이더리움 Layer 2 솔루션을 한 문장으로 이해하기: ZK 롤업, 옵티미스틱 롤업, 발리디움, 플라즈마

저자: Daolectic Research

원문 제목: 《이더리움을 확장하는 방법? --- 실제 Layer 2 환경에 대한 종합 분석》

편집: 린치, 체인캐처

블록체인 분야에서 가장 논란이 많은 주제 중 하나는 확장성입니다.

구체적으로, 이더리움의 인기가 높아짐에 따라 블록 내 거래 요청도 증가하고 있으며, 이에 따라 거래 비용도 증가하고 있습니다. 이더리움 메인넷은 초당 약 15건의 거래를 처리하므로, 처리량을 높이는 것이 필요합니다. 이더리움 노드의 부담을 줄이기 위해 여러 L2 솔루션이 등장했으며, 각 솔루션은 고유한 장점과 단점을 가지고 있습니다.

이더리움 네트워크의 실제 단일 체인 구성에서 속도를 높이기 위해 여러 대체 확장 전략이 적용되었습니다: 이들은 모두 이더리움 메인 블록체인에서 거래 처리를 경감하여 확장성을 높이는 것을 목표로 하지만, 채택된 방식은 각기 다릅니다.

주목할 점은 이러한 확장 기술이 이더리움에만 국한되지 않으며, 다른 네트워크에서도 사용될 수 있다는 것입니다.

기존의 주요 확장 솔루션

실제로, 여러 가지 새로운 합의 알고리즘과 기술, 예를 들어 샤딩이 기본 레이어에서 확장성 문제를 직접 해결할 수 있습니다.

최근 몇 달 동안, 현재 블록체인의 작은 부분을 차지하는 샤딩 체인은 많은 주목을 받았습니다. 특히 체인 게임 분야의 발전, 예를 들어 Harmony One 기반의 DeFi Kingdoms와 Near Protocol의 EVM 호환 체인 Aurora의 출현이 두드러집니다. 이러한 생태계 발전의 주요 원동력은 그 안에 배치된 애플리케이션의 실제 가치, 즉 더 빠른 블록 생성 시간과 더 낮은 가스 요금이 가져오는 사용자 경험의 향상입니다.

이더리움 2.0은 샤딩 계열에 속할 수 있습니다.

또한, 롤업과 같은 기술 위에 구축된 사이드 체인과 솔루션도 있습니다: 이 기술은 메인 레이어의 모든 보안성과 합의 프로토콜을 계승하며, 대부분의 다른 확장 기술에 비해 상당한 장점을 가지고 있습니다. 이 점에서 이러한 솔루션은 "비관리형" 사이드 체인으로 분류될 수 있습니다.

본질적으로, 롤업은 대량의 거래를 수집하여 체인 외부에서 계산한 후, 이를 단일 체인 내 거래로 방송합니다.

현재 이더리움 메인넷에서 활성화된 롤업은 두 가지 유형으로 나뉩니다:

• Zk 롤업 (Zk는 제로 지식의 약자), 유효성 증명으로 지원
• 옵티미스틱, 사기 증명으로 지원

제로 지식 증명 ZKP

그 순수한 정의에서 시작하여, 제로 지식 증명(ZKP)은 기본 가정을 공개하지 않고 정보를 검증할 수 있는 도구의 집합입니다.

"제로 지식"이라는 용어는 특정 사실에 대한 정보("제로")를 제공하지 않는다는 개념에서 유래되었습니다: 이는 "증명자"가 데이터를 공개하지 않고도 "검증자"에게 계산 주장이 유효하다는 것을 데이터 방식으로 나타낼 수 있도록 하는 암호 기술 집합에 의해 구현됩니다.

ZKP는 블록체인 분야에 도입되었습니다. 제로 지식 증명은 상호작용형과 비상호작용형 두 가지 유형으로 나뉩니다.

• 상호작용형 ZKP는 증명자가 검증자를 설득하기 위해 일련의 활동이나 작업을 수행해야 합니다. 상호작용형 ZKP에서 필요한 대부분의 활동은 수학적 확률 개념을 포함합니다.
• 비상호작용형 ZKP는 증명자와 검증자 간의 상호작용이 필요하지 않으며, 검증은 나중에 수행될 수 있습니다. 이 경우, 이러한 ZKP는 추가적인 컴퓨터나 소프트웨어가 필요합니다.

모든 ZKP(상호작용형 또는 비상호작용형)는 세 가지 전제 조건을 충족해야 합니다:

1. 완전성: 진술이 참일 경우, 검증자는 증명자가 보유한 모든 필요한 입력을 검증할 수 있습니다.
2. 유효성: 이 판단은 반박될 수 없으며, 증명자가 필요한 입력을 제공하지 않을 경우 검증은 성립하지 않습니다.
3. 제로 지식: 검증자는 진위 여부 외에 다른 정보를 보지 못합니다. 개인 데이터는 항상 익명 및 암호화 상태로 유지됩니다.

관련 기사: 과학적 설명: 제로 지식 증명이란 무엇이며, 제로 지식 증명의 사용 사례는 무엇인가?

