zkEVM 업그레이드 서사 zkVM, 이 다섯 개 핵심 프로젝트는 왜 주목할 가치가 있을까?

zkVM 소개

zkVM은 제로 지식 증명 기반의 범용 계산 플랫폼으로, 스마트 계약 실행, 데이터 처리 및 복잡한 알고리즘 연산 등 다양한 계산 작업을 수행할 수 있습니다. 그 핵심 기능은 제로 지식 증명을 생성하는 것으로, 이 증명은 실행 세부 정보를 누설하지 않고 계산의 정확성을 검증할 수 있습니다. SNARKs 기술을 통해 이러한 증명은 체인 외부에서 검증될 수 있으며, 검증자는 블록체인에서 전체 계산 과정을 다시 실행할 필요 없이 비싼 계산 비용을 지불하지 않아도 됩니다.

또한, zkVM의 설계는 단순히 암호화폐 거래에 국한되지 않으며, 의료 데이터 처리, 공급망 관리, 비밀 투표 시스템 등 다양한 응용 시나리오에 배포될 수 있는 범용성을 가지고 있습니다. 이러한 응용은 데이터 안전성을 보장하면서 처리 논리의 정확성을 검증해야 합니다.

zkVM 다른 가상 머신과 비교

전통적인 가상 머신(VM)은 일반적으로 물리적 하드웨어에서 완전한 계산 환경을 가상화하는 것을 의미하며, 핵심 기능은 하드웨어 환경을 시뮬레이션하여 동일한 물리적 하드웨어에서 여러 운영 체제나 응용 프로그램을 실행할 수 있도록 하는 것입니다. 이러한 가상 머신은 주로 하드웨어 가상화 기술과 운영 체제 수준의 격리를 통해 기능을 구현합니다. 이들은 일반적으로 그 안에서 실행되는 응용 프로그램이나 데이터에 대한 암호화 검증 과정을 포함하지 않습니다.

제로 지식 가상 머신(zkVM)은 제로 지식 증명 기술을 사용하여 프로그램 실행 과정의 정확성을 보장합니다. 이 기술은 가상 머신에서 컴파일되고 실행될 수 있는 모든 프로그램에 적용될 수 있습니다. zkVM의 설계는 다양한 응용 시나리오에 적합한 범용 계산 검증 플랫폼을 제공하는 데 중점을 두며, Rust, C/C++, Go와 같은 여러 프로그래밍 언어를 지원하여 개발자가 자신이 익숙한 언어로 응용 프로그램을 구축할 수 있도록 합니다. 계산 및 검증 과정은 종종 전통적인 VM보다 더 많은 시간이 소요됩니다. 제로 지식 증명을 생성하는 것은 계산 집약적인 과정으로, 많은 계산 자원을 요구하며, 이는 거래 처리 속도(TPS)를 크게 제한합니다. 현재의 zk 기술은 단일 증명 생성 측면에서 상당한 발전을 이루었지만, 고부하 조건에서 대규모 거래를 처리하는 능력은 여전히 제한적입니다. 각 증명의 생성은 몇 초에서 몇 분까지 걸릴 수 있으며, 이는 높은 처리량이 필요한 응용(예: 대규모 결제 처리 시스템)에 제약이 됩니다.

zkEVM은 zkVM의 특정 구현으로, 이더리움 생태계를 위해 설계되었으며, 제로 지식 증명을 통해 이더리움의 확장성을 강화하는 것을 목표로 합니다. 이는 이더리움의 스마트 계약 및 개발 도구(예: Solidity 및 Vyper)와 완전히 호환되며, 기존의 이더리움 응용 프로그램은 수정 없이 zkEVM으로 원활하게 이전할 수 있습니다. 따라서 zkEVM은 이더리움의 특정 최적화 버전과 유사합니다.

zkVM 관련 프로젝트

zk 기술의 도전에도 불구하고, 시장에서는 zk VM 솔루션 개발에 기술력을 보이는 몇몇 프로젝트가 있습니다.

Jolt: 뛰어난 성능

4월 9일, a16z는 zkVM 솔루션 Jolt의 초기 구현을 발표했습니다. Jolt는 새로운 유형의 zkVM으로, 주요 특징은 빠른 실행 속도와 개발자에게 더 쉽게 확장 및 코드 감사가 가능하다는 점입니다.

다른 STARK 프레임워크 기반의 zkVM과 달리, Jolt는 Lasso 검색 매개변수와 sumcheck 기반 기술을 활용했습니다. 이 혁신적인 방법은 새로운 가상 머신 명령의 구현을 단순화할 뿐만 아니라 시스템의 전체 속도를 향상시킵니다. Jolt의 설계는 사용 용이성과 효율성을 강조하며, 코드베이스가 매우 간결하여 Jolt의 각 CPU 명령은 단 50줄의 Rust 코드로 구현할 수 있습니다. 또한, Jolt의 성능은 매우 뛰어나며, 초기 기준 테스트에서 제로 지식 증명의 실행 속도가 RISC Zero 보다 5배 이상 빠르며, SP1보다 2배 빠릅니다.

