StarkWare의 아키텍처와 생태계 분석: 800억 달러의 확장 잠재력

저자: echo_z, 체인 찻집

이더리움의 확장성 경로에서 ZK 롤업은 항상 큰 기대를 받고 있습니다. ZK 롤업은 매우 간결한 증명을 생성할 수 있어, 옵티미스틱 롤업에 비해 체인 상의 저장 요구를 더욱 압축할 수 있습니다. 따라서 더 큰 체인 상의 공간을 해방할 수 있습니다 (L2 배경 지식 전송 문: 《이더리움은 어떻게 변화할 것인가: 합병, 확장 및 L2 경쟁 이해하기》).

비탈릭의 추정에 따르면, ZK 롤업은 이론적으로 메인넷 TPS를 약 100배 향상시킬 수 있으며, 이는 TPS를 약 20배 향상시킬 수 있는 샤딩 솔루션보다 훨씬 뛰어납니다.

출처: https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html

ZK 계열 롤업에는 두 개의 주요 프로젝트가 있습니다. 하나는 스타크웨어(StarkWare), 다른 하나는 ZKSync입니다. 두 프로젝트 모두 강력한 기술력을 가지고 있으며, 테스트넷에서 많은 생태 프로젝트가 있지만, 각각 다른 ZK 롤업 기술을 사용하기 때문에 제품 능력과 진행 상황이 다릅니다.

그 중 스타크웨어는 더 눈에 띄는 자본 배경을 가지고 있습니다: 최근 800억 달러의 평가로 1억 달러의 D 라운드 자금을 조달하여, 4대 주요 롤업 프로젝트 중 1위를 차지했습니다.

주요 L2 프로젝트 개요, 체인 찻집 제작

스타크웨어가 이렇게 자본의 주목을 받을 수 있는 이유는 무엇이며, 그 기술력이 어떤 확장 효과를 실현할 수 있을까요? 체인 찻집은 본문에서 스타크웨어의 구조와 생태를 분석하고, 그 미래 전망을 이해해 보겠습니다.

1. 제품 시스템

스타크웨어의 제품 시스템은 두 부분으로 나뉩니다.

첫 번째는 ToB 서비스인 스타크엑스(StarkEx)로, 각 애플리케이션에 특화된 롤업 기술 서비스를 제공합니다. 2020년부터 이더리움 메인넷에 공식적으로上线되어 상대적으로 성숙한 상태입니다.

두 번째는 범용 L2인 스타크넷(StarkNet)으로, 특정 애플리케이션을 위해 맞춤형 개발을 할 필요 없이 임의의 스마트 계약을 배포할 수 있습니다. 스타크넷은 작년 6월에 테스트넷에上线되었고, 작년 11월에 이더리움 메인넷에上线되었지만, 생태 프로젝트는 여전히 테스트넷에서 운영되고 있습니다.

두 제품이 사용하는 기본 기술은 서로 연결되어 있으며, 스타크엑스는 단일 앱 중심화 운영 방식을 통해 ZK 롤업 기술을 미리 사용한 것이고, 스타크넷은 노드 네트워크 구축의 탈중앙화 작업을 맡고 있습니다.

이하에서는 스타크웨어가 채택한 기본 구조와 두 가지 제품 시스템 하의 실행 차이를 먼저 소개하고, 그 다음 ZK 롤업 외에 스타크웨어의 흥미로운 혁신 포인트를 소개하겠습니다.

1.1 범용 워크플로우

아래 그림은 스타크엑스의 워크플로우로, 스타크넷과 연결되어 있습니다. 이를 개요로 삼아 스타크웨어의 기술 요점을 정리하겠습니다.

출처: https://docs.starkware.co/starkex-v4/overview

1）Applications： 사용자가 앱에 거래 요청을 보냅니다. 앱은 거래 요청을 스타크엑스 서비스 모듈로 전송합니다. 그림의 "Executing"은 무엇을 의미하는지 확실하지 않지만, 일부 프론트엔드 처리 또는 전처리를 의미할 수 있습니다.

