딥 다이브 옵티미즘: 기본 구조, 가스 메커니즘 및 도전 과제 | CatcherVC 리서치

저자: SA, CatcherVC

본 문서의 요점

• 보안과 탈중앙화를 고려하여 ETH 블록 Gas 상한선과 블록 생성 시간은 크게 변경할 수 없다;
• Layer2 확장의 본질은 TPS가 더 높은 체인을 만드는 것이며, 이 체인의 정보를 이더리움에 연결하는 것이다;
• Optimism의 시장 가치 상승 공간은 매우 크며, TPS 상한선은 1600에 이를 수 있지만, 실제 처리량은 천분의 일도 안 된다. 미래 발전 가능성이 크다;
• 피어 노드가 열리지 않아, Optimism의 로컬 Sequencer가 블록을 생성한 후, 그 정확성을 검증하는 데 1시간이 걸리며, 지연 시간이 너무 길다;
• 현재의 Optimism과 Arbitrum은 모두 공식적으로 운영되는 블록 생성 노드에 의해 운영되며, 심각한 중앙화 문제를 안고 있다. 그 기반은 프로젝트 측의 "신뢰"에 더 의존하고 있으며, "프로그램 정의" 자체가 아니다;
• Optimism이 EVM 동등성 업그레이드를 진행한 후, 그 "사기 증명" 메커니즘은 사용할 수 없으며, 공식적으로는 향후 이 문제를 해결할 것이라고 한다.
• 진정한 탈중앙화와 보안은 높은 효율성보다 더 가치가 있다. 사용자가 네트워크 유지 관리에 즉시 참여할 수 없다면, 이른바 Layer2는 전통 금융 플랫폼과 다를 바 없다.

서론

ETH 합병이 공식적으로 진행됨에 따라, Layer2와 Rollup은 블록체인 업계에서 점차 주목받고 있다. 본질적으로 Layer2의 목적은 시스템이 초당 처리할 수 있는 거래 수(TPS)를 증가시키고 Gas 비용을 낮추는 것이다. 전자는 Layer2 확장의 가장 핵심적인 요소이며, 후자는 Layer2 상호작용 경험을 향상시키는 핵심이다.

정의에 따르면, TPS = 일정 시간 내 처리된 거래 수 / 소요 시간, 블록체인 분야에 적용하면, 분기나 블록 재구성 등의 상황을 무시할 경우, TPS = 평균적으로 각 블록에 포함된 거래 수 ÷ 블록 생성 시간으로 대략적으로 볼 수 있다. 일반 공공 블록체인에 있어 TPS를 높이는 것은 블록 확장과 블록 생성 시간 문제에 직면하며, TPS의 실제 값은 공공 블록체인이 채택한 Gas 메커니즘과 관련이 있다. ETH, BSC, Polygon 모두 예외는 아니다.

하지만 블록 Gas 용량을 늘리거나 블록 생성 시간을 단축하면 보안성이 훼손된다. 본질적으로 이더리움 확장은 "불가능한 삼각형" 문제에 직면해 있으며, 효율성을 높이면서 보안과 탈중앙화를 보장하는 방법은 항상 논의 중이며 해결되지 않은 상태에 있다.

이에 대해, Optimism과 Arbitrum을 대표로 하는 Layer2는 높은 효율성과 낮은 Gas를 내세워 빠르게 부상하고 있으며, 많은 주목을 받고 있다. 정교한 서사로 다양한 자본을 끌어모으고, 초저가 Gas로 많은 사용자를 확보하는 동시에, 그 안에 내재된 중앙화 문제는 점점 더 명확해지고 있으며, 점점 더 많은 관심과 의문을 불러일으키고 있다.

본 문서는 탈중앙화를 보장하는 전제 하에 Layer1 확장이 직면한 난관과 전형적인 고효율 Layer2 프로젝트가 존재하는 중대한 문제를 중요한 세부 사항으로 드러낼 것이다.

이더리움의 Gas 메커니즘

이더리움 효율성을 결정하는 핵심 요소 중 하나는 그가 채택한 Gas 메커니즘이다. 이더리움 시스템에서 Gas는 다양한 작업의 복잡성을 반영하는 측정 형태이다. 자동차가 주행하기 위해 연료를 소모하는 것처럼, 이더리움에서 거래를 할 때 Gas 소모가 발생한다. 가장 간단한 ETH 토큰 전송의 Gas 소모는 2.1만이다. 일반적인 ERC-20 토큰 전송이나 더 복잡한 계약 상호작용과 같은 다른 유형의 작업은 수만 또는 수십만의 Gas 소모를 발생시킬 수 있다.