RISC Zero: 복잡한 계산의 효율적 처리

RISC Zero는 재귀 SNARK 구조를 가진 zkVM으로, 증명이 서로 중첩될 수 있도록 지원하는 재귀 방법을 채택한 것이 특징입니다. SNARKs 기술에서 재귀는 복잡한 증명을 더 작고 관리하기 쉬운 증명으로 분해할 수 있습니다. 이러한 소형 증명은 독립적으로 검증될 수 있으며, 최종적으로 하나의 완전한 대증명으로 통합됩니다. 이 과정은 증명의 유효성에 영향을 미치지 않습니다. RISC Zero의 독특한 점은 재귀를 구현하는 방법으로, 다층 증명을 단일 증명 체인에 원활하게 통합하여 계산 부담과 처리해야 할 데이터 양을 줄이고, 여러 계산 단계에서 검증 과정의 안전성과 완전성을 유지합니다.

RISC Zero의 또 다른 독특한 점은 RISC-V 명령 집합을 사용한다는 것입니다. 이는 개방형 표준 ISA(명령 집합 아키텍처)로, 확장성과 확장성을 구현하기 위해 설계되었습니다. 이 선택은 RISC Zero가 광범위한 도구와 지원 생태계를 활용할 수 있도록 보장하여, 다른 zkVM이 독점적이거나 덜 일반적인 아키텍처를 사용할 경우보다 더 쉽게 접근하고 기존 시스템에 통합될 수 있도록 합니다.

작년 그들은 4천만 달러의 A 라운드 자금을 성공적으로 조달했습니다. 이번 라운드는 Blockchain Capital이 주도했으며, Bain Capital Crypto, Galaxy Digital, IOSG Ventures, RockawayX, Maven 11, Fenbushi Capital, Delphi Digital 등 다른 유명 투자자들이 참여했습니다.

Succinct: 개발자 친화적

Succinct는 zkVM SP1을 개발했으며, SP1은 Rust 또는 LLVM으로 컴파일할 수 있는 다른 언어로 작성된 코드를 실행하기 위해 맞춤화되어 유연성과 사용 용이성이 높습니다. SP1은 모듈화 아키텍처를 지원하여 개발자가 "프리컴파일"을 통해 기능을 사용자 정의하고 확장할 수 있도록 합니다. 프리컴파일은 특정하고 개발자가 추가하거나 수정할 수 있는 모듈로, 이러한 모듈은 핵심 가상 머신의 기능을 강화하여 특정 작업이나 연산을 보다 효율적으로 처리할 수 있게 합니다.

또한 SP1은 분산된 증명자 네트워크를 구축하여 증명의 배포 및 실행을 간소화하고, 고급 암호화 방법을 사용하는 데 드는 장벽을 낮추었습니다. 이 네트워크는 개발자가 클릭 한 번으로 효율적으로 증명을 생성할 수 있도록 하여 간소화된 방법을 제공합니다.

3월, Succinct는 5천5백만 달러의 자금을 조달했습니다. 이번 자금 조달은 Paradigm이 주도했으며, Robot Ventures, Bankless Ventures, Geometry, 그리고 엔젤 투자자 Eigenlayer의 Sreeram Kannan 및 Polygon의 공동 창립자 Sandeep Nailwal 등이 참여했습니다. 5월 13일, Succinct은 SP1 테스트넷을 출시한다고 발표했습니다.

Taiko: 다중 증명 시스템

Taiko는 zkEVM에서 zkVM으로 전환하기 시작했으며, 그 zkVM의 독특한 점은 다중 증명 시스템의 활용입니다. 다중 증명 개념은 Vitalik에 의해 제안되었으며, Taiko는 이 개념을 구현한 첫 번째 프로젝트임을 밝히며, 5월 말 메인넷 출시 시 이 다중 증명 시스템을 직접 지원할 것입니다. 이 시스템은 Taiko의 zkVM이 여러 유형의 증명을 생성할 수 있도록 하여 시스템의 안전성과 견고성을 향상시킵니다. 만약 한 유형의 증명에서 문제가 발생하더라도, 다른 유형의 증명이 시스템의 정상 작동을 계속 보장하고 오류 상태 전환을 신속하게 감지할 수 있습니다. 또한 Halo2-KZG 증명 시스템이 채택되어 복잡한 계산과 대규모 거래 처리 시 효율성과 저비용을 유지할 수 있습니다.

3월, Taiko는 1천5백만 달러 A 라운드 자금을 조달했으며, Lightspeed Faction, Hashed, Generative Ventures 및 Token Bay Capital이 공동 주도하였고, Wintermute Ventures, Flow Traders, Amber Group, OKX Ventures 및 GSR 등이 참여했습니다.