2）스타크엑스 서비스： 이 모듈은 거래의 유효성을 검증합니다. 예를 들어, 사용자 신원과 자산이 일치하는지, 사용자 계좌에 충분한 잔액이 있는지, 해당 거래가 이전에 실행된 적이 있는지 등을 확인합니다. 확인 후, 유효한 거래를 충분히 패키징하고 카이로(Cairo) 프로그램을 실행하여 이러한 거래를 수행합니다.

특히 주목할 점은 이 중의 "카이로" 프로그래밍 언어입니다. 이는 스타크웨어가 ZK 롤업이 직면한 공통적인 도전 과제에 대한 해결책입니다: 현재 대부분의 증명 시스템에서는 계산 결과를 특정 도메인의 다항식 방정식으로 변환해야 하며, 문제는 스마트 계약의 실행 결과가 수천 가지이므로 이를 어떻게 검증 가능한 다항식 방정식으로 통합할 수 있는가입니다[1].

스타크웨어의 주요 기여는 카이로라는 튜링 완전 언어를 통해 모든 스마트 계약 계산 결과를 증명 가능한 다항식 방정식으로 변환하여 스마트 계약과 유효성 증명이 호환되도록 한 것입니다.

이 점에서 ZKSync도 독창적인 솔루션을 사용했지만, 스타크웨어와는 각기 다른 선택을 했습니다. 스타크웨어가 채택한 증명 시스템은 STARK로, 스타크웨어 팀이 개발한 증명 시스템입니다. 장점은 단위 공간 내에서 증명할 수 있는 거래가 더 많고, 더 안전하다는 것입니다[2]; 반면 ZKSync는 SNARK 시스템을 사용하며, 이는 상대적으로 성숙한 증명 시스템으로, 장점은 EVM 호환성을 더 쉽게 달성할 수 있다는 것입니다. ZKSync 2.0도 실제로 EVM 호환성을 달성했습니다.

스타크웨어의 원주율 카이로 언어는 STARK 증명 시스템에 매우 친숙하여, STARK 증명 시스템을 활용하기 위해 생성된 언어라고 할 수 있습니다. 그러나 그에 따른 문제는 개발자에게 학습 비용이 높고, 기존의 이더리움 생태계가 직접적으로 이전하기 어렵다는 점입니다. 이를 위해 스타크웨어는 제3자 팀인 네더마인드(Nethermind)와 협력하여 솔리디티(Solidity)에서 카이로로의 컴파일러인 워프(Warp)를 개발하고 있습니다[3].

3）SHARP： 카이로 프로그램 실행이 완료된 후, 결과는 SHARP, 즉 "공유 검증자"(Shared Prover)로 전송됩니다. 이는 스타크웨어가 개발한 프로그램으로, STARK 증명 시스템을 기반으로 카이로 프로그램의 실행 결과를 증명으로 생성하고 L1에 전송하여 L1의 채굴자 노드가 검증 계약을 호출하여 검증합니다.

**4）STARK Verifier와 5）스타크엑스 계약은 L1에 배포된 스마트 계약으로, 전자는 SHARP가 제출한 증명을 검증하고, 후자는 업데이트된 거래 상태와 기타 필요한 정보를 저장합니다. L1의 채굴자 노드가 Verifier를 실행하고 검증이 통과해야만 스타크엑스 서비스 모듈에서 제출된 상태 업데이트가 L1에 의해 수용되어 스타크엑스 계약 내의 거래 상태가 업데이트됩니다. 이를 통해 거래가 완료됩니다.

요약하자면, 가장 핵심적인 모듈은 스타크엑스 서비스와 SHARP입니다. 스타크엑스 서비스는 거래의 유효성 검증, 패키징, 카이로 프로그램 실행을 수행한 후, SHARP에 증명을 생성하도록 제출하고, 마지막으로 증명을 L1의 스마트 계약에 제출하여 L1 노드가 검증할 수 있도록 합니다.

카이로 프로그램과 SHARP 증명 시스템은 스타크웨어의 핵심 기술을 구성하며, 전체 기술은 스타크웨어가 자체 개발한 STARK 증명 시스템을 기반으로 하여 증명량이 많고 더 안전한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 STARK에 적응하기 위해 카이로 언어는 EVM과 자연스럽게 호환되지 않으며, 개발자에게는 높은 학습 비용이 요구됩니다.