ZK 롤업

Zk 롤업은 모든 거래 데이터를 메인 체인에 제출하고 Zk-Snark(제로 지식 간결 비상호작용 증명)를 사용하여 거래를 검증합니다.

Vitalik Buterin은 2018년에 이 암호 도구를 제안했습니다.

약어 SNARK는 간결하고, 지식의 비상호작용 증명을 의미합니다:

• "간결"은 증명이 기본 데이터보다 짧다는 것을 의미합니다.
• 지식 증명은 적절한 "증인"이나 정보를 증명할 수 있는 증거가 없으면 증명자가 검증된 증명을 구축할 수 없음을 나타냅니다.

이러한 검증이 완료되고 메인 체인에 게시되면, 포함된 모든 거래는 최종 거래로 선언됩니다. 암호 활동을 사용하기 때문에 L2 노드가 증명을 구축하는 데 필요한 처리 능력은 매우 높고 더 빠릅니다.

ZK 롤업은 중계기가 거래를 조합한 다음, 중계기가 zk를 생성하여 거래의 진위를 증명합니다. 이후 메인 레이어에 증명을 제출하고 게시합니다.

관련 기사: ZK 롤업 이해하기: 어떻게 암호 생태계의 패러다임 전환을 가져오는가?

옵티미스틱 롤업

옵티미스틱 롤업의 기본 가정은 모든 처리된 거래가 유효하다는 것입니다. 사실, 이 이름은 노드 체인의 낙관적인 상태에서 유래되었습니다.

거래가 무효로 발견될 때마다, 노드는 사기 증거를 제공하여 발견된 잘못된 거래의 전체 배치에 이의를 제기할 수 있습니다: 전체 거래 배치는 옵티미스틱 롤업을 지원하는 기본 시스템(옵티미스틱 가상 머신, OVM)에서 메인 체인에서 다시 실행됩니다.

전반적으로, OVM은 L2에서 거래가 완료될 수 있도록 허용하며, L1에서 무효로 거부된 경우에도 가능합니다: 또한 거래가 무효로 간주되면 L2 체인은 사기 거래 이전의 상태로 재설정됩니다. 사기 거래로 인해 모든 후속 거래는 무용지물이 됩니다.

옵티미스틱 접근 방식은 제출된 거래가 항상 진짜라는 전제에 기반하므로, 어느 정도 "신뢰 기반"으로 간주됩니다.

생태계의 참여자에게 적절한 인센티브를 제공하면 이 가정이 현실이 될 수 있습니다. 그러나 최악의 상황을 방지하기 위해 추가적인 예방 조치도 필요합니다. 예를 들어, 자산을 L2에서 L1으로 전송할 때, 옵티미즘은 검증자가 사기 거래를 발견하고 표시할 수 있도록 충분한 시간을 제공하기 위해 7일의 대기 기간을 규정했습니다.

발리디움

발리디움은 ZK 롤업과 유사하게 작동하지만, 데이터가 체인 외부에 저장됩니다. 거래 데이터가 블록체인에 게시되지 않기 때문에, 추가적인 신뢰 가정을 채택해야 하며, 사용자는 필요할 때 데이터를 접근할 수 있도록 운영자를 신뢰해야 합니다.

발리디움의 체인 외부 데이터 저장은 많은 이점이 있으며, 거래 속도가 더 빠르고, 대중이 거래에 접근할 수 없기 때문에 사용자 프라이버시도 향상됩니다.

그러나 데이터가 체인 외부에 저장되기 때문에 사용자는 스마트 계약 내에서 자신의 사용 가능한 금액을 언제든지 확인할 수 없습니다.

따라서 사용자는 중계기로부터 데이터를 얻어 자신의 자금을 파악해야 하며, 중계기를 신뢰해야 합니다.

이 문제를 해결하기 위해 StarkWare와 같은 솔루션은 모든 체인 외부 데이터를 저장하고 긴급 상황에서 공개적으로 접근할 수 있도록 하는 데이터 가용성 위원회(DAC)를 제공합니다. 이는 사용자가 중계기에 대한 의존도를 줄이는 데 도움이 됩니다: 여전히 zkp를 사용하므로 잘못된 상태를 방송할 위험이 없으며, 사용자가 신뢰해야 하는 것은 정보의 적시성뿐입니다.

발리디움 솔루션은 비교적 새로운 것으로, ZKR 기반으로 구축되었으며, 확장 솔루션의 유효성 증명 키트가 점점 더 인기를 끌면 그 모멘텀은 계속 증가할 것입니다.

발리디움 솔루션을 사용하는 프로젝트에는 DeversiFi, ZKSwap(결제, 거래 플랫폼), Sorare(축구 NFT 게임) 및 Immutable X(NFT 마켓플레이스)가 포함됩니다.

플라즈마

플라즈마 계열에서는 기본적으로 이더리움 복제본인 여러 블록체인을 찾을 수 있으며, 이들은 신뢰 최소화의 브리지 아키텍처를 통해 이더리움에 연결됩니다. 각 플라즈마 체인은 자체 거래 검증 프로세스를 채택할 수 있지만, 이더리움 블록체인은 여전히 최종 거래 진위에 대한 권위를 가지고 있습니다.

