zkRollup에 비해 Layer0 트랙의 zkOmnichain이 더 주목할 만하다

강수跃
2023-02-14 14:36:39
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기반 제로 지식 증명의 전 체인 상호 운용성 프로토콜 zkOmnichain은 블록체인과 Web3의 성배로, 그 중요성이 남다릅니다.

저자: 강수跃, Fox Tech 및 Way Network 창립자, 단양 투자 회장

서문: zkRollup은 Layer2 트랙에 속하며, 이더리움의 혼잡 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. zkOmnichain은 Layer0 트랙에 속하며, 전체 Web3 네트워크를 구축하는 것을 목표로 합니다. 그러나 이더리움 시스템의 영향력이 크기 때문에 사람들의 관심은 zkRollup에 집중되고 zkOmnichain은 간과되고 있습니다.

이더리움 자체의 시장 점유율이 70% 이상을 오랫동안 유지할 수 있다면, Omnichain 자체는 허구의 개념이 될 것입니다. 그러나 이더리움이 70%의 시장 점유율을 영원히 유지할 수는 없습니다. 아래 그림은 2020년 8월부터 2023년 2월까지 이더리움 TVL 점유율의 추세입니다. 이더리움의 최신 시장 점유율은 59.24%입니다. Web3의 체인 레이어 인프라는 오랫동안 "하나의 강자와 다수의 강자"의 구도를 유지할 것이며, 이더리움 자체의 기술 업그레이드가 계속 이루어질 것입니다. 그러나 zkRollup, opRollup과 같은 이더리움 Layer2가 Layer1의 트래픽을 흡수하고, BNB 체인, Polygon과 같은 도전자의 강력한 성장, Atpos, Sui와 같은 새로운 공공 체인의 급속한 부상, Cosmos 시스템의 불꽃이 번지는 상황에서, 우리는 2025년 이후 이더리움의 시장 점유율이 오랫동안 50% 이하로 떨어지는 것을 보게 될 것입니다.

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그림 1: 2020년 8월부터 2023년 2월까지 이더리움 TVL 점유율, 데이터 출처: defillama

2020년 DeFi 여름 이후 거의 모든 애플리케이션은 가장 원시적인 각 체인을 개별적으로 배포하여 다중 체인 상태를 구현했습니다. 이러한 간단하고 거친 방식은 개발자에게 배포 및 운영에서 상당한 문제를 야기할 뿐만 아니라, 유동성이 각 체인에서 심각하게 단절되고 동일한 토큰 간의 가격 차이가 크게 발생하는 두 가지 문제를 초래합니다.

애플리케이션이 전체 체인 커버리지를 구현하는 경로는 위의 원시적인 방식 외에도 다음 세 가지 주요 경로가 있습니다: 첫 번째 경로는 첫 번째 세대 크로스 체인 제품의 일반적인 경로로, 애플리케이션이 중간 합의 프로토콜을 통해 시작 체인과 목표 체인 간의 상호 작용을 수행하는 것입니다. 애플리케이션은 일반적으로 이 중간 체인에 배포되지 않으며, 대표적인 예로는 독립적인 시스템인 Cosmos, Polkadot, 그리고 Multichain, Celer, Wormhole, Thorchain, Axelar가 있습니다. 두 번째 경로는 Optimistic 메커니즘을 통해 나머지 체인과의 상호 작용을 완료하는 것입니다. 이 경로의 세부적인 대표로는 Optimistic Verification 및 Fraud Proofs를 사용하는 Synapse, Nomad, Hyperlane, Optimistic Oracle 및 None Proofs를 사용하는 LayerZero, Across가 있습니다. 세 번째 경로는 애플리케이션이 제로 지식 증명 기반의 전체 체인 상호 작용 프로토콜 zkOmnichain을 통해 나머지 체인과 상호 작용하는 것입니다. 대표적인 예로는 Cosmos 시스템에서 나온 Electron, Polymer, Succinct, NFT 크로스 체인에 집중하는 Overearlity, 그리고 일반 솔루션을 제공하는 Way Network가 있습니다.

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그림 2: 역대 크로스 체인 프로토콜 비교

마지막으로 또 다른 경로는 애플리케이션이 새로운 스마트 계약 공공 체인에 배포된 후, 이 체인을 통해 나머지 체인과 상호 작용하는 것입니다. 대표적인 예로는 ZetaChain과 Map Protocol이 있습니다. 이는 개발 및 운영이 매우 무거운 경로입니다. 먼저 첫 번째 세대 제품과 마찬가지로 EVM 공공 체인 간의 이종 체인 간의 장부 정렬 문제를 해결해야 하며, 둘째로 기존 스마트 계약 공공 체인과 기능이 중복되기 때문에 반드시 이들과 직접 경쟁하여 애플리케이션 자원을 확보해야 합니다. 그러나 어떤 경로를 선택하든, 모두 동일한 작업을 수행하고 있습니다. 즉, 단일 체인 애플리케이션을 전체 체인 애플리케이션으로 전환하는 것입니다.

