블록체인 브리지 생태계: 암호화 네트워크의 네트워크 구축

저자：Dmitriy Berenzon

출처：황야의 재생

수년간의 연구 개발 끝에 우리는 드디어 다중 체인 시장 구조에 진입하게 되었습니다. 100개 이상의 활성 공공 블록체인이 있으며, 그 중 많은 블록체인들은 고유한 애플리케이션, 사용자, 지리적 위치, 보안 모델 및 설계 균형을 가지고 있습니다. 개별 커뮤니티는 이를 믿고 있지만, 현실은 우주가 엔트로피 증가로 향하고 있으며, 이러한 네트워크의 수는 앞으로도 계속 증가할 가능성이 있습니다.

이러한 유형의 시장 구조는 서로 다른 네트워크 간의 상호 운용성을 필요로 합니다. 많은 개발자들이 이를 인식하고 있으며, 우리는 작년에 점점 더 분산된 블록체인을 통합하려는 블록체인 브릿지의 폭발적인 성장을 목격했습니다. 이 글을 작성할 당시, 40개 이상의 서로 다른 브릿지 프로젝트가 있었습니다.

2021년 9월 8일 기준; 설명적/포괄적이지 않음

이 글에서 저는:

1. 브릿지가 중요한 이유를 설명합니다.

2. 다양한 브릿지 설계와 그 장단점을 개요합니다.

3. 현재 브릿지 생태계에 대한 개요를 제공합니다.

4. 브릿지의 미래가 어떤 모습일지 설명합니다.

상호 운용성이 혁신을 열다

각 생태계가 발전함에 따라, 그들은 더 높은 보안성, 더 빠른 처리량, 더 저렴한 거래, 더 나은 프라이버시, 특정 자원 공급(예: 저장소, 계산, 대역폭) 및 지역 개발자와 사용자 커뮤니티와 같은 고유한 장점을 발전시킵니다. 브릿지는 사용자가 새로운 플랫폼에 접근하고, 프로토콜 간의 상호 운용성을 가능하게 하며, 개발자들이 협력하여 새로운 제품을 구축할 수 있게 해주기 때문에 중요합니다. 더 구체적으로, 그들은:

기존 암호 자산의 생산성과 유용성을 높입니다

브릿지는 기존 암호 자산이 새로운 장소로 이동하고 새로운 일을 할 수 있게 해줍니다. 예를 들어:

1. DAI를 Terra로 보내 Mirror에서 합성 자산을 구매하거나 Anchor에서 수익을 얻기

2. Flow에서 이더리움으로 TopShot을 보내 NFTfi의 담보로 사용하기

3. DOT와 ATOM을 담보로 사용하여 Maker에서 DAI 대출 받기

기존 프로토콜에 대한 더 강력한 제품 기능을 제공하며, 브릿지는 프로토콜이 실현할 수 있는 설계 공간을 확장합니다. 예를 들어:

1. 솔라나(Solana)와 아발란체(Avalanche)에서 고수익 농업을 원함

2. 이더리움에서 NFT의 크로스 체인 공유 주문서 및 Rarible 프로토콜의 Flow

3. Index Coop의 스테이킹 지수

사용자와 개발자에게 새로운 기능과 사용 사례를 열어줍니다

브릿지는 사용자와 개발자에게 더 많은 선택지를 제공합니다. 예를 들어:

1. Optimism, Arbitrum 및 Polygon에서의 크로스 DEX의 차익 거래 SUSHI 가격

2. 비트코인을 사용하여 Arweave에서 저장 비용 지불하기

3. Tezos에서 NFT에 PartyBid 참여하기

브릿지 101

추상적인 관점에서, 브릿지는 두 개 이상의 블록체인 간에 정보를 전송하는 시스템으로 정의될 수 있습니다. 이 경우 "정보"는 자산, 계약 호출, 증명 또는 상태를 의미할 수 있습니다. 대부분의 브릿지 설계에는 몇 가지 구성 요소가 있습니다:

1. 모니터링: 일반적으로 "오라클", "검증자" 또는 "릴레이터"라고 하는 참여자가 소스 체인에서 상태를 모니터링합니다.

2. 메시지 전송/중계: 액터가 이벤트를 수신한 후, 소스 체인에서 정보를 목표 체인으로 전송해야 합니다.

