Nansen 연구: Arbitrum, 블록체인 확장의 미래?

撰文：Yasmine Karimi，Nansen

编译：深潮

소개

암호화폐 역사상 이더리움 네트워크의 가스 요금이 천문학적인 수치로 치솟은 경우는 세 번 있었다: 2017년의 불장, 2020년 여름의 DeFi, 그리고 2021년 여름의 NFT.

2015년부터 2021년까지 이더리움 가스 요금의 변동 상황

가스 요금이 다시 폭등할 때마다 이더리움 블록체인의 확장성에 대한 논의가 다시 중심 무대에 오르며, 많은 사람들이 다음 투자할 경쟁 블록체인을 찾기 위해 경쟁하게 된다. 사실, 우리는 가스 요금이 단지 빙산의 일각에 불과하다는 것을 직면해야 한다. 가스 요금이 이렇게 높은 이유는 현재의 이더리움이 확장할 수 있는 능력이 없기 때문이다. 즉, 거래에 대한 수요가 이더리움 블록체인이 실제로 처리할 수 있는 양보다 여전히 많다는 것이다.

당신은 확장성에 대한 논의가 암호화폐의 기획자와 개발자들에 의해 주도되고 있다는 인상을 받을 수 있으며, 그들은 이더리움이 왜 확장 문제에 직면해 있는지, 확장이 무엇을 의미하는지, 그리고 이러한 확장성 경쟁이 당신과 암호화폐 분야에 어떤 이해관계를 초래하는지 이해하기 어렵게 만든다. 아래는 현재 상황에 대한 해석이다.

초보자를 위한 확장 문제에 대한 논의

블록체인은 거래를 처리하고 이를 블록에 기록하는 방식으로, 블록체인의 생성은 신뢰할 수 있는 권위 기관이 필요 없으며, 중복 소비를 방지할 수 있다. 초기 블록체인인 비트코인과 이더리움은 그들의 합의 모델에 기반하여 이러한 거래를 처리하고 기록하는 작업 증명을 사용한다.

작업 증명 모델에서, 당신이 거래를 시작하면 그것은 처리 대기 거래 풀에 놓이고 네트워크의 모든 노드에 전파된다. 모든 노드에 전파되지만, 오직 한 명의 채굴자만이 이 거래를 계산하고 다른 거래와 함께 블록에 추가하여 이를 검증하고 채굴의 가스 요금 보상을 받는다.

첫째, 거래는 검증 전후에 네트워크에 전파되어야 하므로 거래 처리 시간이 길어진다. 둘째, 디지털 계산에 필요한 계산 능력이 많은 전력을 소모한다. 마지막으로, 하나의 블록에 포함될 수 있는 거래량은 제한적이어서 사용자 간의 경쟁이 발생하고, 이로 인해 가스 요금—채굴자가 거래를 처리하기 위해 수용할 수 있는 최소 가격—이 상승하며, 그 가격은 때때로 거래되는 가치보다 높아진다. 블록체인 기술을 활용하여 거래를 처리하고 저장하는 dApps가 메인넷에 구축됨에 따라(현재 약 3000개), 이는 점점 더 문제가 되고 있다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 이더리움은 확장해야 하며, 이는 네트워크가 처리할 수 있는 거래 수(초당 거래 수, TPS)와 거래 속도를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 이를 위해 몇 가지 확장 솔루션이 개발 중이며, 그 중 주요한 것은 이더리움 2.0으로, 1층 확장 솔루션, 사이드체인 및 2층 확장 솔루션을 목표로 한다. 이더리움 2.0, 폴카닷 및 솔라나와 같은 1층 확장 솔루션은 이더리움의 기본 합의 및 체인 모델을 구조적으로 변경하며, 2층 확장 솔루션은 이더리움 메인넷 및 그 프로토콜 위에 구축된다.

