Biteye：비트코인 2층 개념 심층 탐구

作者：Biteye 핵심 기여자 Fishery Isla

편집：Biteye 핵심 기여자 Crush

출처：Biteye

Layer 2에 대해 이야기할 때 대부분의 사람들은 이더리움의 여러 2층 프로젝트인 Arbitrum, Zksync, Optimism, StarkWare 등을 떠올리곤 합니다. 또한 Layer 2 개념은 비트코인 라이트닝 네트워크에서 시작되었고, 이후 Vtalik이 이더리움에 적용하여 발전시켰다고 말하는 사람들도 있습니다. 이는 모두 사실이지만, 관점이 다를 뿐입니다.

Layer 2의 개념은 비트코인이나 이더리움에만 국한된 것이 아니라 블록체인 기술의 확장 기술의 큰 방향성을 나타냅니다.

Layer 2는 메인넷 위에 구축된 일련의 체인 외 솔루션을 의미하며, 탈중앙화나 보안을 희생하지 않고 거래 처리량을 높이는 것을 목표로 합니다.

BTC 확장 서사가 계속해서 발전함에 따라 다양한 BTC Layer 2 프로젝트가 등장했습니다. Layer 2는 점차 기술 중심의 블록체인 확장 경로에서 모호한 마케팅 태그로 변모하고 있습니다.

본 문서는 BTC Layer 2 태그가 붙은 프로젝트에 대한 간단한 기술 정리를 제공합니다. 이 시장은 열기에 의해 지배되므로 기술이 시장에 미치는 영향은 종종 부차적이라는 점에 유의해야 합니다. 또한 필자의 개인적인 한계로 인해 일부 기술적 견해는 외부와 다를 수 있습니다. 여러분의 참여와 토론을 환영합니다.

전체 내용은 어떤 투자 조언도 구성하지 않습니다.

피할 수 없는 오래된 주제 Layer 2와 사이드체인의 차이점은?

앞서 언급했듯이 Layer 2 기술의 목적은 탈중앙화나 보안을 희생하지 않고 메인넷을 확장하는 것이므로, 좁은 의미에서 단일 기술 개념이 아니라 여러 가지 다른 솔루션과 구현을 포함합니다.

현재 가장 일반적인 Layer 2 기술은 두 가지로 나뉩니다: 상태 채널(State Channel)과 롤업(Rollups)입니다.

상태 채널은 메인넷에서 양측 또는 다측 간의 채널을 구축한 후, 채널 내에서 여러 번 거래를 진행하며, 채널이 열리거나 닫힐 때만 메인넷에 거래를 방송해야 합니다.

BTC의 라이트닝 네트워크는 이러한 방식을 공식적으로 채택하였으며, 간단히 말해, 라이트닝 네트워크의 채널은 다중 서명 주소로 이해할 수 있습니다. Bob과 Alice는 메인넷에서 각각 이 채널(주소)에 BTC를 입금한 후, 양측은 라이트닝 네트워크를 통해 일상 거래를 진행합니다.

이러한 일상 거래는 메인넷에 올라가지 않으므로 비싼 가스를 절약할 수 있으며, 언젠가 양측이 더 이상 거래를 하지 않을 것이라고 판단할 때, 양측은 메인넷에 출금 명령을 발행할 수 있습니다. 이 명령의 서명은 BTC 메인넷에 양측이 메인넷 외부에서 진행한 일련의 거래 장부의 진위를 증명할 수 있습니다.

이 시점에서 메인넷의 보안 합의가 Bob과 Alice의 결제를 개입하게 되므로, 라이트닝 네트워크에서 발생한 거래는 BTC 메인넷의 보안 수준을 갖추게 됩니다. 현재 이러한 방식은 스마트 계약을 구현한 사례가 없습니다.

롤업은 아마 더 익숙할 것입니다. 이더리움의 Optimistic Rollups와 Zero-Knowledge Rollups는 이더리움의 Layer 2 확장 솔루션으로, 복잡한 실행 및 상태 저장 과정을 Layer 2로 이동시켜 처리량을 높이는 것을 목표로 합니다.

간단히 말해, 메인넷은 Layer 2가 정기적으로 메인넷에 제출하는 증명을 검증하여 Layer 2 장부의 진위를 보장합니다 (이 검증 과정은 특히 중요합니다).

