Celestia 연구원이 분석한 Rollup(2): 4가지 새로운 Rollup方案

원문 저자: NashQ, Celestia

편집: 링크, 《극객 web3》

서문: 본 문서는 Celestia 연구원 NashQ의 Rollup 모델 분석에 대한 단편적인 발언을 통합하여 작성된 것으로, 4가지 새로운 Rollup 변형을 포함하고 있습니다. 이전에 《Celestia 연구원이 분석한 6가지 Rollup 변형: Sequencer = 집계기 + 헤더 생성자》라는 글에서 그는 6가지 다른 Rollup 모델을 나열했으며, 본 문서는 그 기반 위에서 새롭게 추상화한 4종 Rollup 모델입니다.

이전에 NashQ는 정렬기 Sequencer를 집계기 + 헤더 프로듀서 두 가지 모듈로 나누어 거래 지시의 생애 주기를 통해 Celestia 주권 Rollup의 작동 원리를 설명하고, 다양한 Rollup 변형의 검열 저항성과 활성화, 그리고 사용자 신뢰 최소화 전제 하의 최소 구성(즉, Trustless를 달성하기 위해 Rollup 사용자가 최소한 어떤 유형의 노드를 운영해야 하는지)을 탐구했습니다.

변형 7: Based Rollup + 여러 헤더 프로듀서 + "최고 프로토콜 MEV"

이 Rollup 변형에서, Rollup 네트워크 사용자는 거래 데이터를 DA 레이어 블록에 직접 게시하고, 헤더 프로듀서는 거래 정렬을 담당하며, MEV는 그에 의해 추출됩니다. 분명히, Rollup 변형 7의 거래 집계/포함 프로세스는 이전에 소개된 Based Rollup과 마찬가지로 DA 레이어가 담당하지만(사용자가 거래를 DA 레이어에 직접 전송), 거래 정렬은 Based Rollup과 다르며, DA 레이어 노드는 정렬을 담당하지 않고 HP(헤더 프로듀서)가 담당합니다.

아래 가정에서는 세 개의 HP가 서로 경쟁 관계에 있으며, "최고 프로토콜 MEV"라는 MEV 분배 프로토콜을 준수합니다. 이 프로토콜은 Cosmos 생태계의 Skip Protocol에서 제안한 것으로, 이더리움 PBS 솔루션과는 달리 블록 빌더는 블록체인 네트워크 검증자에게 "팁"으로 추가 비용을 지불해야 하며, 팁을 가장 많이 지불한 빌더가 구축한 블록이 검증자들에 의해 채택됩니다. 동시에 SKIP Protocol은 "주권 MEV"의 개념을 제안하여 공공 블록체인 네트워크의 모든 검증자 및 커뮤니티가 MEV 분배에 대한 자율성을 가지도록 하여 이더리움 PBS에서 빌더가 피륜 효과로 인해 점점 더 중앙화되는 문제를 해결하고자 합니다(하지만 이는 본 문서에서 논의할 핵심이 아닙니다).

본 문서에서 소개하는 Rollup 변형에서, 각기 다른 헤더 프로듀서는 자신이 생성한 배치 헤더에서 팁 금액을 선언해야 하며, 팁을 가장 많이 지불한 HP가 발표한 배치 헤더는 자동으로 Rollup의 노드들에 의해 수용됩니다(노드 코드에 작성된 장부 분기 선택 알고리즘에 의해 자동으로 완료됨).

또한, HP가 발표한 배치 헤더는 DA 레이어의 전체 거래 배치와 일치해야 합니다.

HP가 발표한 헤더에 오류가 있는 경우, 예를 들어 거래 실행 결과 Stateroot가 올바르지 않거나 배치에 포함된 특정 거래가 누락된 경우(거래 손실), 정직한 Rollup 전체 노드는 경량 노드에 사기 증명 Fraud proof을 방송합니다. 그러나 일반적으로(낙관적인 경우), 경량 노드는 HP가 발표한 헤더를 수용하고 문제가 없다고 믿을 수 있습니다.

검열 저항성 분석: 이 Rollup은 거래 검열이 가능한 두 가지 지점이 존재합니다. 첫 번째 지점은 DA 레이어에 있으며, 거래 내용을 검열하고 특정 사용자의 거래를 포함하지 않도록 거부할 수 있습니다. 두 번째 지점도 DA 레이어에 있으며, HP가 제출한 헤더를 검열하고 특정 헤더를 포함하지 않도록 거부할 수 있습니다. 이렇게 되면 헤더와 공모하여 검열 공격을 통해 MEV를 독점할 수 있습니다.

동시에 거래 정렬은 HP가 담당하며, 사기 증명의 존재로 인해(HP가 거래를 누락한 경우에 대비하여), HP 자체는 검열 공격을 전개하지 않는 경우가 많지만, DA 레이어의 노드를 매수하여 검열 공격을 수행할 수 있습니다(또는 일부 DA 레이어 노드를 직접 운영할 수 있습니다). 이 문제에 대한 해결 방법은 Rollup 거래 시퀀스가 최종 확정되는 윈도우 기간을 연장하는 것입니다. 이렇게 하면 악의적인 DA 레이어 노드가 거부한 헤더가 윈도우 기간 종료 전에 정직한 DA 레이어 노드에 의해 체인에 포함될 수 있어 DA 레이어 노드의 검열 공격 난이도를 증가시킬 수 있습니다.