3. 합의: 특정 모델에서는 소스 체인을 모니터링하는 참여자 간에 합의가 필요하여 해당 정보를 목표 체인으로 중계합니다.

4. 서명: 참여자는 목표 체인으로 전송되는 정보에 대해 개별적으로 또는 임계값 서명 계획의 일환으로 암호화 서명을 해야 합니다.

약 4가지 유형의 브릿지가 있으며, 각 유형마다 고유한 장단점이 있습니다:

특정 자산: 외부 체인에서 특정 자산에 접근할 수 있는 경로를 제공하는 브릿지입니다. 이러한 자산은 일반적으로 "포장" 자산으로, 기본 자산이 관리되거나 비관리 방식으로 완전히 담보됩니다. 비트코인은 다른 체인으로 브릿지되는 가장 일반적인 자산이며, 이더리움에서만 7종의 서로 다른 브릿지가 존재합니다. 이러한 브릿지는 구현이 가장 쉽고 유동성의 순환을 누릴 수 있지만, 기능이 제한적이며 각 목적지 체인에서 다시 구현해야 합니다. 예를 들어 wBTC 및 포장된 Arweave가 있습니다.

특정 체인: 두 개의 블록체인 간의 브릿지로, 일반적으로 소스 체인에서 토큰을 잠그고 해제하는 것과 목표 체인에서 포장 자산을 발행하는 간단한 작업을 지원합니다. 이러한 브릿지는 복잡성이 제한적이기 때문에 일반적으로 더 빠르게 출시할 수 있지만, 더 넓은 생태계로 확장하기는 쉽지 않습니다.

예를 들어, Polygon의 PoS 브릿지는 사용자가 자산을 이더리움에서 Polygon으로 전송하고 그 반대의 경우도 가능하게 하지만, 오직 이 두 체인에만 국한됩니다.

특정 애플리케이션: 두 개 이상의 블록체인에 대한 접근을 제공하는 애플리케이션이지만, 해당 애플리케이션 내에서만 사용됩니다. 애플리케이션 자체는 더 작은 코드베이스의 혜택을 받습니다; 모든 블록체인에서 전체 애플리케이션의 개별 인스턴스가 있는 것이 아니라, 일반적으로 각 블록체인에서 더 가볍고 모듈화된 "어댑터"가 있습니다.

어댑터를 구현한 블록체인은 연결된 모든 다른 블록체인에 접근할 수 있으므로 네트워크 효과가 발생합니다. 단점은 이 기능을 다른 애플리케이션(예: 대출에서 교환으로)으로 확장하기 어렵다는 것입니다. 예를 들어, Compound Chain과 Thorchain이 있으며, 각각 크로스 체인 대출 및 거래를 위해 독립적인 블록체인을 구축했습니다.

범용형: 여러 블록체인 간에 정보를 전송하기 위해 설계된 프로토콜입니다. O(1) 복잡성 덕분에 이 설계는 강력한 네트워크 효과를 누립니다. 즉, 프로젝트의 단일 통합이 브릿지 내의 전체 생태계에 접근할 수 있게 합니다.

단점은 일부 설계가 이러한 확장 효과를 얻기 위해 보안성과 탈중앙화를 절충하는 경우가 있으며, 이는 생태계에 복잡한 예기치 않은 결과를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, IBC는 두 개의 이종 체인 간에 메시지를 전송하는 데 사용됩니다.

또한, 브릿지 설계는 대략 세 가지 유형으로 나눌 수 있으며, 이는 크로스 체인 거래를 검증하는 데 사용되는 메커니즘에 따라 분류됩니다:

외부 검증자 및 연합

일반적으로 소스 체인에서 "메일박스" 주소를 모니터링하는 검증자 집합이 있으며, 합의에 따라 목표 체인에서 작업을 수행합니다. 자산 이동은 일반적으로 자산을 메일박스에 잠그고 목표 체인에서 동일한 양의 자산을 발행함으로써 완료됩니다. 이러한 검증자는 일반적으로 바인딩 검증자로, 별도의 토큰을 보안 모델로 사용합니다.

외부 검증자 또는 연합 시스템의 고급 설명

경량 클라이언트 및 중계

참여자는 소스 체인에서 이벤트를 모니터링하고 해당 체인에서 기록된 과거 이벤트에 대한 암호화 포함 증명을 생성합니다. 그런 다음 이러한 증명을 블록 헤더와 함께 목표 체인上的 계약(즉, "경량 클라이언트")으로 전달하고, 특정 이벤트가 기록되었는지 확인한 후 해당 검증 후 작업을 수행합니다. 특정 참여자는 블록 헤더와 증명을 "중계"해야 합니다.