이렇게 되면 메인넷은 L2 장부를 "실시간"으로 통제할 수 있으며, L2 자금이 메인넷으로 돌아올 때 ETH 메인넷의 보안 합의가 개입하여, 메인넷의 Layer 2 출금 계약은 제3자 정보 출처에 의존하지 않고, 메인넷 합의에 의해 생성된 데이터만으로 출금 가능 여부를 확인할 수 있습니다.

여기까지 읽으신 독자들은 전통적인 Layer 2의 본질이 메인넷과 동일한 보안성을 가진 크로스 체인 브리지라는 것을 인식할 수 있을 것입니다. 이 인식을 통해 우리는 사이드체인을 잘 구별할 수 있습니다.

사이드체인은 메인넷 외부에 독립적인 블록체인 네트워크(예: BSC)를 구축하는 것을 의미하며, 메인넷의 합의는 사이드체인의 크로스 체인 행동의 합법성을 검증할 수 없습니다.

사이드체인으로 가는 크로스 체인 브리지는 메인넷의 자산을 잠그고 사이드체인으로 매핑한 후, 사이드체인에서 매핑된 자산은 거래 및 송금 등의 기능을 수행할 수 있습니다. 그러나 사이드체인이 메인넷으로 돌아올 때, 메인넷의 크로스 체인 브리지 계약은 사이드체인에서 발송된 출금 메시지의 진위만을 검증할 뿐, 사이드체인의 장부는 검증하지 않습니다.

다시 말해, 만약 크로스 체인 브리지 프로젝트가 악의적으로 행동하거나, 사이드체인이 직접 가짜 장부를 생성한다면, 메인넷의 자금은 손실을 입게 됩니다.

전통적인 L2 정의에 따르면, 메인넷이 검증할 수 있는지 여부를 관찰하는 것이 Layer 2인지 판단하는 핵심입니다.

이러한 관점을 가지고 있으면, ETH가 BTC보다 늦게 출시되었음에도 불구하고 역전할 수 있었던 이유를 쉽게 설명할 수 있습니다.

BTC Layer 2의 기술적 난제------검증

BTC Layer 2의 기술적 난제를 이해하려면, BTC Layer 2의 가능성을 창출한 BTC Taproot 업그레이드를 먼저 이해해야 합니다.

Taproot는 Bitcoin Core 기여자 Gregory Maxwell이 2018년에 처음 제안했습니다. Taproot는 비트코인 프로토콜의 개선으로, 비트코인 거래의 프라이버시와 효율성을 높이는 것을 목표로 합니다.

Taproot의 핵심 아이디어는 다양한 조건에서의 거래를 일반적인 단일 서명 거래처럼 보이게 하여 체인 상의 데이터 사용과 유출을 줄이고, 복잡한 거래(다중 서명, 시간 잠금)가 단일 비트코인 거래처럼 실행될 수 있도록 하는 것입니다.

Taproot는 BTC Layer 2의 가능성을 창출하기 위해 두 가지 중요한 기술을 도입했습니다.

1) MAST(머클화된 추상 구문 트리)；

2) Schnorr 서명；

MAST는 복잡한 스크립트를 여러 개의 하위 스크립트로 분해하고 이를 머클 트리 구조로 조직하는 방식으로, 특정 하위 스크립트의 조건이 충족될 때만 해당 하위 스크립트의 해시 값과 내용을 공개해야 합니다. 이를 통해 공간을 절약하고 유연성을 높이며 프라이버시를 증가시킬 수 있습니다.

Schnorr 서명은 여러 서명자를 하나의 서명자로 통합하고 단일 서명을 생성할 수 있는 디지털 서명 알고리즘입니다. 이를 통해 다중 서명 거래를 간소화하고 비용을 줄이며 보안을 높이고 프라이버시를 증가시킬 수 있습니다.

MAST(머클화된 추상 구문 트리)

MAST의 의미는 Taproot 업그레이드 이전에는 복잡한 스크립트 조건을 구현하기 위해 P2SH 주소를 사용해야 하며, 동일한 해시 값을 가진 상환 스크립트를 생성하여 거래에 포함해야 했다는 점입니다.