활성화: L = L _ da && ( L _ hp1 || L _ hp2 || L _ hp3 )

DA 레이어에서 활성화 오류가 발생하면 Rollup에서도 활성화 오류가 발생합니다. 이 기반 위에서 모든 HP가 활성화 오류가 발생해야만 Rollup에서 활성화 오류가 발생합니다.

변형 8: 공유 집계기 + 분산형 증명자의 ZK Rollup

변형 8은 공유 집계기 Shared Aggregator (SA)를 사용하여 거래 포함 + 정렬을 수행하며, SA는 거래 시퀀스 배치를 DA 레이어에 게시합니다. 거래 시퀀스가 DA 레이어에 전송된 후, 거래 순서는 이론적으로 더 이상 변경되지 않습니다.

배치가 DA 레이어에 전송되기 전에, 공유 집계기 SA는 먼저 배치 + SA 헤더를 전체 노드와 증명자에게 방송할 수 있습니다. SA 헤더를 경량 노드에게 방송할 수 있습니다. 그러나 이때 DA 레이어에 올라가지 않은 배치는 여전히 불안정하며 언제든지 교체될 수 있습니다.

중요한 점은, 공유 집계기 SA가 발표한 헤더와 HP가 발표한 배치 헤더는 동일한 것이 아니라는 것입니다. SA 헤더는 암호학적 증명을 포함하여 Rollup 노드가 DA 레이어에서 읽는 배치가 실제로 SA에 의해 생성된 것임을 보장합니다.

증명자는 DA 레이어에서 거래 배치(Batch)를 읽고(공유 집계기로부터 직접 동기화할 수도 있음), ZK 증명 + 배치 헤더를 생성하여 DA 레이어에 게시합니다. 분명히 증명자는 HP의 역할을 수행합니다.

Rollup의 경량 노드에게 ZKP 증명이 수신되면, 이 배치에 포함된 거래 시퀀스는 최종 확인을 완료합니다. 물론, 증명자는 DA 레이어 체인 외부의 Rollup p2p 네트워크를 통해 ZKP를 방송하여 경량 노드가 더 빨리 수신할 수 있도록 할 수 있지만, 이때 ZKP는 아직 DA 레이어에 전송되지 않았으며 "최종성"을 갖추지 못합니다.

검열 저항성: 변형 8에서 DA 레이어는 특정 거래에 대해 검열 공격을 수행할 수 없으며, 공유 집계기가 제출한 전체 거래 배치에 대해서만 검열 공격을 수행할 수 있습니다. 동시에 공유 집계기는 특정 사용자의 거래를 패키징하는 것을 거부할 수 있습니다.

활성화: L = L _ da && L _ sa && L _ pm. 이 변형에서 어떤 부분에서라도 활성화 오류가 발생하면 Rollup에서도 활성화 오류가 발생합니다. 만약 증명자가 오류가 발생하면 경량 노드는 Rollup 장부 진행 상황을 효과적으로 동기화할 수 없습니다. 그러나 전체 노드는 모든 거래 시퀀스 배치를 동기화했기 때문에 장부 진행 상황을 따라갈 수 있습니다. 이때 전체 노드는 영향을 받지 않으며, 경량 노드는 모두 무효화되어 이전에 소개된 공유 집계기를 사용하는 Based Rollup의 경우와 동등합니다.

신뢰 최소화의 최소 구성: DA 레이어 경량 노드 + 공유 집계기 네트워크 경량 노드 + Rollup 경량 노드

변형 9: 공유 집계기 + 분산형 증명자 + 여러 DA의 ZK-Rollup

변형 9는 사실 위의 변형 8을 기반으로 하며, DA 레이어가 하나 이상입니다. 이렇게 하면 Rollup의 활성화를 효과적으로 높일 수 있습니다. 변형 9에서 공유 집계기 SA는 거래 시퀀스 배치를 임의의 DA 레이어에 게시할 수 있으며, 자신의 필요에 따라 다른 DA 레이어에 데이터를 게시할 수 있습니다. 이렇게 하면 Rollup의 관련 매개변수를 동적으로 최적화할 수 있습니다. 예를 들어: 데이터 비용, 안전성, 활성화, 거래 지연 및 최종성.

Rollup 프로젝트 측의 요구에 따라 가장 저렴하고, 가장 안전하며, 가장 활성화되고, 결제 속도가 빠른 Rollup을 맞춤 설정할 수 있으며, 처리량이 가장 높은 DA 레이어를 선택할 수 있습니다. 일반적으로 특정 Rollup 블록 높이(예: 10,000번째)의 배치는 서로 다른 DA 레이어에 동시에 존재할 필요는 없지만, 존재하는 경우 그 내용은 일치해야 합니다. 만약 서로 다른 DA 레이어에서 동일한 높이지만 내용이 다른 두 개의 배치가 발생하면, 이는 공유 집계기가 의도적으로 장부 분기를 발생시킨 것입니다.