사용자가 거래를 "자기 중계"할 수 있지만, 중계기가 데이터를 지속적으로 전달할 것이라는 활성성 가정이 존재합니다. 이는 신뢰할 수 없는 유효한 전달을 보장하기 때문에 상대적으로 안전한 브릿지 설계입니다.

경량 클라이언트 및/또는 중계 시스템의 고급 도식

유동성 네트워크

이는 피어 투 피어 네트워크와 유사하며, 각 노드는 "라우터" 역할을 하여 소스 체인과 목표 체인 자산의 "목록"을 보유합니다. 이러한 네트워크는 일반적으로 기본 블록체인의 보안을 활용합니다. 잠금 및 분쟁 메커니즘을 사용하여 사용자가 라우터에 의해 자금을 잃지 않도록 보장합니다.

따라서 대량의 가치를 이동하는 사용자에게는 Connext와 같은 유동성 네트워크가 더 안전한 선택일 수 있습니다. 또한, 이러한 유형의 브릿지는 자산이 목표 체인의 원주율 자산이기 때문에 크로스 체인 자산 이동에 가장 적합할 수 있습니다.

유동성 네트워크의 고급 설명

현재의 브릿지 생태계를 다음과 같은 관점에서 볼 수도 있습니다:

2021년 9월 8일 기준

중요한 점은 주어진 브릿지가 양방향 통신 채널이며, 각 채널에는 개별 모델이 있을 수 있으며, 이러한 분류는 Gravity, Interlay 및 tBTC와 같은 혼합 모델을 정확하게 나타내지 못한다는 것입니다. 이러한 모델은 경량 클라이언트 방향과 다른 방향의 검증자를 모두 가지고 있습니다.

또한, 다음 요소에 따라 브릿지 설계를 대략적으로 평가할 수 있습니다:

1. 보안성: 신뢰 및 활성성 가정, 악의적 행위자에 대한 내성, 사용자 자금의 안전성 및 반사성.

2. 속도: 거래 완료 지연 및 최종성 보장. 일반적으로 속도와 보안성 간의 균형을 맞춰야 합니다.

3. 연결성: 사용자와 개발자를 위한 목표 체인 선택 및 추가 목표 체인을 통합하는 데 필요한 다양한 난이도 수준.

4. 자본 효율성: 시스템 보안을 보장하는 데 필요한 자본과 자산 이동의 거래 비용에 대한 경제학.

5. 상태성: 특정 자산, 더 복잡한 상태 및/또는 크로스 체인 계약 호출을 전송할 수 있는 능력.

종합적으로 볼 때, 다음과 같은 세 가지 설계의 균형을 고려할 수 있습니다:

또한, 보안성은 범위 내에서 대략적으로 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

신뢰 없음: 브릿지의 보안성은 그것이 브릿지하는 기본 블록체인의 보안성과 동일합니다. 기본 블록체인에 대한 합의 수준의 공격 외에는 사용자 자금이 손실되거나 도난당하지 않습니다. 즉, 실제로는 신뢰할 수 없는 것이 없으며, 모든 시스템은 경제, 엔지니어링 및 암호화 구성 요소에서 보안성과 활성성 가정을 가지고 있습니다.

보험: 악의적 행위자가 사용자 자금을 훔칠 수 있지만, 그렇게 하는 것이 수익성이 없을 수 있습니다. 왜냐하면 그들은 담보를 제공해야 하고, 오류나 부정행위가 발생할 경우 삭감될 수 있기 때문입니다. 사용자 자금이 손실되면, 그들은 담보 삭감을 통해 보상받습니다.

세금: 보험 모델과 유사하며(즉, 행위자가 게임에서 경제적 이해관계를 가짐), 사용자에게 오류나 부정행위가 발생할 경우 자금을 회수할 수 없게 됩니다. 왜냐하면 삭감된 담보가 소각될 수 있기 때문입니다. 담보 유형은 세금 및 보험 모델 모두에서 중요합니다; 내생 담보(즉, 담보가 프로토콜 토큰 자체인 경우)는 더 큰 위험을 동반합니다. 왜냐하면 브릿지 장치가 실패할 경우 토큰 가치가 붕괴될 수 있기 때문입니다. 이는 브릿지 장치의 보안 보장을 더욱 낮춥니다.