P2SH의 복잡한 조건으로 인해 거래 크기가 매우 커질 수 있습니다. P2SH 주소의 BTC는 반드시 동일한 해시 값을 가진 상환 스크립트를 생성하여 거래에 포함해야 합니다. 만약 스크립트에 규정된 지출 조건이 너무 많으면 거래 크기가 매우 커질 수 있습니다.

MAST는 이러한 문제를 잘 해결할 수 있으며, 그렇기 때문에 BTC Layer 2 발전의 가능성이 열리게 되었습니다.

MAST는 머클 트리와 추상 구문 트리를 결합한 메커니즘입니다. 이는 P2SH와 유사하게 특정 해시 값을 가진 스크립트에 지불하는 것이지만, MAST는 특정 머클 루트의 해시 값에 지불하는 것입니다.

MAST는 큰 조건 집합을 해시 트리로 조립하여, 이른바 머클 트리를 형성합니다. 이 트리에서 각 노드는 자식 노드의 해시 값으로 계산됩니다.

트리의 루트는 모든 조건의 집합을 나타내는 해시 값입니다. 이렇게 거래에서는 이 루트 해시만 포함하면 되며, 모든 조건을 나열할 필요가 없어 거래 크기를 줄이는 역할을 합니다.

먼저 모든 스크립트(조건)에 대해 해시 계산을 수행한 후, 계산된 해시 값을 인접한 해시 값과 결합하여 해시 계산을 수행하여 새로운 해시 값 집합을 생성합니다. 이 두 개의 해시 계산 과정을 반복하여 마지막 해시 값을 계산할 때까지 진행합니다.

이 해시 값이 머클 루트입니다.

MAST는 비트코인 거래를 머클 트리와 연결할 수 있으며, 이 트리의 각 리프 노드는 비트코인을 잠금 해제하는 조건을 나타냅니다.

이 잠금된 비트코인을 사용하려면, 머클 트리의 특정 경로에 해당하는 조건을 충족하는 해제 스크립트를 구성해야 합니다.

네트워크는 이 스크립트가 머클 트리의 원래 조건 집합에 속하는지 검증하기만 하면 됩니다. 즉, 이 조건이 머클 트리에 존재하는지를 검증하는 것입니다.

네트워크가 이 스크립트(및 해당 조건)가 머클 루트에 속한다고 확인하면, 이 스크립트가 비트코인을 잠금 해제하는 요구 사항을 충족한다고 판단하고, 이후 이 해제 스크립트를 검증합니다. 이렇게 하면 전체 스크립트를 거래에 포함할 필요가 없어 비트코인 거래의 크기를 줄일 수 있습니다.\

언급할 점은, MAST가 거래 스크립트가 차지하는 공간을 크게 줄이고 복잡한 체인 상 작업의 가능성을 제공하지만, 구문 트리 구조가 구현할 수 있는 논리는 상대적으로 제한적이므로, "MAST가 비트코인에서 스마트 계약과 유사한 기능을 구현할 수 있다"는 주장은 부정확하다는 점입니다.

현재 BTC 메인넷은 이더리움 Layer 2와 같은 장부 검증 기능을 지원하지 않으므로, BTC Layer 2는 ETH Layer 2의 기술 구조를 완전히 복사할 수 없습니다. 크로스 체인의 안전성을 보장하기 위해서는 새로운 경로를 모색해야 합니다.

Schnorr 서명과 MAST가 결합된다면, BTC 메인넷에서 Layer 2로의 크로스 체리지를 위한 새로운 아이디어를 제공할 수 있으며, 이 기술은 현재 시장에서 BTC Layer 2 프로젝트의 주류 기술 솔루션입니다.

Schnorr 서명

Schnorr 서명은 Claus Schnorr이 제안한 디지털 서명 솔루션으로, 간결하고 효율적인 것으로 유명합니다. 이 서명의 장점은 여러 서명을 하나의 단일 서명으로 집계할 수 있어 다중 서명 시나리오에서 검증 및 인증 프로세스를 최적화할 수 있다는 점입니다.

예를 들어, 12개의 서명이 필요한 다중 서명 거래에서 각 서명은 20바이트의 저장 공간을 차지할 수 있으며, 총 240바이트가 필요합니다.

