왜 제로 지식 증명을 사용하여 크로스 체인 프로토콜을 개발해야 할까요?

저자: 강수跃, Fox Tech 창립자, 단양 투자 회장

사용자에게 필요한 크로스 체인 서비스

지난 몇 년 동안 다양한 독립 공공 블록체인과 이더리움 Layer 2가 등장했습니다. 보안성, 저비용, 빠른 거래, 개발자 및 사용자 커뮤니티의 차이 등 여러 측면에서 각 체인은 고유한 장점을 가지고 있으며, 사용자가 서로 다른 체인 간에 전환하여 사용하는 행동은 매우 흔합니다. 이더리움 체인보다 Layer 2 및 다른 독립 공공 블록체인에서의 수수료가 더 저렴하고 거래 속도도 더 빠릅니다. 따라서 사용자는 거래 비용을 줄이거나 다른 체인에서 더 우수하거나 독특한 애플리케이션을 사용하기 위해 크로스 체인 브리지를 사용해야 합니다.

크로스 체인 브리지를 "현금 수송차"에 비유한다면, 현금 수송차가 도난당할 위험이 있든 없든, 어떤 수단으로 도난당하든 간에, 현금 수송차 자체는 강력한 방어 능력을 가져야 하며, 어떤 보안 문제도 없어야 합니다. 현금 수송차는 설계, 생산, 제조 단계에서 문제가 없어야 하며, 운송 단계에서도 문제가 없어야 하고, 발송 및 수신 단계에서도 문제가 없어야 합니다. 현재의 크로스 체인 브리지 솔루션은 구조 설계 문제, 코드 결함 문제, 또는 프로토콜 자체가 송수신 및 중계 단계에서 특정 신뢰 가정에 의존하는 경우가 많습니다. 이러한 문제들은 크로스 체인 브리지의 보안성을 크게 저하시킵니다.

크로스 체인 브리지는 여러 공공 블록체인 간의 유동성 단절 문제를 해결하는 다리로서, 자산의 크로스 체인 전송에 매우 중요한 솔루션입니다. 그러나 사용자가 크로스 체인 기술에 대한 요구는 자산의 크로스 체인에만 국한되지 않습니다. 자산의 크로스 체인은 사실 크로스 체인 프로토콜의 DeFi 분야에서의 하나의 응용일 뿐입니다. 두 개의 전혀 다른 네트워크가 크로스 체인 프로토콜을 통해 상호 운용성을 가지게 되며, 이러한 상호 운용성은 독립 플랫폼 간의 토큰 상호 전송을 실현할 뿐만 아니라 대용량 파일 및 데이터 패킷의 체인 간 통신도 필요로 합니다.

Web3.0 다중 체인 생태계에서 사용자는 사실 하나의 애플리케이션을 통해 모든 주요 공공 블록체인과 자산 및 데이터의 상호 작용을 원활하게 하고 싶어합니다. 상호 작용 과정에서 사용자는 지갑과 네트워크를 자주 전환하고 싶어하지 않습니다.

"일강다약" 공공 블록체인 구도에서 사용자가 필요로 하는 것은 더 안전하고, 더 범용적이며, 더 친숙한 체인 간 통신 프로토콜입니다.

어떤 크로스 체인 통신 방식이 있는가

네이티브 검증 방식

네이티브 검증은 소스 체인과 목표 체인의 가상 머신에서 경량 클라이언트를 실행하고 중계기를 통해 체인 간 통신을 수행하는 방식입니다. 이 방식의 특징은 여러 공공 블록체인 간의 중간 체인을 운영할 필요가 없다는 것입니다. Way Network와 같이 제로 지식 증명을 사용하면 LayerZero에서 요구하는 신뢰 가정을 배제할 수 있습니다.

그림 1: 네이티브 검증 방식

외부 검증 방식

외부 검증은 하나 이상의 검증자가 필요하며, 이들은 소스 체인의 특정 주소를 모니터링해야 합니다. 사용자가 특정 주소로 자산을 전송하면 해당 자산은 임시로 잠금됩니다. 제3자 검증자가 이 정보를 검증하고 합의에 도달해야 합니다. 합의에 도달하면 해당 자산이 목표 체인에서 생성됩니다.

이 통신 방식의 단점은 "신뢰 가정"이 존재하며, "단일 실패" 또는 "부분 실패"로 인해 자산이 도난당할 수 있는 위험이 있다는 것입니다.

그림 2: 외부 검증 방식

로컬 검증 방식

로컬 검증은 부분 검증 방식으로, 피어 투 피어 유동성 네트워크입니다. 각 노드는 자체적으로 "라우터" 역할을 하며, 라우터는 파생 자산이 아닌 목표 체인의 원래 자산을 제공합니다.

이 방식의 단점은 "범용성"을 실현할 수 없으며, 자산의 크로스 체인 전송에만 사용할 수 있고, 일반 정보와 데이터의 체인 간 전송에는 사용할 수 없다는 것입니다.

