Metis 기술의 장점을 자세히 설명하고, 탈중앙화의 새로운 장을 열다
Metis의 생태계가 지속적으로 성숙해짐에 따라, 우리는 Metis가 미래의 L2 경쟁에서 지속적으로 뛰는 다크호스가 되어 사용자와 개발자에게 끊임없는 가치를 창출할 것이라고 믿을 이유가 있습니다.저자: Biteye 핵심 기여자 Wilson Lee
편집: Biteye 핵심 기여자 Crush
배경 소개
4월 10일, A16z Crypto는 블록체인 확장 작업을 가속화하고 간소화하기 위해 제로 지식 솔루션 Jolt를 발표했습니다.
Jolt는 SNARK(비상호작용 간결 제로 지식 증명)를 통합하여 개발자가 SNARK 기반 L2 솔루션을 신속하게 생성할 수 있도록 합니다. 팀은 또한 Jolt가 현재의 zkVM보다 최대 2배 빠르다고 밝혔습니다.
ZK 기술은 암호화 산업의 주기적인 주제 중 하나이며, ZK-Rollup은 Vitalik이 이더리움 확장의 장기적인 솔루션으로 언급한 바 있습니다. A16z는 작년 8월 Jolt를 출시하고 올해 공식 발표함으로써 ZK-Rollup이 여전히 긴 경사와 두꺼운 눈의 경로임을 보여주었습니다.
ZK-Rollup에는 이미 많은 플레이어가 참여하고 있으며, 프로젝트 간의 차별성을 구분하기 위해 더욱 세분화된 기술 범주가 형성되었습니다. EVM의 호환성은 가장 대표적인 분류 기준입니다.
EVM은 역사적인 이유로 인해 많은 ZK 비우호적 설계가 존재하지만, 많은 기존 프로젝트는 초기에는 EVM을 기반으로 구축되었으며, ZK-Rollup은 미래의 확장 솔루션으로 간주되기 때문에 대부분의 ZK-Rollup 프로젝트는 더 호환성이 높은 EVM과 ZK 간의 균형을 자연스럽게 맞춰야 합니다.
Metis DAO에서 인큐베이팅한 ZKM은 더 근본적인 관점에서 범용적인 zkMIPS 솔루션을 제안했습니다.
zkMIPS는 더 낮은 수준의 MIPS 명령어 집합을 사용하여 프로그램 실행 과정을 ZKP로 변환하며, EVM과의 호환성 외에도 MoveVM 및 RustVM과 같은 다른 VM과의 호환성을 제공하여 ZK-Rollup이 더 다양한 개발자에게 열려 있도록 합니다.
이 글은 독자에게 Metis가 ZK 및 분산 Sequencer에서의 노력과 진전을 깊이 해석할 것입니다.
ZKM과 하이브리드 롤업: OP와 ZK의 조화
Metis가 시장에서 눈에 띄는 성과를 거둘 수 있었던 것은 혁신적인 하이브리드 롤업 메커니즘 덕분입니다. 즉, 사기 증명과 유효성 증명을 결합하여 두 가지의 장점을 모두 갖추었습니다.
ZKM의 zkMIPS 기술은 Metis의 하이브리드 롤업에 강력한 호환성 지원을 제공하여 Metis가 ZK와 EVM의 유기적 융합을 실현할 수 있도록 합니다.
하이브리드 롤업의 메커니즘과 장점
하이브리드 롤업에서 주요 역할은 다음과 같습니다:
Sequencer: 사용자 거래를 수신하고 처리하며, 거래의 최적 순서를 결정하고 이를 합의 및 데이터 가용성 계층에 패키징하여 게시합니다.
Proposers: Sequencer가 제출한 거래 및 상태 루트를 평가하고, 이를 상태 약속 체인(State Commitment Chain, SCC)에 기록합니다.
Verifiers: 롤업 체인上的 상태 루트를 검증하여 거래의 정확성을 보장하고 사기 행위를 방지합니다.