플라즈마는 사용자가 운영자에 대해 절대적인 신뢰를 가질 필요가 없으며, 비록 불성실하거나 운영을 방해하는 경우에도 사용자는 항상 자금을 회수할 기회를 가집니다. 플라즈마의 출현은 이더리움 커뮤니티의 큰 관심을 끌었지만, 많은 도전 과제를 가져왔습니다: 새로운 데이터 가용성 네트워크 공격, 사용자가 거래를 모니터링하여 악의적 활동을 감지해야 하는 요구, 그리고 많은 사용자가 동시에 플라즈마 체인에서 탈퇴하려고 할 경우 메인 체인 데이터 용량에 대한 우려는 플라즈마 시스템 기반의 채택을 저해했습니다.

또한, 많은 플라즈마 설계는 일련의 사용자 경험 및 보안 문제에 시달리고 있으며, 스마트 계약 개발을 위한 원주율 편의성을 제공하지 못했습니다. OMG와 Polygon은 현재 플라즈마를 포기했으며, 이는 일부 사람들이 그것이 실제로 존재하지 않는다고 생각하게 만들었습니다.

기술 비교

지금까지 옵티미스틱 롤업은 개발자들이 이더리움 애플리케이션을 L2 플랫폼에 "복사 및 붙여넣기"할 수 있는 특성 덕분에 가장 큰 관심과 채택을 받았습니다.

Uniswap 및 Synthetix와 같은 이더리움 메인넷의 주요 애플리케이션은 확률 롤업 솔루션 기반의 옵티미스틱 롤업 솔루션을 사용하여 애플리케이션을 배포하기 시작했습니다. 마찬가지로, ZK 롤업 및 발리디움 솔루션은 현재 일반 스마트 계약에 대한 지원이 매우 제한적이지만, 여전히 활발히 배포되고 있습니다.

ZKR은 옵티미스틱 롤업에 비해 주요 장점 중 하나는 논란 기간(출금 시간)이 없다는 것입니다. zkp를 사용하여 거래의 진위를 구축하기 때문에, 중계기는 시스템을 속일 수 없습니다. 또 다른 고려해야 할 요소는 ZKR 사용자가 항상 자산을 이동할 수 있다는 것입니다. 데이터는 항상 체인에 저장됩니다.

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전반적으로, 이러한 조치의 발전은 그들이 제공할 수 있는 것에 크게 의존합니다. 제로 지식 증명의 EVM 호환성의 미래는 유효성 증명 기반의 L2 솔루션 조합의 발전에 좋은 전망을 제공합니다.

Matter Labs와 StarkWare가 이러한 증명의 접근성을 위해 데이터 가용성을 선택함에 따라, 이는 옵티미스틱 롤업의 보급을 초월할 수 있습니다. 제로 지식 증명이 제공하는 보안성과 중계기가 악의적 활동을 게시하는 난이도는 L2 시스템이 그 힘을 채택하는 미래를 더욱 밝게 보이게 합니다.

2월 20일 기준으로, 전체 L2 생태계의 TVL은 약 600억 달러입니다.

아래 L2Beat 데이터에 따르면, 옵티미스틱 롤업은 총 시가총액의 70%를 차지하며, Arbitrum이 310억 달러로 1위를 차지하고 있습니다. dYdX는 ZK 롤업을 채택한 L2로, 99.5억 달러로 뒤따르고 있습니다. 현재까지 발리디움 관련 TVL은 낮지만, IMX와 Sorare의 출현으로 인해 성장 잠재력이 큽니다.

결론

롤업의 사용은 미래에 가장 일반적인 확장 방식이 될 것으로 예상됩니다. 그 중 많은 부분이 최근에 처음 배포된 것으로, 이는 중요한 이정표입니다. 이더리움 2.0의 출시까지는 아직 시간이 많이 남아 있으므로, 롤업은 오랫동안 존재할 수 있습니다.

조합 가능성은 이더리움의 핵심 요소로, 네트워크 내의 누구나 기존 자산 위에 새로운 사용 사례를 쉽게 구축할 수 있게 합니다.

당신이 이더리움 네트워크의 사용자라면, 이는 실제로 당신에게 큰 자유를 제공합니다: 동일한 보안 프레임워크 내에서, 동일한 체인에서, 몇 가지 사용자 친화적인 활동을 통해 상대적으로 복잡한 거래를 수행할 수 있습니다.

L2 솔루션은 가스 요금을 낮추어 사용자 경험을 명확히 개선했지만, 독립 실행 환경의 옵션도 제공합니다.

최근 애플리케이션 개발자는 어떤 플랫폼에 배포할지 선택하기 전에 주저하기 시작했으며, 어떤 L2 솔루션이 더 인기가 있는지 관망하고 있습니다.

하나 이상의 L2 간의 통합은 미래 발전의 핵심이 될 것입니다. 이는 전체 이더리움 생태계의 네트워크 효과에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 더 넓은 스마트 계약 플랫폼 환경에도 큰 영향을 미칠 것입니다.