이더리움의 단일 블록은 Gas 상한선이 있으며, 이는 하나의 블록 내 모든 거래 명령이 소모할 수 있는 Gas 총량을 제한한다. 이는 냉장고가 가득 차면 더 이상 물건을 담을 수 없는 것과 같다. 지난해 EIP-1559 시행 전, 단일 블록의 Gas 상한선은 약 1500만으로, 대략 714건의 ETH 토큰 전송을 수용할 수 있었다. 평균 블록 생성 주기 13초를 TPS 계산식에 넣으면, EIP-1559 이전 이더리움의 이론 TPS 상한선은 55였다.

하지만 현실에서 많은 거래는 Gas 소모가 높은 계약 상호작용으로, 블록의 Gas 용량을 크게 차지하며, 실제 이더리움 TPS 평균은 20으로 낮아져 혼잡해졌다. 이로 인해 많은 잠재적 거래 수요가 체인 외부로 밀려났다. 단일 거래의 수수료는 Gas Used × Gas Price이며, Gas Used는 시스템에 의해 결정되므로 상수로 볼 수 있다. 사용자가 거래를 시작한 후, 다른 사람보다 더 높은 Gas Price를 지불해야 시스템의 응답을 먼저 받을 수 있다. 결국 시스템 특성으로 인해 발생한 수요와 공급의 격차가 높은 수수료를 초래하여 많은 사람들이 고통받고 있다.

결국 ETH는 본질적으로 거래 권한의 경매 플랫폼이며, Gas Price는 입찰자의 입찰가이고, 거래 권한의 귀속은 수요와 공급 양측이 경매 메커니즘을 통해 성사된다. 이러한 설계는 블록체인의 자유 시장 원칙에 부합하지만, 내부 경쟁의 씨앗을 심어놓았다.

이더리움의 역사에서 "크립토키티"나 "5.19"와 같은 핫 이벤트가 거래 수요를 자극할 때마다 ETH 체인에서는 격렬한 Gas 전쟁 현상이 발생한다. 누가 더 높은 Gas Price를 지불하느냐에 따라 거래가 먼저 체인에 올라가며, 치열한 가격 전쟁으로 Gas Price가 치솟고, 높은 수수료를 지불할 수 없는 사용자는 배제된다. 이로 인해 이더리움은 명실상부한 "귀족 체인"이 되었고, 수많은 논란을 일으켰으며, EIP-1559는 많은 사람들에게 "구세주"로 여겨지기도 했다.

하지만 사실, 지난해 주목받고 블록의 Gas 메커니즘에 큰 조정을 가한 EIP-1559의 핵심 역할은 Gas Price의 변동 범위를 더 통제 가능하게 하고, ETH의 인플레이션율과 매도 압력을 낮추는 것이지, 직접적으로 Gas Price를 낮추거나 Gas 경매 메커니즘을 폐지하는 것이 아니다.

이 제안은 ETH 블록의 Gas 상한선을 3000만으로 높였지만, 새 블록의 실제 Gas 소모가 1500만을 초과하면 다음 블록 내의 Gas Price는 시스템 조정에 따라 단계적으로 상승하게 된다. 이 과정은 여러 블록에 걸쳐 지속될 수 있으며, Gas Price가 매우 높아져 대부분의 사람들을 차단하게 되면, 새 블록이 수용할 수 있는 거래 수가 급감하고 Gas 소모량이 1500만으로 돌아올 때까지 계속된다.

（Gas Price가 4개 블록 동안 연속적으로 상승한 것을 볼 수 있다）

통계 데이터를 살펴보면, EIP-1559 시행 전후 6개월 동안 이더리움의 일일 Gas 소모는 10%도 채 되지 않는 증가를 보였다. 이 6개월 동안 블록 생성 주기가 13~13.5초로 안정적이었다고 가정하면, ETH는 하루에 6500~6650개의 블록을 생성하며, 각 블록의 Gas 용량은 항상 1500만 내외로 안정적이며, 뚜렷한 변화가 없다.