그렇다면, 위의 워크플로우에서 각 단계는 어떤 역할에 의해 수행될까요? 1.2와 1.3 절에서 이에 대해 자세히 설명하겠습니다.

1.2 스타크엑스 구조 및 데이터 가용성

스타크엑스에서 모든 오프체인 작업, 즉 거래 패키징, 카이로 프로그램 호출, 증명 생성은 각 애플리케이션이 직접 수행하며, 완전히 중앙화된 운영 방식입니다. 또한 스타크엑스는 맞춤형 ToB 서비스로, 각 애플리케이션에 대해 특화된 ZK 회로를 제공하여 운영 성능을 강화하므로, 스타크엑스 엔진을 사용하는 프로젝트는 매우 높은 TPS를 달성할 수 있습니다.

스타크엑스는 또한 두 가지 데이터 가용성 모드를 제공합니다: ZK 롤업과 발리디움(Validium), 각 애플리케이션이 선택할 수 있습니다.

데이터 가용성은 블록체인 환경에서 매우 중요합니다. 이는 체인 상의 노드가 각 거래 실행의 모든 관련 데이터를 (예: 거래 지시) 얻을 수 있는지를 의미합니다. 만약 거래 결과만 얻을 수 있고 실행 과정 데이터가 없다면, 해당 거래의 유효성을 체인 상에서 검증할 수 없으며, 단 하나의 거래 데이터 유효성에 문제가 생기면 전체 체인의 거래 역사에 위험이 존재합니다. 여러 Layer2가 선택하는 주요 포인트 중 하나는 체인 상에 얼마나 많은 데이터를 저장할 것인가이며, 이는 서로 다른 보안성을 형성합니다.

아래 그림은 네 가지 주요 L2 모드와 그에 해당하는 증명 시스템 및 데이터 가용성 솔루션입니다. ZK 롤업과 발리디움 모두 유효성 증명(Validity Proof)을 사용하지만, 차이는 전체 데이터가 체인 상에 저장되는지 또는 오프체인에 저장되는지에 있습니다.

출처: https://twitter.com/vitalikbuterin/status/1267455602764251138

발리디움 모드에서는 업데이트된 상태만 L1에 전송됩니다. L1 노드는 체인 상의 데이터를 통해 전체 거래 역사를 복원할 수 없습니다. 이 모드에서는 거래의 전체 실행 데이터가 SHARP에 의해 오프체인의 "데이터 가용성 위원회"(The Data Availability Committee)로 전송됩니다. 이는 ConsenSys, Infura, Nethermind, Cephalopod, Iqlusion 및 스타크웨어로 구성된 중앙화된 위원회로, 오프체인 데이터를 수집하고 검증하며, 이후 서명을 L1에 전송합니다. L1의 노드는 서명을 검증하여 체인 상의 상태 업데이트를 확인합니다[4]. 발리디움 모드는 보안을 희생하여 더 효율적인 저장 공간을 확보하며, 사용자는 해당 위원회를 신뢰해야 합니다.

반면 ZK 롤업 모드에서는 새로운 상태 외에도 상태 변화 전후의 차이를 함께 체인 상에 전송하여, L1 노드는 체인 상의 데이터를 이용해 전체 거래 역사를 복원할 수 있어 가장 높은 보안 수준의 롤업을 실현합니다.

현재 스타크엑스를 사용하는 네 개의 프로젝트 중, 오직 dydx만이 ZK 롤업의 데이터 가용성 모드를 채택하고 있으며, 나머지 세 개의 프로젝트는 발리디움 모드를 사용하고 있습니다.

출처: https://l2beat.com/

1.3 스타크넷 구조 및 성숙도

스타크넷은 스타크엑스에 비해 가장 주요한 구조 변화가, 오프체인 작업이 애플리케이션에서 채굴자로 이전되었다는 점입니다.