위험이 크고, 배당금이 높다. 이 경쟁에서 두각을 나타내는 소수의 블록체인은 전체 DeFi 공간과 NFT에 동력을 제공하고, DAO와 가상 세계를 유지하며, 전체 창작자 경제와 메타버스를 지원할 것이다.

나는 아래에서 Arbitrum(마크 큐반, 폴리체인 캐피탈 및 판테라 캐피탈이 투자한 회사)과 같은 2층 확장 솔루션이 향후 최소 5년 동안 이더리움의 확장성을 이끌 것이라고 믿는 이유를 자세히 설명할 것이다.

이더리움 확장성 솔루션의 간략한 개요

위에서 언급했듯이, 확장은 거래 처리량(처리할 수 있는 거래 수)을 증가시키고 거래 속도를 높이는 것을 의미한다. 아래는 현재 이 목표를 달성하기 위해 존재하는 솔루션에 대한 간략한 소개이다:

2021년 확장성 솔루션, @yasminekarimi_ 제작

확장 블록체인 생태계에는 두 가지 방법이 있다.

1층 확장 솔루션

1층 솔루션은 기본 프로토콜, 즉 메인넷 블록체인 자체의 코드를 처리하여 블록체인의 거래 능력을 향상시킨다. 이들은 다음과 같이 추가로 분류될 수 있다:

프로토콜 개선

프로토콜 개선은 거래 처리량을 확대하기 위해 기본 프로토콜에 대한 변경으로, 구체적으로는 블록 내에 배치할 수 있는 거래 수를 증가시키거나(단기적으로만 지속 가능), 블록 생성 간의 시간 차이를 줄이거나, 작업 증명 합의 모델에서 지분 증명으로의 구조적 전환을 통해 이루어진다. "작업 증명" 모델과는 달리, "지분 증명"은 그들이 프로토콜에 투자한 가상 화폐의 수량에 따라 검증자를 선택한다. 검증자는 이 기준에 따라 선택되므로, 대량의 계산 능력이 필요하지 않으며, 가스 요금이 천문학적인 수치로 치솟는 채굴자 간의 경쟁도 없다. 거래 검증 시간은 훨씬 짧아지며, 단일 노드는 PoS 기반 블록체인인 솔라나의 30,000 TPS 및 폴카닷의 1000 TPS와 같은 많은 처리 능력을 투입할 필요가 없다. 비교하자면, 이더리움은 16 TPS만 처리할 수 있다.

샤딩

샤딩은 하나의 블록체인의 계산 작업과 데이터 공간을 여러 체인으로 나누는 것이다(이더리움 2.0은 63개 이상). 샤딩 블록체인 프로토콜은 본질적으로 초기 네트워크의 노드를 더 작은 그룹으로 나누어 각 그룹이 대기 거래의 고유한 하위 집합을 승인하고 전역 상태의 하위 집합을 저장하도록 한다. 검증 가능한 랜덤 함수로 구현된 암호화 정렬 메커니즘을 통해 노드는 샤딩에 할당되어, 샤딩이 다수의 악의적인 노드로 구성될 때의 샤딩 점유 공격을 방지한다. 특정 노드에 대한 거래는 전체 블록체인이 아닌 해당 노드에 의해 검증되므로, 높은 비용을 초래하는 경쟁이 발생하지 않으며, 거래도 더 빨라져서 초당 처리할 수 있는 거래 수가 증가한다. 비탈릭 부테린에 따르면, 샤딩과 PoS 합의 모델은 이더리움 2.0에서 100,000 TPS를 달성할 수 있어야 한다.

2층 확장 솔루션

1층 확장 솔루션은 블록체인의 프로토콜을 변경하고, 2층 확장 솔루션은 체인 위에 구축된 스마트 계약을 통해 1층 확장 솔루션을 확장한다. 2층 확장 솔루션은 1층 확장 솔루션에 보고하기 전에 거래 실행을 외부에 아웃소싱함으로써 거래 처리에 추가 공간을 창출한다. 이를 실현하는 방법은 여러 가지가 있다.