표준 L2 솔루션에서 Sequencer는 거래를 수집하고 처리한 후 거래 데이터를 이더리움 메인넷(L1)에 게시합니다. 이 과정에서는 L1이 최종 데이터 검증 및 확인을 수행하여 보안성과 일관성을 보장합니다.
하이브리드 롤업은 L2 거래를 처리하고 최적화하는 데 혼합 방법을 사용하며, 구체적인 단계는 다음과 같습니다:
1. 거래의 발의 및 처리:
사용자가 L2에서 거래를 시작합니다.
Sequencer는 이러한 거래를 수신하고 처리하여 규범 거래 체인(Canonical Transaction Chain, CTC)에서의 순서를 결정합니다.
2. 상태 제출 및 검증:
Proposers는 거래를 평가한 후 상태 루트를 SCC에 제출합니다.
Verifiers는 SCC의 상태 루트를 검토하여 정확성을 보장합니다.
3. 제로 지식 증명의 생성 및 검증:
Prover는 L1에서 데이터를 읽어 ZK 증명을 생성합니다. 이는 하이브리드 롤업의 핵심 특성으로, 시스템이 특정 거래 내용을 누설하지 않고 거래의 유효성을 검증할 수 있도록 합니다.
ZK 증명이 생성되면, 제시간에 제출되지 않을 경우 Verifier는 사기 증명 프로세스를 시작하며, Sequencer에 대한 처벌이 있을 수 있습니다.
4. 데이터 및 상태의 최종 확인:
스마트 계약을 통해 ZK 증명이 검증되면 거래가 최종 확정됩니다.
L1과 L2 간의 스마트 계약 브리지를 통해 자산과 상태의 안전한 이전이 보장됩니다.
하이브리드 롤업의 설계는 여러 가지 뚜렷한 장점을 제공합니다:
효율성과 비용 효율성: ZK 증명을 사용함으로써 하이브리드 롤업은 더 적은 가스를 소모하면서 더 많은 거래를 처리할 수 있습니다.
강화된 보안성: 전통적인 사기 증명과 ZK 증명을 결합하여 잠재적인 악의적 행위에 직면하더라도 거래의 안전성과 정확성을 보장합니다.
확장성: 재귀 증명을 활용하여 하이브리드 롤업은 성능을 희생하지 않고 대규모 거래를 처리할 수 있으며, 더 넓은 블록체인 응용 프로그램을 지원합니다.
호환성과 유연성: 다양한 스마트 계약 및 프로그래밍 언어를 지원하여 개발자가 기존 응용 프로그램을 하이브리드 롤업으로 쉽게 이전할 수 있도록 합니다.
zkMIPS가 어떻게 우수한 ZK 호환성을 실현하는가
ZK의 핵심 아이디어는 프로그램 실행 과정을 간단히 검증할 수 있는 수학적 증명으로 변환하여 모든 사람이 프로그램 실행의 정확성을 쉽게 검증할 수 있도록 하며, 프로그램을 반복 실행할 필요가 없도록 하는 것입니다. 여기서의 어려움은 임의의 프로그램 논리를 상대적으로 안정적인 수학적 증명으로 변환하는 것입니다.
개발자는 일반적으로 고급 언어를 사용하여 프로그램을 개발하며, 서로 다른 고급 언어는 서로 다른 논리로 하드웨어와 "대화"합니다.
따라서 기존 ZK 프로젝트의 구현 경로는 일반적으로 서로 호환되지 않습니다. Scroll은 EVM의 각 작업 코드에 대해 회로를 직접 작성하여 작업 코드 수준의 동등성을 구현하였으며, 이는 EVM을 정확하게 반영하지만 막대한 공사량을 초래했습니다.