오프체인 작업은 두 부분으로 나뉩니다. 하나는 스타크엑스 서비스가 수행하는 거래 유효성 검증, 거래 패키징, 카이로 프로그램 실행 작업이며, 스타크넷에서는 실행자가 시퀀서(Sequencer)입니다. 두 번째는 SHARP가 수행하는 증명 생성 작업으로, 스타크넷에서는 독립적인 프로버(Prover)가 있습니다.

시퀀서+프로버는 ETH 네트워크의 채굴자와 같습니다. 거래 풀에서 거래를 선택하고, 거래를 실행하며, 증명을 생성하는 과정을 완료하여 스타크넷의 블록을 생성합니다. 시퀀서와 프로버의 역할이 통합될지 분리될지는 공식적으로 제시된 바가 없습니다. 여기에는 복잡한 문제가 있습니다: 프로버가 증명을 제공하는 데 필요한 시간은 시퀀서가 블록을 생성하는 데 필요한 시간보다 훨씬 길기 때문에, 블록 생성과 증명 생성 사이에 수 시간의 시간 차이가 발생합니다. 이 시간 차이 문제를 해결하기 위한 분업 활용이 큰 난제가 될 것입니다[5].

출처: https://www.youtube.com/watch?v=wFZ_YIetK1o

범용 L2로서 스타크넷의 응용 분야는 스타크엑스보다 넓지만, 제품 자체로서의 성숙도는 아직 부족합니다.

첫째, 스타크넷의 성능이 충분하지 않습니다. 이는 스타크넷이 ZK 범용 회로를 처리해야 하는 반면, 스타크엑스는 각 애플리케이션에 맞춤형으로 개발된 회로를 처리하기 때문입니다. 스타크넷이 처리하는 문제의 복잡도는 스타크엑스보다 훨씬 높습니다.

공식적으로 스타크넷의 TPS 데이터는 발표되지 않았지만, 블록 탐색기를 통해 볼 때, 메인넷(왼쪽)이나 테스트넷(오른쪽) 모두 대략 시간당 300~400건 또는 분당 15건의 거래를 처리할 수 있으며, TPS는 0.1~0.25에 불과합니다. 물론 이 숫자는 사용자 수가 적기 때문일 수도 있지만, 전체 TPS가 높지 않은 것은 현재 상황으로 보입니다.

출처: https://voyager.online/；https://goerli.voyager.online/

둘째, 스타크넷은 아직 탈중앙화를 이루지 못했습니다. 현재 시퀀서와 프로버는 스타크웨어 공식 팀이 운영하고 있으며, 탈중앙화된 채굴자 노드가 구축되지 않았습니다. 그러나 이 점에서 옵티미스틱과 아비트럼도 중앙화된 시퀀서 노드로 운영되고 있어, L2가 직면한 공통적인 문제입니다.

공식은 2월에 블로그를 발표하여 스타크넷이 현재 사용 가능성(Usability)을 달성했으며, 다음 목표는 성능(Performance)을 향상시키고 탈중앙화(Decentralization)를 이루는 것이라고 밝혔습니다. 성능 측면에서는 2022년 하반기에 ETH보다 한 단계 높은 TPS를 달성할 계획입니다[6].

1.4 미래 구상

STARK 증명 시스템을 기반으로 한 확장 솔루션 외에도 스타크웨어는 여러 다른 혁신을 구상했습니다. 예를 들어, 여러 L2의 LP 풀에서 토큰을 교환하여 유동성을 강화하는 크로스 L2 공동 LP 풀입니다. 그러나 이렇게 할 경우 무상 손실의 위험이 증가하므로 이상적인 솔루션이 아닐 수 있습니다[7].

하지만 스타크웨어는 매우 장대한 미래를 보여주는 설계 구상을 가지고 있습니다: L3(또는 Ln)를 통해 프랙탈 레이어링(Fractal Layering)을 실현하는 것입니다. 간단히 말해, 스타크넷에서 프랙탈 디자인을 사용하여 ZK 롤업을 단계적으로 구성하여 성능을 두 배로 늘리는 것입니다. 또한 공식 미디엄에 따르면, 미래 스타크엑스도 스타크넷으로 이전될 것입니다. 이는 L3로서 다른 프로토콜에 서비스를 제공할 것입니다.