（그래프의 축선은 런던 하드포크 다음 날）

EIP-1559가 블록의 Gas 함량을 실제로 변경하지 않았기 때문에 이더리움의 TPS는 개선되지 않았고, 수수료는 여전히 높으며, 많은 잠재적 사용자는 여전히 이더리움 시스템 외부에 머물러 있다.

관련 데이터에 따르면, 현재 ETH는 약 2억 개의 독립 주소를 보유하고 있으며, 하루에 처리하는 거래 수는 100만 건이 채 되지 않는다. 반면, Gas 비용이 낮은 BSC(BNB 체인)는 하루에 500만 건 이상의 거래를 처리하며, 독립 주소 수는 1.5억 개에 미치지 않는다. 대략적으로 추정하면, ETH 네트워크는 최대 약 15%의 거래 수요를 충족하고 있다.

블록 생성 주기

다른 관점에서 보면, TPS = 각 블록에 포함된 거래 수 ÷ 블록 생성 시간에서 블록 생성 주기도 TPS와 관련된 핵심 요소이다. 또한 블록 생성 주기의 여러 단계는 이더리움 비즈니스 논리의 다양한 구성 요소를 매핑할 수 있으며, 이는 Layer2 확장 사상의 핵심이다.

강조할 점은 이더리움은 많은 서버 노드로 구성된 시스템이며, 그 비즈니스 논리는 실행, 합의, 다중 저장의 3개 부분을 포함한다. 여기서,

• 【실행】은 거래 이벤트 등의 명령을 처리하여 결과를 얻는 것을 의미한다;
• 【합의】는 모든 노드가 실행 결과를 인정하는 것을 의미한다;
• 【다중 저장】은 여러 노드가 동일한 내용을 저장하고 외부에서 읽을 수 있도록 하는 것을 의미한다.

일부 자료에서는 【합의】를 【결제】라고 부르며, 【다중 저장】을 【데이터 가용성】이라고 부르기도 하며, 이러한 용어는 본질적으로 상호 교환 가능하다.

블록 생성 주기는 다음 단계로 구성된다:

• 먼저, 채굴 풀 노드 간에 【작업 증명】을 통해 한 명의 우승자를 선정하여 【실행】 거래 과정을 완료하고 새 블록을 생성한다;
• 【작업 증명】은 무작위 수를 폭력적으로 찾는 데 많은 계산 능력을 소모하며, 이러한 작업은 채굴 풀 내의 채굴기가 수행하며 시간이 오래 걸린다;
• 우승한 채굴 풀 노드는 Gas Price의 높이에 따라 대기 중인 거래 이벤트 중 일부를 선택하여 【실행】하고 결과를 도출한 후, 거래 정보와 결과를 새 블록에 포함시킨다;
• 이후 새 블록은 모든 이더리움 노드에 전파되며, 내용이 검토된다. 구체적으로 말하면, 블록을 검토하는 노드는 내용을 읽고, 그 안의 거래를 다시 실행하여 블록 생성 풀에서 제출한 데이터가 올바른지 확인한다. 이는 【합의】를 실현한다;
• 마지막으로, 새 블록이 검토를 통과하면 노드들은 새 블록을 수록하고 【다중 저장】을 완료한다.

따라서 새 블록은 2000개 이상의 복사본이 되어 이더리움 네트워크의 모든 노드에 저장된다. 더 구체적으로 말하면, 모든 채굴 풀 노드와 모든 전체 노드는 하나의 복사본을 저장한다. 이러한 형태를 통해 이더리움 노드 간에 "일관성"을 거의 실현한다.

（이더리움 노드 수 및 물리적 위치 분류）

결론적으로, 이더리움의 완전한 블록 생성 주기는 【작업 증명】 + 【실행】 + 【합의】 + 【다중 저장】의 4개 단계로 구성된다. 이 중 【작업 증명】과 【합의】 단계가 가장 오랜 시간이 소요된다. 이더리움의 채굴 풀과 전체 노드가 합쳐져 2000개를 초과하므로, 이러한 노드들이 【합의】에 도달하는 데 많은 통신 시간이 발생한다. 반면 【작업 증명】은 유연한 시간 채우기 도구로 설계되었으며, 블록 생성 주기를 약 15초로 안정적으로 유지하기 위한 것이다(현재 블록 생성 주기는 약 13초이다).