반면, Schnorr 서명은 이 12개의 서명을 하나의 통합된 Schnorr 서명으로 합칠 수 있으며, 이 서명은 약 60바이트의 공간만 필요합니다. 이렇게 하면 많은 저장 공간을 절약할 수 있어 더 많은 거래 스크립트 정보를 수용할 수 있습니다.

Schnorr 서명은 모든 n-n 다중 서명 계약에 프라이버시 보호를 제공합니다. 가장 전형적인 응용은 라이트닝 네트워크 결제 채널로, 본질적으로 2-2 다중 서명 계약입니다.

일반적인 m-n (m<n) 다중 서명 계약은 n-n의 경우를 확장할 수 있으며, MAST를 활용하여 모든 가능한 해제 조건을 분기 구조로 접을 수 있습니다.

예를 들어, 2-3 다중 서명은 A, B가 해제하거나 B, C가 해제하거나 A, C가 해제하는 세 가지 경우로 동등합니다. 이는 다중 조건 스크립트로 간주될 수 있으며, 각 조건은 2-2 다중 서명이므로 명확한 다중 서명 대신 집계된 공개 키로 정의할 수 있습니다.

이 점은 현재 STX, BEVM 등의 프로젝트가 채택한 크로스 체인 기술의 기초입니다: 수백 개의 2층 노드가 BTC 주소를 제어하여 크로스 체인을 구현하는 것입니다.

요약: BTC Layer 2의 가능한 발전 경로

앞서 비교한 바와 같이, BTC Layer 2 솔루션은 이더리움의 두 번째 레이어 디자인을 단순히 복사할 수 없으며, 두 사이에는 고유한 차이가 존재합니다.

올바른 전진 경로를 계획하기 위해 BTC Layer 2 솔루션은 보안의 핵심 본질에 집중해야 하며, 비트코인의 독특한 속성을 고려해야 합니다.

비트코인의 기본 레이어는 간단한 UTXO 모델과 제한된 블록 공간을 사용합니다.

앞서 언급했듯이 MAST가 존재하더라도 BTC 메인넷은 지나치게 복잡한 OP/ZKP 검증 논리를 구현할 수 없습니다.

이로 인해 BTC는 이더리움 롤업과 다르며, 비트코인 두 번째 레이어 솔루션은 정기적으로 체인 상의 책임 기록을 제출하여 검증할 수 없습니다. 비트코인 블록체인에 데이터를 저장하는 것은 가용성 점검으로만 사용될 수 있으며, 실제 검증은 불가능합니다.

이 점은 현재 시장에서 우려되는 사항으로, BTC 신자에게는 BTC 합의가 참여하지 않는 검증이 없으면 BTC Layer 2의 서사가 사라지게 됩니다. ETH의 기존 사용자에게는 ETH 롤업보다 보안성이 낮은 기술 솔루션이 큰 매력을 주지 않을 것입니다.

탈중앙화 크로스 체인 능력 문제.

이는 Layer 2의 정의에서 매우 중요하며, 메인넷 합의와 동일한 보안을 가진 크로스 체인을 구현하는 것은 BTC 메인넷에서 매우 어렵습니다. 현재 전통적인 비트코인 크로스 체인 기술인 해시/시간 잠금, 훅, 교환 및 다중 서명은 충분한 신뢰 보장을 제공하지 못합니다.

비트코인 2021년의 Taproot 업그레이드에서 도입된 MAST 계약과 Schnorr 서명의 조합은 탈중앙화된 비트코인 크로스 체인에 희망을 가져다주며, BTC Layer 2의 주요 돌파구가 될 것입니다.

롤업의 체인 상 검증과 비교할 때, 현재 개발 중인 BTC Layer 2 팀이 주로 심화해야 할 방향은 크로스 체인 브리지 서명의 보안을 최대한 높이는 것입니다.

완벽한 Layer 2를 구현하기 위해서는 비트코인이 BIP 레이어를 업그레이드하고, 채굴자가 하위 코드를 업데이트하여 OP/ZKP 검증 및 비트코인 채굴자의 계산 실행을 지원해야만 이더리움 롤업과 유사한 두 번째 레이어 솔루션을 구현할 수 있습니다. 이는 매우 긴 시간이 걸릴 수 있으며, 아마도 채굴자들이 채택하지 않을 수도 있습니다.