사이드체인

첫째, 자산을 거래 수수료와 속도가 더 이상적인 사이드체인으로 이동할 수 있다(예: xDai가 사용하는 위임된 지분 증명 합의 메커니즘은 0.000021달러의 비용으로 5초의 TPS를 달성할 수 있다). 자산의 크로스 체인 전이는 양방향 앵커링(2WP) 프로토콜을 통해 이루어지며, 이 프로토콜은 첫 번째 체인에서 자산을 잠그고, 두 번째 블록체인에서 거래를 생성하며, 그 입력 정보에는 잠금이 올바르다는 것을 증명하는 암호화 증명이 포함된다. 이와 관련된 완벽한 예는 폴리곤이다.

플라즈마

둘째, 플라즈마(조셉 푼과 비탈릭 부테린의 백서 참조)는 블록체인 시스템 내의 블록체인 구조이다. 자산은 플라즈마 체인을 관리하는 스마트 계약으로 전송되며, 해당 계약이 거래를 실행한다. 사기 증거가 없는 한, 블록 헤더의 해시 값만이 루트 체인에 제출되며, 사기가 발생할 경우 블록은 롤백되고 블록 생성자는 처벌을 받는다. 이러한 "오직 그때"의 방식은 루트 블록체인의 상태 업데이트를 최소화하여 거래를 더 빠르게 만든다.

상태 채널

상태 채널은 참여자가 체인 외부에서 x번의 거래를 수행할 수 있도록 허용하지만, 이더리움 네트워크에 두 번의 체인 상 거래만 제출하는 오픈 소스 프로토콜 및 스마트 계약이다. 사용자는 첫 번째로 채널을 열 때 이더리움 거래를 생성하고 비용을 지불해야 한다. 채널을 닫을 준비가 되었을 때, 사용자는 다시 비용을 지불하여 이더리움 블록체인에서 거래를 처리해야 한다. 이는 처리하고 저장해야 할 거래 수를 줄이고, 가스 비용을 채널을 여는 것과 닫는 데 필요한 비용으로 줄인다. 이더리움에서 상태 채널을 활용하는 주요 프로젝트로는 State Channels, Celer, Perun 및 Raiden이 있다.

롤업

롤업은 단일 "배치"에서 거래를 집계하고, 압축 도구(예: 값 길이를 줄이는 과학적 기호, 바이트 단위)를 사용하며, 이를 체인 외부에서 검증한 후 상태 데이터를 1층 확장 솔루션에 저장함으로써 메인넷을 확장한다. 압축 및 배치는 더 높은 처리량을 가져오고, 각 거래의 속도를 높이며 비용을 최소화한다.

둘째, 검증 방식에 따라 롤업에는 두 가지 유형이 있다. 우리가 검증하는 방식은 거래가 배치 처리된 후 후 상태의 루트(즉, 계좌 잔액, 계약 코드 등, 이 모든 것이 "롤업 내"의 것)가 올바른지 확인하는 것이다. zk 롤업에서는 각 배치 거래가 유효성 증명인 ZK-SNARK를 생성하며, Arbitrum과 같은 낙관적 롤업은 노드가 특정 거래가 사기라고 의심할 때만 증명 계산을 수행하여 거래 속도와 처리량을 더욱 높인다.

사용자로서 Arbitrum 롤업과 어떻게 상호작용해야 할까요?

사용자로서 당신이 Arbitrum과 상호작용할 가능성이 가장 높은 시나리오는 dApp을 사용할 때이다. 이러한 dApp은 당신이 일반적으로 이더리움에서 사용하고 거래가 필요한 것들이다(예: Uniswap 또는 Aave). 더 구체적으로, Arbitrum과 상호작용하려면 먼저 Arbitrum One 네트워크 확장을 MetaMask 지갑에 추가하고 연결한 후 자산을 브리징해야 한다.

왜 Arbitrum이 가까운 미래에 이더리움의 확장을 이끌 것인가?