첫 번째 세대 중간 체인(합의 프로토콜) 모델은 검증 노드가 많으면 느려지고, 적으면 안전하지 않으며, 노드 운영이 특히 무겁기 때문에 Web3 Network Fabric의 중책을 맡기 어렵습니다. 이렇게 되면 우리는 비중간 체인(합의 프로토콜) 모델에 주목할 수밖에 없으며, 두 번째 세대 제품 모델인 opOmnichain과 세 번째 세대 제품 모델인 zkOmnichain을 중점적으로 살펴봐야 합니다.

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그림 3: OP와 ZK 전체 체인 상호 작용 프로토콜 비교

전체 체인 상호 작용 프로토콜 Layer0 트랙은 이더리움 확장 솔루션 Layer2 트랙과 마찬가지로 OP와 ZK 두 가지 주요 솔루션으로 형성되었습니다. 먼저 OP 솔루션 내의 Optimistic Oracle 하위 모델을 살펴보겠습니다. 이 모델의 LayerZero는 Chainlink 오라클을 사용하며, Chainlink 프로젝트 팀은 자체 크로스 체인 상호 작용 프로토콜(Cross-Chain Interoperability Protocol, CCIP)을 보유하고 있어 두 프로젝트 팀은 협력하면서도 경쟁하고 있습니다. Across는 UMA를 오라클로 사용하며, UMA와 Across는 동일한 팀의 두 프로젝트입니다.

이러한 솔루션은 진정한 의미의 탈중앙화를 실현할 수 없으며, 공유 보안(Shared Security)을 갖추고 있지 않습니다. 공유 보안은 주어진 인프라에서 실행되는 특정 토큰이나 애플리케이션이 보안 모델을 자유롭게 선택할 수 없고, 인프라에서 제공하는 모든 보안 요구 사항을 준수해야 함을 의미합니다. 모든 Layer1, Layer2는 공유 보안을 갖추고 있으며, Layer0도 공유 보안을 갖추어야 하며, 고립된 보안(Isolated Security)이 되어서는 안 됩니다. 그래야만 최종 사용자에게 어떤 애플리케이션을 사용하든지 간에 통합된 기본 보안 보장을 제공할 수 있습니다. 인프라에서 "기본"이라는 단어가 바로 이 의미입니다.

또한, 위의 Optimistic Oracle은 엄격한 신뢰 가정을 가지고 있으며, 최종 사용자는 오라클이 임의로 검증하지 않을 것이라고 믿어야 합니다. 이 경우 오라클은 해당 모델에서 제3의 신뢰된 당사자가 됩니다. 사용자는 오라클과 리레이터가 공모하여 사용자 자산을 탈취하지 않을 것이라고 믿어야 합니다. 그리고 이러한 솔루션은 어떠한 사기 증명(Fraud Proofs)이나 유효성 증명(Validity Proofs)도 생성하지 않으며, 체인 상 검증(Proofs)이라는 개념도 없습니다. 이러한 여러 결점과 문제는 L2BEAT, Nomad, Way Network 등 팀이 여러 번 언급한 바 있으며, 여기서는 더 이상 논의하지 않겠습니다.

이제 OP 솔루션 내의 Optimistic Verification 하위 모델을 살펴보겠습니다. 이 모델은 위의 Optimistic Oracle보다 더 엄격하고 신중하며, 사기 증명(Fraud Proofs)을 생성합니다. 메시지는 원본 체인에서 낙관적으로 서명되며, 체인 외부의 검증자로 구성된 네트워크가 강제 집행되는 낙관적 창 기간(Optimistic Window, Timeout Period) 내에 목표 체인에 사기 증명을 제출하는 책임을 집니다. 이 창 기간 내에 사기 메시지는 도전받을 수 있습니다. 오류가 발견되면 검증자는 메시지를 확인하고 부정하고 사기 거래를 금지할 수 있습니다. 첫 번째 세대 제품의 외부 검증 네트워크가 정직한 다수 가정에 의존하는 것과 달리, 낙관적 검증은 단일 정직한 검증자 가정에 의존합니다. 낙관적 검증은 변경을 시작하는 정직한 검증자 하나만 있으면 시스템의 안전을 지킬 수 있습니다. 그러나 트레이드오프는 이 창 기간이 가져오는 지연입니다. 다행히 이 지연은 opRollup처럼 길지 않으며, 7일을 기다릴 필요 없이 수십 분을 기다리면 됩니다. 예를 들어, Nomad는 30분의 Timeout Period를 설정했습니다.