여기서 우리는 변형 8과 동일한 분산형 증명자 시장을 선택하였으며, 증명자가 헤더 프로듀서 역할을 수행하고 배치 헤더와 ZK 증명을 발표합니다. 이때, 증명자는 변형 7에서 언급된 팁 경매 메커니즘을 통해 경쟁해야 합니다(이는 SKIP Protocol에서 제안한 것입니다).

변형 9의 거래 결제 속도(최종 확인 속도)는 그가 채택한 가장 빠른 DA 레이어의 블록 생성 속도에 영향을 받습니다.

검열 저항성: 공유 집계기는 검열 공격을 수행할 수 있지만, 선택 가능한 DA 레이어가 많아짐에 따라 DA 레이어와 관련된 검열 공격 가능성이 줄어듭니다.

활성화: L = ( L _ da1 || L _ da2 ) && L _ sa && L _ pm.

이전 변형과 비교할 때, 변형 9는 활성화가 더 강합니다. 모든 DA 레이어 네트워크에서 활성화 오류가 발생하지 않는 한 모든 것이 정상적으로 진행될 수 있습니다.

신뢰 최소화의 최소 구성: 서로 다른 DA 레이어의 경량 노드 + 공유 집계기 네트워크 경량 노드 + Rollup 경량 노드.

분명히, 우리가 사용하는 DA 레이어가 많아질수록 더 많은 경량 노드를 운영해야 합니다. 그러나 이렇게 하는 이점이 비용을 초과할 수 있습니다.

변형 10: 두 개의 ZK-Rollups + 분산형 증명자, 서로 간에 하나의 체인 상 경량 노드(브리지 가능)

변형 10은 변형 5의 확장으로, 서로 브리지를 할 수 있는 두 개의 ZK-Rollup을 생성하는 것이 목적입니다. 변형 5(Based Rollup + ZK P + 분산형 증명자)와 비교할 때, 변형 10은 중계기 Relayer 역할이 추가되었습니다. 이 중계기는 배치 헤더 + ZK 증명을 하나의 거래로 포장합니다. 이 거래를 Rollup 2가 운영하는 Rollup 1의 경량 노드에게 전송하기만 하면 특정 높이의 배치가 유효하다는 것을 증명할 수 있습니다. 물론, Rollup 2는 DA 레이어의 경량 노드를 운영해야 합니다.

이는 크로스 체인 브리지의 신뢰 최소화의 전제 조건입니다. 그러나 이더리움 Rollup(스마트 계약 기반 SC Rollup)에서 이더리움 간의 크로스 체인으로 전송할 경우, Rollup의 DA 레이어 경량 노드를 추가로 운영할 필요가 없습니다. 왜냐하면 DA 레이어 자체가 이더리움이기 때문입니다. 이 점은 Celestia의 주권 Rollup과 매우 다르며, 후자의 Rollup 간 상호 교차는 반드시 서로의 DA 레이어 경량 노드를 운영해야 합니다.

중계기가 크로스 체인 거래를 전송할 때, Rollup 2의 집계기 2와 HP 2가 이를 처리합니다. 우리는 두 가지를 모두 도표에 추가하여 Rollup 2의 노드가 크로스 Rollup 거래를 어떻게 처리하는지 이해할 수 있습니다.

Rollup 2의 중계기 Relayer는 Rollup 2의 배치 헤더와 ZKP를 가져와 Rollup 1에 다시 전송합니다. Rollup 1에는 Rollup 2의 경량 노드와 DA 레이어의 경량 노드가 있습니다.

모델을 더욱 단순화할 수 있습니다. 두 개의 Rollup이 동일한 공유 집계기와 헤더 프로듀서를 사용하는 경우, 즉 그들이 채택한 DA 레이어가 중복되는 경우입니다.

이 경우, Relayer를 직접 제거할 수 있습니다. 배치 헤더와 ZK 증명이 HP에 의해 동일한 DA 레이어에 발표되었기 때문에, 다른 Rollup의 헤더와 ZK P 등의 데이터를 DA 레이어에서 직접 읽을 수 있으며, 더 이상 Relayer를 통해 공유 집계기로 전달할 필요가 없습니다.

분명히, 동일한 DA 레이어를 사용하는 Rollup은 Relayer에 의존할 필요가 없습니다(많은 크로스 체인 브리지가 중계 노드에 의존하고 있습니다). 이는 크로스 체인 브리지의 보안 문제를 해결할 수 있습니다(이 점에서 이더리움의 SC Rollup 간 상호 교차는 서로 다른 공공 체인 간의 크로스 체인보다 보안성이 높습니다).

이때, 신뢰 최소화의 최소 구성: DA 레이어 경량 노드 + Rollup 경량 노드.