Arbitrum은 블록체인의 삼중 난제를 해결했다: 확장성, 탈중앙화, 보안.

단순히 규모를 확장하는 것만으로는 충분하지 않다. 거래 처리량을 증가시키는 동시에 블록체인은 블록체인 기술의 두 가지 기본 속성인 탈중앙화와 보안을 유지해야 한다. 이것이 바로 블록체인의 삼중 난제라고 불리는 것이다. 현재까지 이 세 가지 요소를 모두 충족할 수 있는 이더리움 확장 솔루션은 Arbitrum과 같은 롤업뿐이다. Arbitrum에서 처리된 거래 총 수는 356만 건에 달하며, 2021년 9월 12일에는 일일 거래 수가 최고 26.8만 건에 달했다.

일정 기간 동안 Arbitrum에서의 일일 거래 총액

처리 능력 측면에서 Arbitrum은 40,000 TPS를 달성할 수 있어, 이더리움 기본 확장 사용 시 평균 비용이 5배 저렴하다(현재 이더리움은 2달러에 비해 10.38달러, 실시간 2층 확장 비용 참조). 그 외에도 Arbitrum은 실제로 비용을 90%-95% 더 낮추기 위해 노력하고 있으며, 이는 당신이 NFT를 발행하거나 ETH를 전송하는 데 불과 수십 센트의 비용이 들게 한다. Arbitrum에서 매일 지출되는 가스 요금 총액도 이더리움보다 낮았다. 9월 12일의 뚜렷한 급증은 ArbiNYAN이라는 2층 확장 유동성 채굴 플랫폼의 출범 때문이었다.

Arbitrum과 Ethereum에서 지불된 일일 총 가스 요금

Arbitrum은 이러한 높은 처리량을 달성하면서 1층 확장 합의에서 보안을 확보했다. 비교하자면, 초기 1층 확장 솔루션인 이더리움과 비트코인은 탈중앙화와 보안을 우선시했지만, 확장성을 희생했다. 이는 오늘날의 높은 가스 요금에서 알 수 있다. 마찬가지로, 솔라나와 EOS와 같은 다른 경쟁적인 1층 확장 솔루션은 각각 200개와 21개의 노드만이 그들의 네트워크를 제어하고 있어 탈중앙화를 희생하게 된다. 결과적으로 중앙화는 보안에도 영향을 미치며, 이는 51% 공격의 기회를 증가시킨다. 마찬가지로, 사이드체인은 자체 합의 및 블록 검증 모델에 의존하기 때문에 메인넷에 공격 벡터를 가져올 가능성이 있다. 또 다른 보안성이 제한된 예는 프로토콜 개선으로, "더 큰 블록"을 가진 블록체인은 본질적으로 검증하기 더 어려워지고, 더욱 중앙화될 수 있으며, 이는 다시 보안을 저하시킨다. 그러나 모든 롤업이 초기에는 탈중앙화되어 있지 않다는 점에 유의해야 하며, 대부분, 심지어 모든 롤업은 점진적인 탈중앙화를 목표로 하고 있다.

Arbitrum은 현재까지 가장 EVM 호환성이 높은 2층 확장 솔루션이다

Arbitrum은 현재까지 가장 EVM 호환성이 높은 2층 확장 솔루션이다. 이는 개발자들이 기존 이더리움 애플리케이션을 롤업으로 이전하는 것이 거의 수월하다는 것을 의미하며, 코드 재작성의 필요가 없다. Arbitrum은 현재 수많은 dApp을 지원할 수 있으며, 가장 큰 이더리움 2층 네트워크로, DeFi 프로토콜에서 잠금된 총 가치는 23억 달러를 초과한다. 비교하자면, ZK-롤업과 지불 채널은 단순한 지불, 교환 및 기타 특정 애플리케이션의 사용만 지원한다. 현재 Arbitrum은 총 2361개의 검증된 계약을 보유하고 있으며, 9월 이후 평균적으로 하루에 12개의 계약이 추가되고 있다.