마지막으로 가장 중요한 zkOmnichain을 살펴보겠습니다. 이 모델은 제로 지식 검증(Zero-Knowledge Verification)에 속하며, 더 나은 강건성(Robustness)을 가지고 있습니다. zkOmnichain은 zkRollup과 마찬가지로 유효성 증명(Validity Proofs)을 생성합니다. 여기서 중요한 단계는 Sum-Check Protocol 모듈을 호출하여 체인 외부에서 증명(Sum)을 수행하고, 체인 상에서 검증(Check)을 수행하는 것입니다. 이러한 매우 엄격한 수학 및 암호학적 검증을 통해 완전성(Completeness)과 공정성(Soundness)을 실현합니다. 간결성(Succinctness)은 Groth16을 사용하여 증명 크기를 더욱 압축할 수 있습니다. 예를 들어, Way Network의 zkSpark가 생성한 원래 증명 크기는 약 100KB이지만, Groth16 압축 후 130B로 줄일 수 있습니다.

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그림 4: Way Network zkPark Sum-Check Protocol

바로 이러한 "강력한 암호학"의 전체 체인 상호 작용 프로토콜 zkOmnichain 덕분에 우리는 인프라 제품의 최고 기준을 실현할 수 있게 되었습니다. 즉, 모든 제3자 신뢰 주체의 비신뢰화(Trustless)와 모든 중앙 특권 주체의 탈중앙화(Decentralized)를 제거하는 것입니다. zkOmnichain의 출현으로 우리는 "체인"에서 "망"으로의 가능성을 보게 되었고, 대규모 전체 체인 애플리케이션을 각 스마트 계약 공공 체인에 배포할 수 있는 인프라 Layer0의 가능성을 보게 되었습니다.

zkOmnichain 기반의 전체 체인 애플리케이션은 어떤 변화를 가져올까요? 첫째로, 첫 번째 세대 크로스 체인 제품의 중간 체인(Intermediate Chain)을 제거하여 비싼 검증 노드 운영 비용을 줄였습니다. 둘째로, 중간 토큰(Intermediate Token) 및 Wrapped/Pegged Token 파생 토큰을 제거하여 사용자가 이러한 토큰을 신뢰하지 않고도 네이티브 토큰 간의 크로스 체인 거래를 완료할 수 있게 되었습니다. 마지막으로, 제3자 신뢰 주체인 오라클을 제거함으로써 전체 체인 네트워크의 탄력성을 높이는 데 기여합니다.

zkOmnichain 기반의 전체 체인 애플리케이션은 중간 체인에 의존하지 않으며, 오라클에도 의존하지 않고, 중간 토큰 및 파생 토큰도 없습니다. 그것은 엄밀한 수학과 암호학을 통해 유효성 증명을 수행하고, 체인 상에서 검증하는 방식을 통해 탈중앙화(Decentralized)와 비신뢰화(Trustless)의 목표를 달성하여 비트코인 네트워크와 같은 피어 투 피어 전체 체인 통신을 실현합니다.

Singlechain에서 Multichain, 그리고 Omnichain으로의 전환은 Web3의 대물결의 기본 방향이며, 그때 전체 체인 애플리케이션은 현재처럼 드물지 않고 보편적으로 존재하게 될 것입니다. zkOmnichain 기반의 애플리케이션은 더 높은 크로스 체인 보안성, 더 낮은 통신 비용, 그리고 더 빠른 통신 속도를 가지므로 성공을 거두기 더 쉬울 것입니다.

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그림 5: zkOmnichain 기반의 전체 체인 애플리케이션

최근 각종 블록체인을 연결하여 진정한 Web3를 구현하는 전체 체인 상호 작용 프로토콜이 끊임없이 등장하고 있습니다. Web2의 맥락에 비추어 볼 때, Cosmos는 Local Area Network (LAN)을 구축한 것에 해당하며, Way Network는 Wide Area Network (WAN) 및 인터넷을 구축하는 데 전념하고 있습니다. 이러한 제품의 우열을 판단하는 기준은 해당 프로토콜이 연결할 수 있는 체인의 수나 다른 것이 아니라, 연결 방식이 나카모토 합의(Decentralized 및 Trustless)를 갖추고 있는지 여부입니다. 이는 "1"이며, 나머지는 "0"입니다. 1이 없다면 아무리 많은 0도 소용이 없습니다.

결론

앞으로 3년 이내에 전체 체인 애플리케이션이 점차 단일 체인/다중 체인 애플리케이션을 대체하여 Web3 애플리케이션의 주류 배포 모델이 될 것으로 예상되며, zkOmnichain 상호 작용 프로토콜은 이 과정을 실현하는 핵심 기술 수단과 인프라입니다. 곧 우리는 zkOmnichain 기반의 전체 체인 AMM 애플리케이션, 전체 체인 Lending 애플리케이션, 전체 체인 SocialFi, 전체 체인 NFT 등이 우후죽순처럼 등장하는 것을 보게 될 것입니다.

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