출처: https://medium.com/starkware/dydx-now-on-mainnet-c21c84d8e342

Ln의 프랙탈 레이어링 디자인이 실제로 구현된다면, TPS의 향상은 최소 100배로 계산될 것이며, 이더리움은 더 이상 샤딩이 필요하지 않을 수도 있습니다. 물론 이러한 구상은 여러 가지 난제를 직면할 것이며, 예를 들어 L2에서 증명을 생성하는 데 지연이 발생하고, 레이어링의 지연이 더 심각할지, 이를 어떻게 처리할지, 각 레이어의 보안을 어떻게 보장할지 등이 있습니다. 프랙탈 레이어링의 구현은 아마도 아직 멀리 있는 일입니다.

2. 생태 운영

ToB 서비스 측에서 스타크엑스가 제공하는 서비스는 비교적 성숙하여 현재 TVL은 약 10억 달러이며, 그 중 dYdX가 95% 이상을 차지합니다.

출처: https://starkware.co/starkex/；https://l2beat.com/

ToC 서비스 L2 측에서는 현재 TVL 등의 데이터가 없지만, 스타크웨어가 매우 강한 생태적 매력을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 공식은 60개 이상의 프로젝트가 구축 중임을 수집했으며, 그 중 Defi, 게임 및 NFT가 주를 이루고 있습니다.

출처: https://starkware.notion.site/Projects-Building-on-StarkNet-a33dee55778a4515a9be9bdae02ee682

주목할 점은 AAVE와 메이커(Maker)라는 두 개의 유명 프로젝트도 스타크넷에 배포될 것이라는 점입니다. 2주 전, 메이커는 DAI의 메인넷과 스타크넷 간의 전송을 이미上线했습니다. AAVE는 최근 커뮤니티 내에서 6월에 첫 번째 단계의 배포를 완료할 예정이라고 발표했습니다[8].

성숙한 Defi 프로젝트 외에도, 새로운 프로젝트 중에서 비교적 유명한 것은 제디스왑(Jediswap)으로, 수수료 없는 거래를 실현할 수 있다고 주장하며, 트위터에서 약 10k의 팔로워를 보유하고 있습니다.

팀은 게임 개발에도 상당히 중점을 두고 있으며, 핵심 논리는 스타크넷이 큰 계산량을 수용할 수 있어 우수한 게임 개발에 매우 유리하다는 것입니다[9]. 현재 @LootRealms, @TheDopeWars와 같은 상대적으로 복잡한 게임이 출시를 준비 중이며, @briqNFT와 같은 상대적으로 간단한 게임도 사용 가능해졌습니다. 이는 사용자가 자유롭게 픽셀 이미지를 그리고 NFT를 생성할 수 있는 프로젝트입니다.

또한 생태계에는 스타크넷의 원주율 지갑인 아르헨트 X(Argent X)와 솔리디티를 카이로 언어로 변환하는 개발 도구인 워프(Warp) 등이 포함되어 있습니다.

3. 팀 및 자금 조달

스타크웨어는 이스라엘 출신의 팀으로, 강력한 학문적 및 기술적 배경을 가지고 있으며, 핵심 팀은 엔지니어가 많고 총 4명의 파트너가 있습니다.

공동 창립자이자 의장인 엘리 벤-사손(Eli Ben-Sasson)은 2001년 히브리 대학교에서 이론 컴퓨터 과학 박사 학위를 받았으며, 암호학과 제로 지식 증명을 전공했습니다. 그는 STARK 증명 시스템의 발명자 중 한 명으로, 여러 암호 프로젝트의 설립에 참여했으며, 그 중 Zcash도 포함됩니다. 스타크웨어를 공동 설립하기 전에 엘리는 이스라엘 공과대학교에서 컴퓨터 과학 정교수로 재직했습니다.