Arbitrum에서의 일일 검증 주소 수

더 많은 dApp이 Arbitrum 롤업에 통합됨에 따라, Arbitrum은 개발자에게 매우 매력적일 뿐만 아니라 사용자에게도 매력적이다. Arbitrum을 사용하는 특정 주소 수의 증가는 이 주장을 입증한다.

일정 기간 동안 Arbitrum에서의 독립 주소 총 수

이 주소들 중에서, 스마트 머니 주소는 Arbitrum에 특별한 관심을 보이는 것 같다. 아래와 같이, 이더리움의 ETH 백만장자 중 50%가 Arbitrum을 사용하고 있다. Nansen 태그에 익숙하지 않은 사람들을 위해, ETH 백만장자는 ETH 잔액이 최소 100만 달러인 주소를 의미한다.

Arbitrum에서의 활성 스마트 자금의 비율

간단히 말해, 그것은 암호화폐 분야의 왕자—이더리움—위에 구축된다

우리는 Arbitrum과 같은 롤업이 향후 몇 년 동안 이더리움의 확장성을 주도할 것이라고 믿는 또 다른 이유는, 그것들이 이더리움 위에 구축되어 있기 때문이다. 이더리움은 암호화폐 분야의 왕자이다. 이는 그들에게 선발 우위를 제공한다. 첫째, 사용 측면에서 이더리움은 여전히 세계에서 가장 인기 있는 블록체인 프로토콜로, 3000개 이상의 dApps, DeFi, NFT, DAO 및 가상 세계 생태계가 있다. 비트코인은 이 측면에서 유일하게 비교할 수 있는 블록체인이지만, 롤업을 수용할 수 있는 능력이 부족하다.

둘째, 대부분의 사람들이 이더리움 2.0이 롤업을 구식으로 만들 것이라고 생각하는 것과는 달리, 이더리움 2.0이 몇 년 후에야 완전히 배포될 것을 고려할 때, Arbitrum과 같은 롤업은 사실상 첫 번째 확장 솔루션이 되어야 한다. 정반대로, 데이터 샤딩, 즉 이더리움 2.0의 두 번째 단계는 주로 롤업을 가속화하기 위한 것이다. 롤업은 저장 상태를 분할하고, 샤딩은 거래 기록을 분할하며, 롤업은 특정 샤드에 등록된다. 롤업의 처리량 확장성은 기하급수적이며, 2030년까지 1500만 TPS에 이를 가능성이 있다.

이러한 이유로, Arbitrum과 같은 롤업이 가까운 미래에 이더리움 확장성 솔루션의 물결을 주도할 독특한 위치를 차지할 것이라는 것은 분명하다.

2층 확장 솔루션 토큰의 도래를 준비하라

당신이 개발자나 초기 투자자가 아니라면, 프로젝트의 네이티브 토큰을 구매함으로써 노출을 얻을 수 있다. 대부분의 Arbitrum과 같은 롤업은 아직 네이티브 토큰이 없지만, 우리는 대부분의 롤업 프로젝트가 결국 출시될 것이라고 예상할 수 있다.

현재 롤업이 직면한 몇 가지 도전 과제

첫 번째 도전 과제는 낙관적 롤업의 경우 인출 기간이 길다는 것이다. 인출은 사기 거래로 의심되는 경우 증거를 공개하고 인출을 취소할 시간이 필요하기 때문에 최대 7일이 걸릴 수 있다.

둘째, 낙관적 롤업의 안전성을 보장하는 조건은 최소한 하나의 노드가 정직하고 사기 거래를 식별할 수 있어야 한다는 것이다.

그 외에도, 롤업을 통해 자산과 데이터를 이동하는 것이 점점 더 쉬워질 것으로 기대할 수 있지만, 롤업은 여전히 초기 단계에 있으며 상호 운용성이 부족하다. 그럼에도 불구하고 Hop, Connext, cBridge 및 Biconomy와 같은 상호 운용성이 있는 솔루션이 있다.

