Foresight Ventures：우리는 어떤 Ethereum Rollup을 원할까요?

2023-09-25 22:42:54

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Rollup은 이더리움의 안전성뿐만 아니라 생존성, 탈중앙화성 및 검열 저항성도 계승해야 한다.

저자: Maggie，Foresight Ventures

여러분, 오후 좋습니다. 환영합니다. 저는 Maggie이며, Foresight Ventures의 기술 이사입니다. 오늘 우리는 30분 동안 "우리가 원하는 Ethereum Rollup은 무엇인가?"에 대해 이야기할 것입니다.

먼저, 우리 회사에 대해 간략히 소개하겠습니다.

Foresight Ventures는 연구 중심의 블록체인 기술 및 암호화폐 산업에 집중하는 투자 기관입니다. 우리의 제품 매트릭스는 몇 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.
Foresight News는 아시아 태평양 지역에서 가장 큰 다국어 web3 미디어 플랫폼입니다.
우리는 또한 Foresight X를 운영하고 있으며, 이는 암호화폐 스타트업에 전용 지원을 제공하는 액셀러레이터로, 이 과정에서 번창하는 글로벌 Web3 개발자 커뮤니티를 구축하고 있습니다.

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이제 오늘의 의제로 넘어가겠습니다. 먼저, 최근 "이더리움 L2란 무엇인가"와 Rollup에 대한 논란을 되짚어 보겠습니다. 이후 "우리가 기대하는 이더리움 Rollup은 무엇인가?"에 대해 논의하겠습니다.

1. "이더리움 L2란 무엇인가"에 대한 논란

지난달, Dankrad는 트위터에서 다음과 같은 발언을 했습니다: "이더리움을 데이터 가용성 층(DA)으로 사용하지 않는다면, 그것은 이더리움의 Rollup이 아니며, 따라서 이더리움의 L2도 아니다." 그는 Plasma와 상태 채널은 L2로 간주되지만 Validium은 그렇지 않다고 언급했습니다. Dankrad의 의견 발표 이후, 많은 L2 분야의 구축자와 연구자들이 이에 의문을 제기하기 시작했습니다. 많은 L2 프로젝트는 비용 절감을 위해 이더리움을 데이터 가용성 층으로 사용하지 않습니다. 이러한 프로젝트가 L2 목록에 포함되지 않는다면, 이러한 확장 네트워크 프로젝트에 중대한 영향을 미칠 것입니다. 또한, 일부 사람들은 Validium이 L2로 간주되지 않는다면 Plasma도 포함되지 않아야 한다고 주장합니다.

따라서, 이더리움 문서에서 Validium이 L2 플랫폼에 해당하는지에 대한 명확한 언급이 없다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 그들은 Validium이 Plasma보다 더 안전하다고 언급했습니다. 이는 Dankrad의 관점과 모순되는 것처럼 보입니다. 그는 어떤 관점에서는 Plasma가 Validium보다 더 안전하다고 주장했습니다. 왜냐하면 사용자가 과거 상태에서 탈퇴할 수 있지만 Validium은 이를 지원하지 않기 때문입니다. 따라서 Plasmas와 Validiums가 L2에 포함되어야 하는지에 대한 확실한 답은 없습니다.

그러나 L2BEAT는 웹사이트에서 "Rollup만 표시" 필터를 적용하여 사용자가 이더리움을 DA 층으로 사용하지 않는 모든 프로젝트를 필터링할 수 있도록 하고 있습니다. L2와 Rollup에 대한 논란은 이보다 더 넓습니다. 우리는 "데이터 가용성은 혼란스러운 용어이며, 데이터 게시가 더 낫다", "클래식 Rollup도 주권 Rollup이다", "주권 Rollup은 전혀 Rollup이 아니다"와 같은 다양한 의견을 들었습니다.

따라서, 그 정의에 얽매이기보다는, 우리가 원하는 이더리움 L2는 무엇인지에 대해 더 의미 있는 주제에 집중합시다.

2. 우리가 원하는 Ethereum Rollup은 무엇인가?

정의상, Layer 2는 이더리움을 확장하고 이더리움의 보안 보장을 상속하는 독립적인 블록체인입니다.

이더리움 Rollup의 보안 문제는 과소평가되고 있습니다. 우리는 Rollup이 보안을 향상시키기를 바라며, 애플리케이션에 맞춤화된 모듈화된 블록체인이 더 많기를 원합니다.