공동 창립자이자 CEO인 우리 콜로드니(Uri Kolodny)는 히브리 대학교에서 컴퓨터 과학 학사 학위를, MIT 슬론(MIT Sloan)에서 MBA를 취득했습니다. 우리 는 연속 창업자로, 의료 기기 회사인 OmniGuide, 빅데이터 시각화 개발 도구인 Mondria 등 여러 기술 회사를 공동 설립했습니다. 이전에 그는 두 개의 이스라엘 VC에서 EIR(상주 예비 창업자)로 활동했으며, 맥킨지 분석가로도 일했습니다.

공동 창립자이자 수석 아키텍트인 마이클 리아브제프(Michael Riabzev) 박사는 엘리 벤-사손의 제자이며, ZK-STARK 프로토콜의 공동 발명자입니다.

마지막 공동 창립자이자 수석 과학자인 알레산드로 키에사(Alessandro Chiesa)는 엘리 벤-사손과 함께 Zcash를 공동 설립했으며, UC 버클리 컴퓨터 과학과에서 교수로 재직 중입니다.

스타크웨어는 또한 매우 강력한 자본 지원을 받고 있습니다. 방금 지난 5월, 스타크웨어는 800억 달러의 평가로 1억 달러의 D 라운드 자금을 조달했다고 발표했습니다. 현재까지 스타크웨어는 총 2.73억 달러의 자금을 조달했으며, 투자자는 Coatue, Greenoaks Capital, Sequoia, Paradigm, 3Arrows, Alameda Research, Ethereum Foundation 등으로, 이더리움 커뮤니티의 지원을 받을 뿐만 아니라 자본의 큰 주목을 받고 있습니다.

4. 장점 및 도전 과제

스타크웨어는 매우 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다:

1）창립 팀은 Zcash에서 이어져 강력한 학문적 및 기술적 배경과 성공적인 암호 분야 창업 경험을 가지고 있어 매우 드문 스타 팀입니다;

2）확장 잠재력이 크며, STARK 기반의 증명 시스템은 체인 상의 정보를 최대한 압축할 수 있어, 이 점에서 ZKSync 및 OP 계열 선수들을 초월하며, 핵심 기술이 모두 자체 개발되어 기술에 대한 통제력이 강합니다;

3）우수한 평판은 생태계 구축에도 유리하며, 현재 AAVE, Maker와 같은 성숙한 프로젝트를 유치하고 있어 개발자에게 강한 호소력을 가지고 있습니다.

스타크웨어가 직면한 주요 도전 과제는 다음과 같습니다:

1）EVM 호환성을 이루지 못해 개발자에게 높은 진입 장벽이 있으며, 이는 ZKSync와의 주요 차이점입니다. 이 점에서 제3자 팀인 네더마인드가 솔리디티에서 카이로로의 컴파일러인 워프를 개발하고 있어, 생태 발전 속도에 중요한 변수가 될 것입니다;

2）현재 스타크넷의 시퀀서는 여전히 팀에 의해 중앙화된 운영을 하고 있으며, 탈중앙화를 이루면서 안전성을 보장하는 것이 큰 난제가 될 것입니다. 이 문제는 아비트럼, 옵티미즘 등 상대적으로 성숙한 L2 프로젝트에도 동일하게 적용되며, 두 프로젝트의 시퀀서도 중앙화된 방식으로 운영되고 있습니다. 스타크넷의 경우 거래 선택 및 블록 생성 외에도 증명 생성을 담당하는 프로버 역할이 있으며, 후자는 전자보다 지연이 발생할 수 있어 이 문제가 더욱 복잡할 것입니다.

스타크웨어는 아직 토큰을 발행하지 않았음에도 불구하고 800억 달러의 높은 평가를 달성했습니다. 반면 옵티미즘의 현재 FDV는 약 25억 달러로, 약세장에서는 스타크웨어의 토큰 가격이 역전될 가능성도 배제할 수 없습니다. 이는 스타크웨어가 토큰 발행에 대해 더욱 신중해질 수 있는 이유가 될 수 있으며, 팀은 자금이 풍부하고 ZK 롤업의 수수료가 자연스럽게 낮기 때문에 재정 문제는 OP 계열보다 덜 두드러질 것입니다. 물론 2차 시장의 소액 투자자에게는 좋은 진입 기회를 제공할 수 있습니다.