Polygon zkEVM은 최적화된 성능을 가진 맞춤형 VM을 생성하여 EVM 바이트코드를 VM의 바이트코드로 직접 변환하여 작업 코드 수준의 동등성을 더 효율적으로 구현했지만, 많은 맞춤형 코드의 도입은 장기적으로 EVM에서 벗어날 수 있습니다.
zkSync는 자신의 VM(SyncVM)을 생성하고 레지스터를 기반으로 자신의 대수적 중간 표현(AIR)을 정의한 후, Yul(다양한 EVM 버전의 바이트코드로 컴파일할 수 있는 중간 언어)을 LLVM-IR로 컴파일한 다음 이를 맞춤형 VM의 명령어로 컴파일하는 전용 컴파일러를 구축하여 Solidity 수준의 호환성을 실현했지만, 기존 이더리움 도구를 직접 사용할 수 없으며 언어 간 변환도 프로그램을 다시 감사해야 할 수 있습니다.
StarkNet는 EVM 호환성을 포기하고 자신의 저급 언어(Cairo)를 사용하여 맞춤형 스마트 계약 VM(Cairo VM)을 실행하여 극한의 ZK 효율성을 얻습니다.
위의 프로젝트 솔루션과 비교하여, ZKM은 더 포괄적인 경로인 zkMIPS를 선택했습니다.
MIPS는 "Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages"의 약자로, 1985년에 시작된 설계가 간단한 마이크로프로세서 명령어 집합입니다.
MIPS의 기본 원칙은 복잡한 마이크로프로세서 명령어를 가장 기본적인 형태로 단순화하는 것입니다. 이렇게 하면 처리 속도가 향상될 뿐만 아니라 프로그램 실행 시의 복잡성이 줄어듭니다.
zkMIPS 시스템에서 이 명령어 집합은 프로그램을 ZK 증명으로 변환하는 데 사용됩니다.
zkMIPS의 구현 과정은 다음과 같습니다:
프로그램을 MIPS로 변환: 먼저, 고급 프로그래밍 언어(예: Solidity 또는 Rust)로 작성된 스마트 계약이나 프로그램이 MIPS 명령어 집합으로 컴파일됩니다. 이 단계는 더 높은 수준의 추상을 하드웨어 수준에서 실행할 수 있는 구체적인 작업으로 변환하는 것입니다.
ZK 증명 생성: 그 후, 이러한 MIPS 명령어는 해당 제로 지식 증명을 생성하는 데 사용됩니다. MIPS의 단순화된 특성 덕분에 이 단계는 계산적으로 더 효율적이며, 안전성을 희생하지 않고 더 빠르게 증명을 생성할 수 있습니다.
zkMIPS의 장점
호환성: zkMIPS는 EVM 호환 Solidity뿐만 아니라 Rust 및 Move와 같은 다른 주요 개발 언어도 지원합니다. 이를 통해 zkMIPS는 더 넓은 블록체인 개발 생태계에 기여할 수 있으며, 더 많은 응용 가능성을 가져옵니다.
비용 효율성: MIPS 명령어 집합의 효율성 덕분에 zkMIPS는 제로 지식 증명을 생성할 때 연산 비용을 크게 줄여 시스템의 전체 지속 가능성을 높입니다.
재귀 증명: zkMIPS는 재귀 증명을 지원하여 여러 증명을 하나의 더 관리하기 쉬운 단위로 집계할 수 있으며, 이는 시스템의 확장성을 높이는 데 매우 중요합니다.
실제로 MIPS의 장점은 Optimism과 같은 프로젝트에 통합되었습니다. Optimism의 Cannon 메커니즘은 실행된 프로그램을 MIPS로 변환하여 실행 과정에서 오류를 더 간단하고 효율적으로 찾고 재실행할 수 있도록 합니다.
Metis도 이러한 추세를 따르며 Cannon을 생태계에 통합하여 zkMIPS 기술의 실용성과 효율성을 더욱 입증했습니다.
분산 Sequencer: 분산성과 지속 가능성
하이브리드 롤업을 사용하여 OP와 ZK의 장점을 통합하는 것 외에도, Metis는 분산 Sequencer의 실현을 적극적으로 추진하여 롤업의 분산 모델을 제시하고 있습니다.