다음은 우리가 Layer 2 솔루션에서 원하는 특성입니다:

첫째, 우리는 L2가 이더리움을 확장할 수 있기를 원합니다. 이는 L2가 이더리움과의 검증 브리지를 가져야 함을 의미합니다. 이를 통해 사용자는 L2와 이더리움 간에 자산을 이동하고 이더리움의 보안을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 저는 Arbitrum L2에서 제 ETH를 사용하여 특정 거래를 할 수 있으며, 비용은 상대적으로 낮고 이더리움의 보안을 유지할 수 있습니다.
둘째, 우리는 L2가 이더리움의 보안을 상속하여 초고도의 보안을 달성하기를 원합니다.
셋째, 우리는 L2가 이더리움의 보안을 상속할 수 있기를 원합니다. 이를 달성하는 가장 좋은 방법은 이더리움을 데이터 가용성(DA) 층으로 사용하여 이더리움의 Rollup으로 만드는 것입니다. 이상적으로, 우리는 L2 노드를 신뢰할 수 없는 노드로 만들고, 이더리움이 Rollup의 보안을 완전히 보장한다고 믿기를 원합니다.
넷째, 우리는 Rollup이 이더리움의 활성성을 상속할 수 있기를 원합니다. Rollup 노드가 작동하지 않더라도 사용자는 Rollup을 스스로 실행할 수 있어야 하며, 최소한 L2에서 탈퇴하고 자금을 L1으로 회수할 수 있는 방법이 있어야 합니다.
또한, 우리는 Rollup이 이더리움의 탈중앙화 및 검열 저항성을 상속할 수 있기를 원합니다.

2.1 이더리움 보안성 상속

이더리움(ETH)의 보안을 더 잘 상속하기 위해서는 이더리움을 데이터 가용성 및 거래 정렬뿐만 아니라 결제에도 사용해야 합니다. Rollup 층은 거래를 실행하고 상태 전환을 담당합니다. 이더리움을 통해 사기 증명 또는 유효성 증명을 사용하여 결제를 수행합니다.

위의 그림에서 보시다시피, Rollup 노드의 역할은 2-3가지 다른 유형으로 나눌 수 있습니다: Sequencer(정렬자), Proposer(제안자) 및 ZK prover(증명자).

Sequencer는 Rollup에서 중요한 역할을 하며, 거래를 패키징하고 이를 이더리움 네트워크에 제출하여 이더리움을 통해 데이터 가용성과 거래 순서를 보장합니다.
동시에, Proposer는 이러한 거래를 실행하고 Rollup의 최신 상태를 생성한 다음, 새로운 상태의 Merkle 루트를 이더리움에 제출합니다. 만약 이것이 낙관적 Rollup이고 지정된 시간 내에 아무도 도전을 제기하지 않으면, 이 상태 루트는 수용되고 거래도 확인됩니다.
ZK Rollup의 경우, 증명자는 상태 루트의 유효성을 증명하는 제로 지식 증명을 생성합니다. ZKP가 제출되고 이더리움에서 확인되면 거래도 확인됩니다.

따라서, 모든 데이터가 제출되고 이더리움에서 확인되면 Rollup의 거래를 롤백하려면 이더리움을 롤백해야 하므로 이더리움의 보안 보장을 상속받습니다. 또한, 이 세 가지 역할은 때때로 동일한 노드에 의해 수행됩니다. 일부 프로토콜에서는 Optimism과 같은 경우, Sequencer가 거래 배치와 Merkle 상태 루트를 동시에 제출합니다.

또 다른 보안 관련 문제는 Rollup의 상태 검증입니다. 앞서 언급했듯이, 낙관적 Rollup은 사기 증명을 사용하고, ZK Rollup은 유효성 증명을 사용합니다. 예를 들어, 제로 지식 증명.

사기 증명(예: Optimism 및 Arbitrum)을 사용하는 장점은 Rollup이 이더리움 가상 머신(EVM)과 동등할 수 있다는 것입니다. 그러나 사용자는 자금을 보호하기 위해 체인을 검증해야 하며, 약 7일의 긴 도전 기간으로 인해 거래의 최종 확인이 느립니다.
Starknet, zkSync, Scroll 및 Polygon zkEVM과 같은 ZK Rollup은 제로 지식 증명을 사용하여 상태가 올바르게 계산되었음을 증명하여 더 강력한 보안을 제공합니다. ZKP가 L1에서 검증되면 거래는 즉시 완료됩니다. 이는 몇 분 또는 최대 몇 시간만 소요되며, 낙관적 Rollup보다 훨씬 빠릅니다. 그러나 ZK Rollup은 일반적으로 EVM과 완전히 동등하지 않습니다.