ZKM: MIPS 아키텍처 간단하고 안정적

ZKM은 Metis 재단이 육성한 zkVM 프로젝트로, MIPS 아키텍처를 채택하여 제로 지식 증명 기술과 결합하여 zk 가상 머신을 생성했습니다. 이러한 설계는 ZKP가 시스템 내부의 계산 처리 방식과 더욱 잘 맞아떨어지게 하여 작업 속도를 가속화하고, 개별적으로 ZKP 프로토콜을 구현하는 데 관련된 계산 비용을 줄입니다. 현재 대부분의 zkVM이 Rust 언어를 사용하는 반면, ZKM은 Golang의 원주율 지원을 제공합니다.

MIPS(Interlocked Pipeline Stages가 없는 마이크로프로세서)는 첫 번째 세대의 축소 명령 집합 컴퓨터 아키텍처입니다. MIPS 명령 집합은 상대적으로 간단하고 안정적이며, 다양한 계산 장치와 임베디드 시스템에 널리 적용될 수 있어 뛰어난 범용성과 적응성을 가지고 있습니다. MIPS 아키텍처 기반의 ZKM 시스템은 개발 및 배포가 더 용이합니다.

zk MIPS는 전체 MIPS 프로그램을 여러 세그먼트로 나누고, 각 세그먼트의 명령을 네 가지 유형으로 나누어 해당 네 개의 모듈 테이블에 배치합니다. zk MIPS는 STARK 증명 방법을 사용하여 각 모듈 테이블의 명령을 독립적으로 검증하여 테이블의 각 작업이 올바른지, 프로그램 세그먼트의 각 명령이 해당 모듈 테이블에 포함되어 있는지를 확인합니다. 이후 각 프로그램 세그먼트의 실행 순서가 전체 프로그램의 실행과 일치하는지를 검증합니다. 이러한 방식으로 체인 외부에서 실행되는 프로그램도 체인 상에서 검증될 수 있어 프로그램 실행의 투명성과 신뢰성을 높입니다.

ZKM은 최근 신뢰 최소화 다중 체인 상호 운용성 인프라인 Entangled Rollups를 출시하여 zkMIPS를 활용하여 신뢰가 필요 없는 분산 다중 체인 상호 운용 프레임워크를 구축했습니다. 제3자의 zk 브리지가 자산 이동을 스냅샷으로 검증하는 것과는 달리, 모든 계산이 검증될 수 있어 매우 안전합니다. 이러한 상호 운용성의 핵심은 하나의 블록체인에서 증명을 생성하고, 다른 블록체인에서 검증할 수 있는 일반적인 증명 메커니즘이 존재한다는 것입니다. ZKM은 다른 zkVM과의 차별점 중 하나로 모든 작업에 적용 가능한 제로 지식 증명을 생성할 수 있습니다. ZKM은 CPU/MIPS 아키텍처의 하부에 보안을 내장하여 해당 아키텍처 위의 모든 소프트웨어가 동일한 보안을 누릴 수 있도록 하며, 각 소프트웨어가 개별적으로 제로 지식 증명 과정을 수행할 필요가 없습니다.

또한 ZKM의 특징은 다음과 같습니다:

모든 가상 머신과 호환: ZK M은 각 가상 머신 아래에 위치하여 M ove V M (zk M V M), WAS M (zk WAS M), R ust V M (zk R V M) 등 다양한 블록체인 스마트 계약 엔진과 호환됩니다.
플러그 앤 플레이: 개발자는 기존 코드베이스를 변경하지 않고 ZKM을 채택할 수 있습니다. 저비용으로 채택할 수 있으며, 다양한 스마트 계약 언어 및 전통 프로그래밍 언어를 사용할 수 있습니다.
장기적인 안정성: MIPS 명령 집합은 안정성이 있어 EVM의 지속적인 변경에 따라 명령 집합을 변경할 필요가 없어 개발자에게 더 안정적인 환경을 제공합니다.

zkVM의 미래 전망

블록체인 기술이 지속적으로 성숙해지고 선도 기업들이 끊임없이 탐색함에 따라, zkVM의 성능은 계속 향상되고 있으며, 우리는 zkVM이 암호화 세계에서 점점 더 중요한 역할을 하여 핵심 기술의 일부가 될 것이라고 예상할 수 있습니다. 특히 데이터 민감성과 크로스 체인 보안에 대한 수요가 증가하는 현재, zkVM이 제공하는 능력은 시장의 요구에 적합합니다. 우리는 회로 최적화 및 증명 시스템 자체의 최적화와 같은 다양한 기술적 난제를 극복하고, 모든 프로그래밍 언어에 완벽하게 적합한 zkVM을 출시하여 더 많은 개발자를 Web3의 새로운 시대에 이끌기를 기대합니다.

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