 연속성 확보
효율성	델타 전송으로 네트워크 부하 감소	동기화 성능 향상

→ CRDT는 Git, Google Docs, Redis, Yjs, Automerge 등 다양한 협업 도구에 활용되고 있다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

적용 분야	내용	기대 효과
실시간 협업 도구	Google Docs, Notion, Figma	병합 충돌 없는 실시간 수정
분산 DB 시스템	Redis, Riak, AntidoteDB	글로벌 데이터 복제 및 자동 병합
엣지 컴퓨팅	IoT 센서 데이터 수집	네트워크 분리 상황에서도 데이터 보존

고려사항: 메모리 사용량 증가, 상태 동기화 오버헤드, 삭제 처리 복잡성 등은 CRDT 설계 시 주의해야 한다.

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7. 결론

CRDT는 분산 시스템의 복잡한 데이터 일관성 문제를 수학적 모델로 해결하는 혁신적 접근이다. 중앙 서버 의존도를 줄이면서도, 네트워크 지연이나 단절 상황에서 데이터의 정확성과 가용성을 동시에 보장한다. 향후 Web3, 블록체인, 엣지 컴퓨팅 환경에서 CRDT의 활용은 더욱 확대될 전망이다.