보안 관점에서 볼 때, 제로 지식 증명이 더 효과적입니다. 이들은 신뢰할 필요 없는 암호학적 메커니즘에 의존하여 상태 검증을 수행하며, 낙관적 Rollup처럼 유인된 참여자의 정직성에 의존하지 않습니다. 그러나 거래 수수료는 더 높을 수 있으며 EVM과 완전히 동등하지 않을 수 있습니다. 따라서 어떤 것을 사용할지는 네트워크의 목표에 따라 다릅니다.

일부 경우에는 혼합 방법이 두 가지 Rollup의 특성을 결합할 수 있습니다. Morphism이라는 새로운 프로젝트는 ZK 유효성 증명을 사용하여 낙관적 Rollup 설계의 도전에 대응할 수 있으며, 도전 창을 7일에서 1일로 줄이고 DA 비용을 낮출 수 있습니다. OP 스택은 또한 Optimism 실패 프로그램을 증명하기 위해 ZKP를 사용하는 방법을 탐색하고 있습니다.

그러나 Rollup의 업그레이드 가능성에는 큰 보안 우려가 있습니다. Rollup이 긴급하게 오류를 수정해야 하거나 새로운 기능을 지원하기 위해 업그레이드가 필요할 때, 때때로 이더리움에서 Rollup 스마트 계약을 업그레이드해야 합니다. 따라서 이러한 스마트 계약을 누가 제어하는지가 중요합니다.

많은 Rollup의 경우, 업그레이드를 제어하는 키는 핵심 팀 구성원이 보유하고 있습니다. 이론적으로, 이 구성원들은 업그레이드 메커니즘을 사용하여 사용자의 자금을 훔칠 수 있는 능력을 가지고 있습니다. Vitalic이 말했듯이, 이는 개발자의 "백도어"와 같습니다.
이 문제를 피하기 위해 업그레이드 가능성을 비활성화할 수 있습니다. 예를 들어, Fuel V1은 업그레이드 가능성을 비활성화했지만, 각 업데이트 반복마다 스마트 계약을 다시 배포해야 하며, 사용자는 자산을 새 버전으로 수동으로 이전해야 합니다. 이 과정은 새로운 프로젝트를 시작하는 것과 유사하여 유동성의 단편화와 유연성의 현저한 감소를 초래합니다.
더 나은 방법은 DAO를 사용하여 업그레이드를 관리하고 지연을 설정하여 업그레이드에 동의하지 않는 사용자가 업그레이드가 발생하기 전에 탈퇴할 수 있도록 하는 것입니다. 이는 Rollup에 일부 DAO의 보안 가정을 추가합니다. 예를 들어, 정직한 다수 가정.

종합적으로, 이더리움의 보안을 상속하기 위해 Rollup은 데이터 가용성, 거래 정렬 및 결제에서 이더리움을 사용해야 한다고 제안합니다. 상태 검증의 경우, 제로 지식 증명을 사용하는 것이 더 신뢰할 수 있습니다. 업그레이드를 지원하고자 한다면, DAO를 사용하여 업그레이드를 관리하고 사용자에게 충분한 시간(예: 30일)을 제공하여 탈퇴할 수 있도록 하는 것이 좋습니다.

2.2 이더리움의 생존성 상속

이제 이더리움으로부터 생존성을 상속하는 방법에 대해 이야기해 보겠습니다.

우리는 현재의 시퀀서와 제안자가 다운되더라도 이더리움 메인넷의 도움을 받아 사용자가 L2 상태를 재구성하고 Rollup을 계속 운영할 수 있기를 원합니다. 또는 최소한 사용자가 신뢰할 필요 없이 L1으로 탈퇴할 수 있는 방법이 있어야 합니다.