신뢰 가능: 참여자는 담보를 발행하지 않으며, 사용자는 시스템 고장이나 악의적 활동의 경우 자금을 회수할 수 없으므로, 사용자는 주로 브릿지 운영자의 평판에 의존합니다.

2021년 9월 8일 기준. 향후 업그레이드에서 여러 프로젝트가 "신뢰할 수 있는" 범주에서 제외될 것입니다.

설계 균형 요약

외부 검증자 및 연합은 일반적으로 상태성과 연결성 측면에서 뛰어난 성능을 보입니다. 왜냐하면 이들은 거래를 촉발하고, 데이터를 저장하며, 임의의 수의 목표 체인에서 해당 데이터와 상호작용할 수 있게 해주기 때문입니다. 그러나 이는 보안성을 희생하는 것입니다. 왜냐하면 정의상 사용자는 소스 또는 목표 체인이 아닌 브릿지의 보안성에 의존하기 때문입니다.

오늘날 대부분의 외부 검증자는 신뢰할 수 있는 모델이지만, 일부는 담보 모델이며, 그 중 일부는 최종 사용자에게 보험을 제공합니다. 불행히도 그들의 보험 메커니즘은 종종 반사적입니다. 프로토콜 토큰이 담보로 사용되는 경우, 해당 토큰의 달러 가치가 사용자를 완전하게 만들 만큼 충분하다고 가정합니다.

또한, 담보 자산이 보험 자산과 다를 경우, 가격 피드를 제공하는 오라클에 의존하므로, 브릿지의 보안성이 오라클의 보안성으로 저하될 수 있습니다. 신뢰할 수 없는 경우, 이러한 브릿지의 자본 효율성은 가장 낮습니다. 왜냐하면 이들은 촉진하는 경제적 처리량에 비례하여 담보를 확장해야 하기 때문입니다.

경량 클라이언트 및 중계는 상태성 측면에서도 강력합니다. 왜냐하면 헤드 중계 시스템은 모든 유형의 데이터를 전달할 수 있기 때문입니다. 이들은 보안성 측면에서도 강력합니다. 왜냐하면 추가적인 신뢰 가정이 필요하지 않기 때문입니다. 그러나 여전히 중계기가 정보를 전달해야 하므로 활성성 가정이 존재합니다. 이들은 또한 자본 효율성이 가장 높은 브릿지입니다. 왜냐하면 이들은 자본 잠금을 필요로 하지 않기 때문입니다. 이러한 장점은 연결성의 대가로 발생합니다.

각 체인 쌍에 대해 개발자는 소스 체인과 목표 체인에 새로운 경량 클라이언트 스마트 계약을 배포해야 하며, 그 복잡성은 O(LogN)과 O(N) 사이에 있습니다(같은 체인에 대한 지원을 추가하는 것은 상대적으로 쉽기 때문입니다). 이는 거래 지연 확인을 최대 4시간까지 증가시킬 수 있습니다.

유동성 네트워크는 속도와 보안성에서 두각을 나타냅니다. 왜냐하면 이들은 로컬 검증 시스템이기 때문입니다(즉, 글로벌 합의가 필요하지 않음). 이들은 또한 세금/보험 외부 검증자보다 자본 효율성이 더 높습니다. 왜냐하면 자본 효율성이 보안성보다 거래량/거래량과 관련이 있기 때문입니다.

예를 들어, 두 체인 간의 트래픽이 다소 비슷하고 내장된 재조정 메커니즘이 있다면, 유동성 네트워크는 임의의 양의 경제적 처리량을 촉진할 수 있습니다. 균형은 상태적입니다. 왜냐하면 이들은 calldata를 전달할 수 있지만, 기능이 제한적이기 때문입니다. 예를 들어, 이들은 데이터 제공에 따라 수신자가 상호작용할 수 있는 권한을 가질 수 있습니다.