왜 블록 생성 주기를 13초로 고정해야 하는가? 이는 보안성과 탈중앙화를 고려한 최적의 해답이다. 이더리움 노드가 많고 물리적 위치가 분산되어 있어, 블록 생성이 너무 빠르면 노드 간 정보 차이가 커져 【합의】를 훼손할 수 있다. 예를 들어, 이더리움 블록 생성 주기를 0.1초로 줄이고 미국과 유럽의 서로 다른 노드에 정보를 전파할 때, 1초의 시차가 존재하면 미국과 유럽의 노드 간에 10개의 블록 정보 차이가 발생하게 된다. 이는 블록체인의 설계 원칙에 위배된다.

（이더리움 노드 물리적 위치 분포）

블록을 강제로 확장하면 서로 다른 노드 간의 정보 차이가 더욱 심화된다. 예를 들어, ETH 블록의 Gas 용량을 10배로 늘리면 각 블록에 포함된 거래 수가 10배로 증가하고, 서로 다른 노드 간에 발생할 수 있는 정보 차이도 10배로 증가한다.

관련 자료에 따르면, 이더리움이 POS 전환을 완료할 때까지 블록 생성 주기는 13초로 안정적으로 유지될 것이며, POS로 전환한 후에도 블록 생성 주기는 1초만 단축되어 12초로 안정될 것이다. 이렇게 계산하면, POS 전환은 이더리움의 TPS를 최대 10% 향상시킬 수 있으며, 이는 미미한 수준이다.

현재 안전성과 탈중앙화 수준이 변하지 않는 전제 하에, ETH의 블록 Gas 용량과 블록 생성 시간은 이론적인 극한에 도달했으며, 더 이상의 최적화 공간이 없다.

OP Rollup 확장 방안

앞서 언급한 바와 같이, 이더리움의 블록 용량과 블록 생성 주기는 큰 변화를 줄 수 없으며, TPS는 기본적으로 20 이하로 유지되고 있으며, 최근 2년간 큰 개선이 없었다.

이에 대해 ETH 공식 외의 확장 방안은 다른 길을 걸어왔다. BSC, Polygon 등은 ETH와 완전히 독립적인 공공 블록체인으로 블록 매개변수를 수정하였다. BSC를 예로 들면, 현재 블록 Gas 용량 상한선은 8000만으로, ETH의 2.7배에 달한다. 동시에 BSC는 합의에 참여하는 노드 수를 20여 개로 줄여 ETH의 1%에 불과하여, 노드 간 합의 도달 시간을 크게 단축시켰고, 블록 생성 주기는 3초로 줄어들었다. 이는 TPS 상한선을 이더리움의 10배 이상으로 높였지만, ETH 네트워크의 "철저한 안전성"과는 완전히 단절되었으며, 탈중앙화 수준도 ETH보다 훨씬 낮다.

（BSC 블록의 평균 Gas 상한선）

Rollup을 대표로 하는 Layer2는 다른 이념을 고수하고 있다. 비록 본질적으로 이더리움 외부의 공공 블록체인이지만, 여전히 이더리움의 보안성에 크게 의존하고 있다. 예를 들어, OP Rollup(Optimistic Rollup)은 Layer2의 블록체인 복사본을 이더리움 메인넷에 압축 저장하며, 동시에:

• Layer2 로컬의 블록 생성 주기는 거래의 【실행】 단계만 남긴다;
• 【작업 증명】이 취소된다;
• 【다중 저장】 기능이 이더리움 네트워크로 이전된다;
• 【합의】 과정은 Layer2의 검증자 노드가 수행하지만, Layer2 로컬의 블록 생성 주기에는 포함되지 않는다.

Optimism의 원리

OP Rollup 방안 중 가장 전형적인 Optimism을 예로 들면, 그 4개의 가장 중요한 모듈은 Sequencer(시퀀서), Verifier(검증자), CTC(거래 체인), SCC(상태 체인)이다. 이 중 Sequencer와 Verifier는 하드웨어 실체를 가진 Layer2 노드이며, 두자는 기본적으로 Layer2의 노드 네트워크를 구성한다. CTC와 SCC는 이더리움에 배포된 계약으로, 이 4개 모듈이 Optimism의 핵심 구조를 형성한다.