그러나 지금까지 많은 기존 Rollup이 이러한 메커니즘이 부족하다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, Optimism, zkSync Era 및 Base와 같은 경우입니다. 따라서 이러한 일이 발생하면 Rollup은 작동을 중단하고 모든 사용자가 L2에서 자금을 잃게 됩니다.
일부 Rollup은 사용자가 L2에서 자금의 Merkle 증명 또는 ZK 증명을 제출하여 강제 탈퇴하고 L1에서 자금을 인출할 수 있도록 허용합니다.
그러나 일부 Rollup은 담보 외에는 자산을 인출할 수 없도록 하여, 사용자의 L2 로컬 자산을 인출할 수 없게 만듭니다. 만약 사용자가 담보를 NFT 또는 LP 토큰으로 거래하면, 이더리움 L1에서 이를 회수할 수 없을 수 있습니다.
dYdX와 같은 Rollup은 사용자가 L2 로컬 자산을 담보로 변환한 후 L1에서 이를 인출할 수 있도록 허용합니다.
일부 Rollup은 NFT를 L1으로 인출하는 것도 지원합니다.

더 나은 솔루션은 사용자가 Sequencer 및 Proposer가 되어 Rollup을 계속 운영할 수 있도록 하는 것입니다. 예를 들어, Polygon zkEVM은 허가가 필요 없는 Sequencer를 사용합니다. Arbitrum은 사용자가 거래를 L1으로 보내어 Rollup에 포함되도록 강제할 수 있도록 허용합니다(이 작업은 하루의 지연이 있습니다). 또한, 현재의 화이트리스트 제안자가 6일 연속으로 비활성 상태가 되면 누구나 제안자가 될 수 있습니다.

실제로, 생존성은 탈중앙화 정도와도 관련이 있습니다. Rollup 노드가 더 잘 탈중앙화되고 검열 저항성이 높을수록 Rollup의 생존성이 향상됩니다.

따라서 Rollup의 생존성을 높이기 위해, 우리는 탈중앙화된 노드를 제안하며, 사용자가 고장 발생 시 거래 정렬 및 제안을 스스로 수행할 수 있도록 해야 합니다.

2.3 이더리움의 탈중앙화 및 검열 저항성 상속

Rollup의 탈중앙화 연구는 주로 탈중앙화된 Sequencer에 집중되고 있습니다.

현재 거의 모든 Rollup 네트워크는 단일 중앙화된 Sequencer만 사용하고 있습니다. Sequencer는 사용자의 거래를 거부하고 악의적으로 MEV를 추출할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 이는 사용자에게 경제적 피해를 줄 수 있습니다. 또한 단일 Sequencer를 사용할 경우 검열 저항성이 부족합니다.
따라서 Rollup은 탈중앙화된 Sequencer를 실현할 가능성이 있는 몇 가지 방법을 탐색하고 있습니다. 그 중 하나는 무허가 PoS 탈중앙화 Sequencer입니다. 이 방법은 Morphism Rollup에서 사용되며, Sequencer는 POS 규칙에 따라 선택되고 BFT 기반의 합의 알고리즘을 사용하여 거래 배치에 대한 합의를 도출합니다. 다른 Rollup은 각 시대마다 리더 Sequencer를 선출하기 위해 리더 선출 방법을 사용하려고 합니다.
또 다른 방법은 MEV 경매를 통한 것입니다. 각 시대마다 참가자는 거래 수수료와 Sequencer로서 추출할 수 있는 MEV에서 기대되는 이익에 따라 입찰합니다. 승자는 입찰 금액을 Rollup 재정에 지불하고, 해당 시대 내에서 거래 정렬 및 모든 이익을 포착할 권리를 얻습니다.
Polygon의 Proof-of-Efficiency는 또 다른 방법으로, 누구나 Sequencer 또는 집계자가 될 수 있습니다. Sequencer는 이더리움 L1에 거래 배치를 제출할 때 스팸 공격을 방지하기 위해 추가 비용을 지불해야 합니다. Aggregator는 Sequencer가 제출한 배치 거래를 검증하며, 첫 번째로 유효성 증명을 제출한 Aggregator는 Sequencer가 예치한 토큰을 받습니다. 그러나 뒤처진 Aggregator의 계산 자원은 낭비될 수 있습니다.
공유 Sequencer 방법에서는 여러 Rollup에 대해 정렬 서비스를 제공하는 노드 그룹이 있습니다. Rollup은 거래 정렬 및 블록 생성을 처리하기 위해 공유 Sequencer 네트워크에 연결됩니다. 공유 Sequencer 풀은 탈중앙화되어 있으며(거래에 대한 합의에 도달하고 배치 거래를 제출하기 위해 합의 프로토콜을 실행합니다).