전통적인 롤업 모델에서 단일 Sequencer는 거래와 데이터를 효과적으로 처리할 수 있지만, 동시에 막대한 권력을 집중시켜 여러 가지 위험을 초래할 수 있습니다:
운영 위험: Sequencer가 고장 나거나 공격을 받으면 전체 시스템의 거래 처리가 중단됩니다.
검열 위험: Sequencer는 거래를 선택적으로 처리하거나 거부할 수 있는 능력이 있어, 특정 분산 금융(DeFi) 프로토콜이나 서비스에 대한 사용자 접근을 제한할 수 있습니다.
조작 위험: 거래 순서에서 Sequencer는 자신의 거래를 우선 처리하여 거래 수수료를 높여 부당한 이익을 얻을 수 있으며, 이를 최대 추출 가치(MEV)라고 합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 Metis는 여러 Sequencer 노드로 구성된 분산 Sequencer 풀을 설계하여 거래의 집계, 정렬 및 실행을 공동으로 수행합니다. 이 설계는 시스템의 공정성과 투명성을 보장합니다:
합의 메커니즘: 3분의 2 이상의 Sequencer 노드가 각 새 블록의 상태에 대해 합의에 도달해야 하며, 그 후 거래 배치를 이더리움 메인넷(L1)에 제출할 수 있습니다.
다자 계산(MPC) 서명: 거래 배치가 L1에 제출되기 전에 MPC 서명을 통해 배치의 진위를 검증하여 데이터의 정확성을 보장합니다.
분산 Sequencer의 장점:
보안성 강화: 여러 노드가 공동으로 의사 결정을 내림으로써 단일 실패 지점의 위험을 줄이고 네트워크의 강건성과 보안성을 높입니다.
검열 및 조작 가능성 감소: 여러 Sequencer의 존재로 인해 단일 노드가 거래를 조작하거나 검열하기 어려워져 사용자 거래의 자유를 보호합니다.
안정성 및 여유: 시스템은 Sequencer의 원활한 교체를 지원하여 고장이나 중단의 영향을 최소화하고 전체 네트워크의 안정성을 높입니다.
Metis의 분산 Sequencer 모델에서 각 노드는 몇 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다:
L2 Geth(포함 OP-Node): 거래 정렬 및 블록 조립을 담당합니다.
어댑터 모듈: 다른 외부 모듈(주로 PoS 노드)과 상호 작용하는 중개 역할을 합니다.
배치 제출자(Proposer): 거래 배치를 구성하고 여러 Sequencer의 승인을 받은 후 L1에 제출합니다.
PoS 노드: 이더리움, 합의 및 Metis 계층 간의 조정을 담당하여 자산의 안전한 잠금을 보장하고 검증자에게 보상을 제공합니다.
합의 계층: 이더리움 메인넷과 병행하여 운영되는 Tendermint PoS 노드 집합을 포함하여 운영 효율성을 보장하면서 메인넷의 진행을 방해하지 않습니다.
이러한 설계를 통해 Metis의 분산 Sequencer 풀은 거래 처리의 공정성과 투명성을 높일 뿐만 아니라 권력을 분산시켜 네트워크의 보안성과 안정성을 강화합니다. 이는 신뢰할 수 있고 지속 가능한 블록체인 생태계를 구축하는 데 중요한 요소입니다.
요약 및 전망
Metis의 기술과 이념의 장점은 미래의 추가 발전을 위한 견고한 기반을 마련했습니다. zkMIPS 기반의 하이브리드 롤업은 ZK-Rollup의 호환성 문제를 해결하여 더 다양한 개발자 생태계를 가져올 것으로 기대됩니다.
분산 Sequencer의 추진은 팀의 분산화 비전을 보여줍니다. Metis의 생태계가 지속적으로 성숙해짐에 따라, Metis가 향후 L2 경쟁에서 지속적으로 뛰어난 성과를 내며 사용자와 개발자에게 끊임없는 가치를 창출할 것이라고 믿을 이유가 있습니다.