열린 질문들

분산 시스템에서 강력한 크로스 체인 브릿지를 구축하는 것은 매우 어려운 문제입니다. 이 분야에서 많은 활동이 있지만, 여전히 몇 가지 미결 문제가 있습니다:

최종성과 롤백: 브릿지는 확률적 최종성을 가진 체인에서 블록 재구성과 시간 강도 공격을 어떻게 설명합니까? 예를 들어, 어느 체인이 상태 롤백을 겪는다면, Polkadot에서 이더리움으로 자금을 보내는 사용자는 어떻게 됩니까?

NFT 전송 및 출처: 브릿지는 여러 체인에서 브릿지된 NFT의 출처를 어떻게 보존합니까? 예를 들어, 이더리움, Flow 및 솔라나의 시장에서 NFT가 거래된다면, 소유권 기록은 이러한 모든 거래와 소유자를 어떻게 설명합니까?

스트레스 테스트: 체인 혼잡 또는 프로토콜 및 네트워크 수준 공격의 경우, 다양한 브릿지 설계는 어떻게 수행됩니까?

블록체인 브릿지의 미래

브릿지는 블록체인 생태계에 혁신을 열어주지만, 팀이 연구 개발에서 지름길을 선택할 경우 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 해당 네트워크 해킹 공격은 취약점과 공격의 잠재적 경제 규모를 증명했으며, 이는 더 나빠질 것으로 예상됩니다. 브릿지 구축자에게는 매우 분산되고 경쟁이 치열한 환경이지만, 팀은 규율을 유지하고 출시 시간의 안전성을 우선시해야 합니다.

이상적인 상태는 모든 것의 동형 브릿지여야 하지만, 특정 애플리케이션(예: 자산 이동, 계약 호출, 토큰 발행)에 가장 적합한 "최고의" 브릿지 설계는 없을 가능성이 높습니다.

또한, 최고의 브릿지는 가장 안전하고, 상호 연결되며, 빠르고, 자본 효율성이 높고, 비용 효과적이며, 검열 저항성이 있는 브릿지가 될 것입니다. 우리가 "블록체인 인터넷"의 비전을 실현하고자 한다면, 이러한 속성은 최대화해야 할 것입니다.

지금은 아직 이르며, 최상의 설계가 발견되지 않았을 수 있습니다. 모든 브릿지 유형에는 몇 가지 흥미로운 연구 및 개발 방향이 있습니다:

헤더 검증 비용 낮추기: 경량 클라이언트의 블록 헤더 검증 비용이 매우 높습니다. 이러한 비용을 낮추는 방법을 찾는 것은 완전한 범용성과 신뢰 없는 상호 운용성에 더 가까워질 수 있습니다. 흥미로운 설계는 L2에 브릿지하여 이러한 비용을 낮추는 것입니다. 예를 들어, zkSync에서 Tendermint 경량 클라이언트를 구현하는 것입니다.

신뢰 모델에서 바인딩 모델로 전환: 바인딩 검증자의 자본 효율성은 훨씬 낮지만, "사회 계약"은 수십억 달러의 사용자 자금을 안전하게 보장할 수 있는 위험한 메커니즘입니다.

또한, 화려한 임계값 서명 계획은 이러한 시스템에 대한 신뢰를 크게 낮추지 않습니다. 단순히 그것이 여러 참여자라는 이유만으로 여전히 신뢰할 수 있는 제3자라는 사실이 사라지지 않습니다. 담보 없이 사용자는 실제로 자산을 외부 수탁자에게 넘기는 것입니다.

세금 모델에서 보험 모델로 전환: 손실은 나쁜 사용자 경험입니다. 바인딩 검증자와 중계기가 악의적 행위를 억제할 수 있지만, 프로토콜은 더 나아가 삭감된 자금을 사용하여 사용자에게 보상해야 합니다.

유동성 네트워크의 유동성 확장: 이러한 네트워크는 자산 이동의 가장 빠른 브릿지라고 할 수 있으며, 신뢰와 유동성 간의 흥미로운 설계 균형이 존재합니다. 예를 들어, 유동성 네트워크가 바인딩 검증자 스타일 모델을 사용하여 자본 공급을 아웃소싱할 수 있도록 하는 것이 가능합니다. 이 경우 라우터도 바인딩 유동성을 가진 임계값 다중 서명일 수 있습니다.

크로스 체인 브릿지를 구축하고 있다면, 연락해 주세요!

이 글에 대한 피드백을 주신 Aidan Musnitzsky, Arjun Bhuptani, James Prestwich 및 Pranay Mohan에게 깊이 감사드립니다.