마지막으로, 많은 사람들은 사용자들이 최상의 가격을 얻기 위해 동기 부여를 받기 때문에 이더리움의 유동성이 서로 다른 롤업 간에 분산되어 있지만, 시간이 지남에 따라 유동성이 Arbitrum과 같은 롤업에 축적될 것이라고 생각한다.

지금부터 5년 후의 롤업

사실적으로 말하자면, 롤업의 잠재력은 이더리움에 국한되지 않는다. 확장성 솔루션의 미래는 실제로 여러 1층 확장 솔루션 체인 간의 상호 의존적인 확장 솔루션으로 구성된 더 복잡한 시스템이다. 이 복잡한 미래에서 우리는 여전히 세 가지 주요 트렌드를 기대할 수 있다.

위에서 언급했듯이, 단기적으로 Arbitrum과 같은 이더리움의 롤업이 확장 솔루션의 패턴을 지배할 것이며, 이후 이더리움 2.0 및 그 샤딩 솔루션의 배포를 통해 더욱 강화될 것이다. 2층 확장 솔루션은 롤업을 포함하되 이에 국한되지 않으며, 그 진전을 보여주고 성능을 점점 더 높여 1층 확장 솔루션과 경쟁할 것이다.

다음으로, 다른 경쟁적인 1층 확장 솔루션이 최대 용량에 도달하면, 그들은 점점 더 많이 메인넷을 기반으로 롤업을 구축하기 시작할 것이다. 사실, 대부분의 사람들은 롤업의 잠재력을 여전히 이해하지 못하고 있으며, 각 1층 확장 솔루션은 롤업이 필요할 것이다. 이더리움은 그 준비를 해온 첫 번째 블록체인으로, 이미 상당한 시간이 지나왔다(2015년부터). 예를 들어, 테조스는 롤업 중심의 로드맵을 채택하고 있다. 마찬가지로 NEAR, Celestia 및 Polygon도 최근 확장 솔루션 Polygon Maiden 기반의 고급 zk-STARKs(zk-Rollup에서 유래)를 발표했다.

사실, 이더리움과 블록체인에 대한 수요가 단방향이라는 점을 고려할 때, 모든 확장 솔루션이 현재와 미래의 시장 참여자들의 증가하는 수요를 충족하기 위해 동일하게 효과적이고 필요할 것이라고 예상할 수 있다.

결론

결론적으로, 높은 가스 요금은 실제로 빙산의 일각에 불과하다. 이더리움은 설립 이후로 확장 문제에 직면해 있으며, 현재의 많은 확장 솔루션은 이 문제를 해결하기 위해 존재한다. 그 중 Arbitrum 롤업은 현재 가장 큰 이더리움 2층 네트워크일 뿐만 아니라 향후 몇 년 내에 확장 솔루션을 주도할 가능성이 있다. 사실, Arbitrum 롤업은 메인넷의 탈중앙화와 보안을 해치지 않으면서 이더리움의 규모를 확장할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 더 많은 사용자가 가능한 최상의 가격을 얻기 위해 Arbitrum으로 전환함에 따라, 더 많은 개발자가 그 기반 위에서 개발할 것이다. 이는 가장 EVM 호환성이 높은 솔루션이다. 이더리움을 넘어 롤업은 경쟁적인 1층 확장 솔루션으로 출력될 것이며, 점점 더 복잡해지는 다양한 확장 솔루션에 통합될 것이다.

암호화폐 분야의 모든 사람에게 Arbitrum과 같은 2층 확장 솔루션은 단순한 투자 문제가 아니라, DeFi, NFT 공간에서 진행 중인 프로젝트와 미래의 프로젝트의 기반이 될 것이며, DAO와 가상 세계를 유지하고 전체 창작자 경제와 메타버스를 지원할 것이다.