Sequencer는 중앙화된 채굴 풀 노드로, Layer2 로컬에서 블록을 생성하는 역할을 한다. Optimism은 【작업 증명】 과정을 폐지하고, 유일한 Sequencer가 채굴자의 역할을 하며, 다른 노드가 【합의】 검증을 즉시 수행하지 않도록 하여 많은 시간을 절약한다. 현재의 Sequencer는 거래를 완료한 후 즉시 블록을 확정할 수 있으며, 로컬 블록 생성 시간은 1초에 불과하여 TPS를 근본적으로 높였다.

하지만 Sequencer는 매우 강한 중앙화 특성을 가지고 있으며, 사실상 이더리움과 독립된 사이드 체인을 생성한다. 【합의】와 【다중 저장】 과정이 없기 때문에 보안 보장이 결여된다. 이 문제를 해결하기 위해, Optimism은 초기 문서에서 Sequencer가 일정량의 자산을 스테이킹해야 한다고 명시했다. 그리고:

• 몇 분마다 Sequencer 노드는 본 지역 블록의 압축 버전을 ETH 메인넷에 저장한다; 이 내용에는 거래 데이터의 요약과 거래 발생 후의 상태 루트(StateRoot)가 포함된다. 이 과정이 Rollup(패킹)이다;
• 거래 데이터의 요약은 ETH의 CTC(거래 체인) 계약에 저장되고, 해당 상태 루트는 SCC(상태 체인) 계약에 저장된다. 이 과정에서 두 개의 거래 이벤트가 발생하며, 이 과정에서 이더리움 시스템은 【다중 저장】 내용을 책임지지만, 정확성을 검증하지 않는다;
• Layer2의 Verifier(검증자)는 Sequencer가 이더리움에 저장한 내용을 자동으로 읽어 검토하며, 이 단계는 이더리움의 【합의】와 유사하다.
• 현재의 Optimism과 Arbitrum은 모두 공식적으로 운영되는 Sequencer 노드에 의해 운영되며, 심각한 중앙화 문제를 안고 있다.

CTC와 SCC는 Optimism 공식이 이더리움에 배포한 계약으로, 두자는 Batch(배치) 구조로 Layer2 거래 데이터의 요약과 각 거래 실행 후 Layer2 상태 트리의 루트 해시 값을 기록한다. 외관상으로 CTC와 SCC는 두 개의 청구서 목록처럼 보인다.

(주: 상태 트리는 체인 상 주소 정보를 기록하는 데이터베이스이다. 상태 트리 루트와 거래 데이터 요약을 얻으면 Layer2 로컬의 블록 내용을 재구성할 수 있다. 일반적으로 SCC 계약에 저장된 Layer2 상태 루트가 더 중요하며, 상태 루트를 얻은 후 거래 데이터와 결합하여 계산하면 Sequencer가 사용자의 주소 잔액을 임의로 수정했는지 알 수 있다.)

Layer2의 Verifier(검증자)는 CTC와 SCC 두 계약의 기록을 자동으로 읽어 Sequencer 로컬의 블록 내용을 최대한 재구성하고 검증한다.

• 만약 Verifier가 Sequencer가 제출한 데이터에 문제가 있다고 발견하면, 의문을 제기(도전)하고 자신이 옳다고 생각하는 버전을 제출할 수 있으며, 도전이 성공하면 CTC와 SCC의 잘못된 데이터를 수정하고 일정량의 토큰 보상을 받을 수 있다;
• Sequencer가 도전에서 성공적으로 도전받으면 불성실한 행동이 확인되며, 일정한 처벌을 받게 되고, 스테이킹한 자산의 일부가 차감된다; 만약 스테이킹 잔액이 정해진 기준 이하로 떨어지면, Sequencer는 강제로 제외되어 더 이상 블록 생성 자격이 없다;
• 이 모든 것이 "사기 증명" 메커니즘으로, Verifier는 Sequencer의 사기 행위를 폭로할 수 있다.
• Verifier와 Sequencer 간의 【합의】는 심각한 지연성을 가진다. 거래가 제출되면 즉시 Sequencer가 실행하지만, Verifier가 상태 루트를 얻고 결과를 최종 검증하는 데는 1시간이 걸릴 수 있다.
• Optimism은 2021년 11월 EVM 동등성 업그레이드를 진행했으며, Sequencer와 Verifier 클라이언트는 구버전 OVM 가상 머신을 폐지하고, 구버전 OVM에 기반한 "사기 증명" 프로그램은 작동할 수 없으며, 새로운 "사기 증명" 프로그램은 아직 출시되지 않았다.