탈중앙화된 Sequencer에 대한 모든 기술은 여전히 초기 단계에 있으며, 지속적으로 발전하고 있습니다. 따라서 현재로서는 중립적인 평가만 제공할 수 있습니다.

ZKP 증명자는 Polygon의 Proof-of-Efficiency와 같이 탈중앙화되고 무허가일 수 있습니다. 왜냐하면 이들은 MEV를 실행할 수 없고 악의적인 행동이 어렵기 때문입니다.

결론적으로, 우리는 Rollup의 탈중앙화 및 검열 저항성을 강화하기 위해 탈중앙화된 Sequencer와 증명자가 필요합니다.

보안 문제 외에도 고려해야 할 많은 다른 요소가 있습니다. 다음은 몇 가지 관련 질문입니다:

Sequencer와 ZKP prover의 인센티브를 어떻게 균형 잡을 것인가? Sequencer는 MEV를 실행할 수 있지만, prover는 그렇지 않습니다. 이 메커니즘은 사람들이 Sequencer가 되기를 더 원하게 만듭니다. 그러나 실제로 우리는 Sequencer보다 더 많은 prover가 필요합니다. 왜냐하면 제로 지식 증명을 생성하는 데 필요한 계산 능력이 거래 패키징보다 더 많기 때문입니다. 그렇다면 이 두 가지 간의 인센티브를 어떻게 균형 잡을 것인가? 저는 기발한 동적 수수료 모델과 인센티브 모델을 설계해야 한다고 생각합니다.
EIP4844 업그레이드 이후 Rollup은 blob을 사용하여 데이터를 저장하게 되며, blob 데이터는 이더리움에서 1-3개월만 저장됩니다. 그렇다면 이것이 Rollup에 영향을 미칠까요? 제 대답은 확실히 그렇습니다. 저는 약간의 영향이 있을 것이라고 생각하지만 쉽게 해결할 수 있습니다. Rollup의 역사 데이터는 탈중앙화된 저장소에 업로드하여 보관할 수 있습니다. 모든 Rollup 노드가 오프라인 상태가 되면(특히 현재의 단일 Sequencer 상황에서) 사용자는 탈중앙화된 저장 시스템에서 역사 데이터를 다운로드하고 이더리움 L1의 Blob 데이터와 결합하여 상태를 재구성해야 합니다.
Rollup의 거래 수수료를 어떻게 낮출 것인가? Rollup을 설계할 때 보안성, 탈중앙화 및 비용 효율성 간에는 많은 균형이 필요합니다. 예를 들어, 우리는 ZKP를 사용하여 상태를 검증하여 보안을 강화하지만, 이는 더 많은 계산 능력을 필요로 하며 거래를 더 비싸게 만듭니다. 이는 보안성과 비용 간의 균형입니다. 일부 ZK Rollup은 재귀 증명을 사용하여 여러 거래 배치의 ZKP를 집계한 다음, 집계된 증명을 L1에 제출합니다. 이는 이더리움에서의 가스 비용을 절감하고 L2 거래 수수료를 낮출 수 있지만, 거래의 최종 확인 시간을 늘릴 수 있습니다.

요약

요약하자면, 처음 질문으로 돌아가서, 우리가 원하는 이더리움 Rollup은 무엇인가?

첫째, 우리는 Rollup이 이더리움의 보안성뿐만 아니라 생존성, 탈중앙화 및 검열 저항성도 상속받기를 원합니다.
실제로, 추가 신뢰 가정을 도입하지 않고 L2 Rollup을 만드는 것은 매우 어렵습니다. 업그레이드 가능성, 탈중앙화 Sequencer 및 제로 지식 증명의 신뢰 설정은 모두 추가 신뢰 가정을 포함할 수 있습니다. L2 Rollup이 어떤 L2 Rollup 노드도 신뢰하지 않고 ETH의 보안을 완전히 상속한다고 말할 수는 없습니다.
더 나은 보안을 위해, L1 Rollup 스마트 계약의 업그레이드는 DAO에 의해 관리되어야 하며, 사용자에게 탈퇴할 충분한 시간을 제공하기 위해 지연을 설정해야 합니다. 그러나 이 방법은 시스템에 DAO의 보안 가정을 도입합니다.
마지막으로, 단일 Sequencer를 사용하지 말고, 더 나은 생존성, 탈중앙화 및 검열 저항성을 위해 탈중앙화된 Sequencer를 사용해야 합니다.