그림 3: 로컬 검증 방식

업스트림 체인 방식

업스트림 체인은 dApp이 자신의 체인에 스마트 계약을 배포해야 하며, 그래야 메시지가 복제되어 다른 Layer 1 공공 블록체인으로 전송되어 상태 업데이트가 이루어집니다.

이 방식의 단점은 주로 상업적 운영 측면에서 나타나며, 이 체인은 모든 1층 체인과 경쟁하게 되며 협력하지 않게 됩니다. 서로가 dApp을 자신의 체인에 배포하기 위해 경쟁하기 때문입니다.

그림 4: 업스트림 체인 방식

왜 zkRelayer가 체인 간 통신의 열쇠인가

우수한 체인 간 통신 솔루션은 다음과 같은 장점을 가져야 합니다:

• 신뢰 가정 없음, 안전함, 즉 Trustless, Secure

• 허가 없음, 탈중앙화, 즉 Permissionless, Decentralized

• 범용성, 즉 General, Universal

• 확장 가능성, 즉 Extensible

• 빠르고 저비용, 즉 Efficient, Low Cost

이러한 장점은 모든 크로스 체인 솔루션이 갖추고 있는 것은 아니며, 각 장점의 중요도는 다를 수 있습니다. 사용자는 느린 크로스 체인 서비스나 높은 크로스 체인 비용을 감수할 수 있으며, 반드시 다양한 데이터 형식의 크로스 체인 전송을 즉시 수행해야 하는 것은 아닙니다. 그러나 첫 번째 장점인 Trustless는 확실히 긴급하고 중요합니다. 초기 외부 검증 방식은 한 체인이 다른 공공 블록체인의 통신 문제를 해결하기 위해 사용되었으며, 방법론적 관점에서 볼 때 이는 다소 비효율적인 방식으로, EVM과 Non-EVM, POW와 POS 간의 체인 간 통신 문제를 해결하기 어렵습니다. 동시에 중간 체인은 단일 중앙화 도구이며 "자기 증명"이 어렵습니다. 즉, 외부 검증 방식은 탈중앙화 보안(Decentralized Security)과 신뢰 없는 보안(Trustless Security) 모두를 갖추고 있지 않습니다.

네이티브 검증에서 LayerZero와 Hyperlane은 주로 송신자(Sender)와 수신자(Receiver) 두 클라이언트의 역할을 강조하고, 중계자(Relayer)와 오라클(Oracle)의 역할을 약화합니다. 여기에는 다음과 같은 몇 가지 문제가 있습니다: 첫째, 사용자는 중계자와 오라클이 공모하여 악행을 저지르지 않을 것이라고 믿어야 합니다; 둘째, 사용자는 프로토콜 자체가 중계 단계에서 악행을 저지르지 않을 것이라고 믿어야 합니다. 즉, 현재 모든 솔루션에서 Trustless Security를 실현할 수 없습니다. 단일 실패와 부분 실패는 언제 터질지 모르는 폭탄과 같으며, 본질적으로 결함이 있는 크로스 체인 통신 솔루션에 설치되어 있습니다.

zkRelayer는 Way Network에서 제안한 체인 간 통신 제로 지식 증명 중계기로, 사용자가 어떤 외부 제3자도 믿을 필요가 없으며, 프로토콜 자체도 믿을 필요가 없다는 장점이 있습니다. 수학과 암호학의 증명 과정이 완전하고 정확하기만 하면 이 시스템은 대중에게 수용될 수 있습니다. 주목할 점은, 여기서 본질적인 변화가 발생했으며, 사용자가 믿는 것은 "진리"이지, 어떤 사람이나 조직이 아닙니다. 사람이나 조직은 실수를 하거나 악행을 저지를 수 있지만, 진리는 그렇지 않습니다. 전체 과정에서 Chain A → Sender → zkRelayer → ZK Verifier → Receiver → Chain B의 흐름 속에서, zkRelayer의 위치는 송신자와 수신자라는 두 경량 클라이언트를 초월하여 전체 솔루션의 핵심이 될 것입니다.

zkRelayer의 핵심 구성 요소는 ZK Prover와 메시지 집계기(Message Aggregator)입니다. Way Network의 ZK Prover가 사용하는 제로 지식 증명 방법은 Fox Tech에서 제안한 ZK-FOAKS로, 매우 빠르며 Recursive와 Trustless 두 가지 특성을 가지고 있습니다. 그 선형 증명 시간과 아선형 검증 시간은 이론적 하한에 도달했습니다. ZK-FOAKS가 체인 간 통신의 중계자에 사용되면 전체 통신이 Trustless, Efficient 및 Low Cost를 보장합니다.

zkRelayer는 체인 간 통신의 열쇠입니다. zkRelayer의 지원으로 체인 간 통신은 새로운 장을 열게 될 것입니다.

그림 5: Way Network의 범용 체인 간 통신 아키텍처