이전 기술 문서에 따르면, Optimism은 도전의 윈도우 시간을 7일로 설정했으며, 7일 이내에 Verifier가 도전을 제기하지 않으면 Sequencer가 발표한 내용이 확정되어 더 이상 수정할 수 없다.

본질적으로 Optimism은 Layer1과 Layer2의 소프트웨어 및 하드웨어 실체로 구성된 크로스 도메인 상호작용 시스템이며, 그 독특한 비즈니스 논리는 이더리움에서 Layer2 블록의 매핑 버전을 구성하는 것이다. 정보를 크로스 도메인으로 전송해야 하므로, Optimism의 Sequencer와 Verifier는 이더리움 클라이언트 Geth의 변종인 L2geth를 실행해야 하며, 이 소프트웨어를 통해 Sequencer는 Layer2와 Layer1 간의 상호작용을 실현할 수 있다.

Optimism의 Gas 메커니즘 및 세부 사항

Gas 비용 문제에 있어, Optimism의 비즈니스 프로세스에는 이더리움에 데이터를 저장하는 단계가 있으므로, 각 거래의 Gas 비용 = Layer1 부분 + Layer2 부분이며, Arbitrum 및 Metis와 같은 다른 OP Rollup 방안도 마찬가지이다.

여기서 Layer2 부분은 주로 Sequencer 노드가 거래를 실행하는 비용과 관련이 있다. Sequencer의 TPS 상한선이 매우 높고 현재 Optimism의 사용자가 적기 때문에, 로컬 Gas Price는 매우 낮다. 계산 공식은 다음과 같다: L2 Gas 비용 = L2 Gas Used × L2 Gas Price.

• OP 공식에 따르면, 한 거래의 Layer2 부분은 0.4%에 불과하며, 나머지 99.6%의 Gas 비용은 Layer1 부분에서 발생한다. ^[1]^
• 이를 간단한 수식으로 변환하면: 0.4% × 실행 비용 + 99.6% × 저장 비용.

거래의 실행 비용이 크게 줄어든 것을 알 수 있다.

따라서 실행 단계가 복잡한 거래(옵션 등)는 Optimism에서 절감할 수 있는 비용이 더 많다. 예를 들어, 이더리움에서 100달러의 옵션 작업이 필요하다면, Optimism에서는 약 1.5달러만 필요하며, 이는 1/60에 해당한다. 이더리움의 일반 전송은 3달러가 필요하지만, Optimism에서는 0.3달러로 1/10에 해당한다.

Layer1 부분의 Gas 비용은 공식 = 비율 계수 × (고정 비용 + 저장 비용)이다. 여기서 고정 비용은 데이터 패킹 및 크로스 도메인 전송 과정에서 발생하며, 저장 비용은 ETH에 데이터를 저장할 때 발생하는 Gas이며, 비율 계수는 Optimism 공식이 설정하며, 주로 ETH 메인넷의 Gas 가격 급등을 방지하기 위해 일부 자금을 남겨두기 위한 것이다.

（Optimism 공식의 수수료 구조 설명）

더 깊이 이해하고 싶다면, Rollup(패킹) 및 저장의 구체적인 단계를 관찰할 수 있다:

• 거래 데이터를 이더리움에 저장하기 전에, Sequencer는 내용을 압축한 후 이 거래를 Batch(배치)로 조합하여 ETH 네트워크 노드에 전송한다.
• 각 Batch는 수백 건의 거래 데이터를 포함할 수 있으며, 블록처럼 작동한다. Batch를 게시하는 시간 주기는 Sequencer가 동적으로 조정하며, 현재 약 3~10분 정도이다.

따라서 Batch를 패킹하고 전송하는 과정에는 반드시 작업량이 소모되며, 이는 일정한 계산 자원을 소모하게 된다. 고정 비용은 이 부분의 비용을 충당할 수 있다. 현재 Optimism에서 각 거래의 고정 비용 Gas는 2100이다. Optimism 공식은 향후 사용자 규모가 확대되고 각 Batch가 수용하는 거래 수가 증가함에 따라 고정 비용이 더욱 하향 조정될 것이라고 밝혔다.

Layer1에 Batch를 저장할 때, Sequencer는 텍스트 데이터 Calldata 형태로 CTC 계약에 Batch 정보를 전달하며, 일반적으로 텍스트 데이터는 저장 용도로만 사용되며, 실행 계산에는 사용되지 않는다. 일반 계약 호출에 비해 이 단계에서 Gas를 대폭 절감할 수 있다.

（Sequencer가 CTC에 전달하는 데이터는 16진수 형태의 문자들이다）

일반적으로 몇 분마다 Sequencer는 CTC에 거래 Batch를 전송하며, 이는 이더리움에서 거래 Batch로 구성된 링크를 구축하는 것과 유사한 경험을 제공한다. 이후 Sequencer는 거래 Batch에 해당하는 상태 루트 Batch를 SCC(상태 체인) 계약에 저장하며, 이 과정은 위에서 언급한 것과 유사하다.

이 과정은 Gas를 소모하며, 구체적인 Gas 소모량은 저장된 내용의 양에 따라 달라진다. 거래 유형에 따라 발생하는 데이터 양이 다르며, 저장 비용도 상이하다.

Optimism의 이론 TPS 상한선은 과연 얼마나 될까?

Optimism의 이론 TPS 상한선을 탐구하기 위해, 우리는 한계 상태를 상상해야 한다:

• Sequencer의 로컬 블록 생성 속도가 이더리움 메인넷보다 훨씬 빠르다면, Layer2 원주율 내용과 Layer1 복사 내용 간에 항상 정보 차이 △가 존재한다. Layer2 사용자가 증가함에 따라 실제 TPS가 급증하고, Layer2와 Layer1 간의 정보 차이 △가 확대될 수 있다;
• Optimism이 이론 TPS 상한선에 가까워질수록, Layer2와 Layer1 간의 매초 정보 차이 △는 매우 커질 수 있다. 따라서 이때 Optimism은 이더리움 메인넷에 데이터를 신속하게 제출해야 하며, 어떤 대가를 치르더라도 데이터를 동기화해야 한다;
• 결국 Sequencer가 발동한 명령은 이더리움 블록의 모든 Gas를 차지하며, 즉 이더리움에서 사용할 수 있는 모든 자원이 Optimism에 의해 사용된다. 각 이더리움 블록에는 Sequencer가 제출한 데이터가 포함된다;
• EIP-1559 이후 각 이더리움 블록의 Gas 상한선이 3000만으로 계산될 경우, Optimism에서 로컬 실행 및 이더리움에 제출하는 것도 가장 간단한 전송 작업이라면, 이때 Optimism의 TPS 상한선은 약 1600에 이를 것이다^【2】^.

（W3.Hitchhiker 팀이 계산한 다양한 Layer2 방안의 이론 TPS 상한선）

결론적으로, Optimism의 TPS 상한선은 최소한 이더리움의 16배에 달한다. 현재 Optimism 사용자가 너무 적은 점을 고려하면, 실제 TPS는 이더리움의 3%에도 미치지 않으며, 그 발전 공간은 최대 500배에 이를 수 있다.

위 내용을 정리하고 실제 조사를 결합하여 다음과 같이 요약할 수 있다:

• Sequencer 노드는 스스로 TPS가 매우 높은 블록체인을 생성하며, 이는 확장의 원천이다. 비록 효율성이 매우 높지만, 그 높은 중앙화로 인해 Sequencer는 악행을 저지르거나 다운될 수 있다;
• 보안성을 강화하기 위해, Optimism은 Sequencer가 일정 자산을 스테이킹하도록 요구하며, Sequencer는 ETH 메인넷에 Layer2 블록의 주요 정보를 공개해야 하며, Verifier는 이를 자동으로 읽어 정확성을 검토한다;
• ETH에 저장된 거래 데이터는 압축된 상태이며, 이더리움 노드는 이러한 거래를 구체적으로 실행하지 않으며 데이터의 정확성을 검증하지 않기 때문에 Gas를 대폭 절감할 수 있다. 현재 Optimism에서 복잡한 옵션 작업을 실행할 경우, Gas 비용은 이더리움의 1%로 낮아질 수 있다.

（Optimism에서의 한 옵션 개설 작업은 단 1.2달러가 소요되며; 이더리움에서는 100달러가 넘는다）

• Verifier와 Sequencer 간의 【합의】는 심각한 지연성을 가진다. 거래가 제출되면 즉시 Sequencer가 실행하지만, Verifier가 상태 루트를 얻고 결과를 최종 검증하는 데는 1시간이 걸릴 수 있다. 지연 시간이 너무 길어 다양한 공격 시나리오가 존재할 수 있으며, 이는 Optimism의 보안에 잠재적인 위협이 된다.

（Optimism의 Sequencer가 Layer1에 업로드한 상태 루트 Batch의 주기가 1시간에 이를 수 있다）

• Verifier가 받는 보상 = 도전 성공 시의 토큰 보상 － 노드 운영 비용. "사기 증명"을 발표하고 도전이 성공하는 것은 예측할 수 없는 사건이며, 확률이 낮기 때문에 Verifier가 받는 보상이 크지 않다. 따라서 이러한 노드의 수가 늘어나기 어렵고, 합의와 보안성은 여전히 이더리움보다 약하다.

앞서 언급한 바와 같이, Verifier를 확장하는 가장 효과적인 방법은 보상을 강화하거나 피어 노드 네트워크를 개방하는 것이다. 아직 토큰을 발행하지 않고 피어 노드를 개방하지 않은 Optimism은 Metis처럼 자체 발행한 토큰으로 검증자를 유도하기 어렵다. 따라서 현재 Optimism은 검증 노드 규모를 확장하고 검증의 시의성을 강화하는 데 있어 상당한 도전에 직면해 있다.

• 주목할 점은 현재 Optimism과 Arbitrum 등의 OP Rollup의 Sequencer 노드는 모두 공식적으로 제공되므로, Sequencer 처벌 메커니즘의 유효성에 대한 논란이 존재한다. 현재 Optimism과 Arbitrum의 보안성은 주로 프로젝트 측의 "신뢰"에 의존하고 있으며, "프로그램 정의" 자체가 아니다;

• 매우 중요한 점은, Optimism이 2021년 11월 EVM 동등성 업그레이드를 진행했으며, Sequencer와 Verifier 클라이언트는 구버전 OVM 가상 머신을 폐지하고, 구버전 OVM에 기반한 "사기 증명" 프로그램은 작동할 수 없으며, 새로운 "사기 증명" 프로그램은 아직 운영되지 않고 있다. 현재 도전 메커니즘은 작동하지 않는다.

결론

현재 Optimism은 뜨거운 관심을 받고 있으며, 큰 발전 가능성과 가치 상승 공간을 보여주고 있지만, 앞서 언급한 바와 같이 여전히 과도한 중앙화 문제에 직면해 있다. Gavin Wood는 "진정한 탈중앙화와 보안은 높은 효율성보다 더 가치가 있다"고 말했다. 사용자가 네트워크 유지 관리에 즉시 참여할 수 없다면, 이른바 Layer2는 전통 금융 플랫폼과 다를 바 없다.

（Gavin Wood는 지난해 Solana의 일시적인 다운에 대해 "진정한 탈중앙화와 보안은 높은 효율성보다 더 가치가 있다. 사용자가 네트워크의 전체 노드를 직접 운영할 수 없다면, 이러한 프로젝트는 전통 은행과 다를 바 없다"고 말했다）

이상적인 서사를 통해 확장 비전을 만들어내는 동시에, 이미 "대형이지만 쓰러지지 않는" Optimism이 어떻게 탈중앙화의 길로 나아가고 "사기 증명" 메커니즘과 다수 Sequencer의 순환 구상을 실현할지는 시간이 증명할 것이다. 하지만 장기적으로 볼 때, 진정한 탈중앙화만이 역사적 풍파 속에서도 굳건히 서 있을 수 있으며, 영원히 존재할 수 있다.

참고 문헌

1. 《The Road to Sub-dollar Transactions Part 1: Slashing Fees by 30%》
2. 《一文了解Layer2的四大解决方案交易成本对比》