Vitalik 블로그: 이더리움 L2 중심 생태계가 직면한 도전은 무엇인가?

저자: Vitalik Buterin

편집: Peng Sun, Foresight News

원문 제목: How do layer 2s really differ from execution sharding?

2년 반 전, 저는 「Endgame」라는 글에서 블록체인의 미래 발전 경로가 기술적으로 매우 유사하게 보일 것이라고 언급했습니다. 두 경우 모두 체인 상에 많은 거래가 있으며, 이러한 거래를 처리하기 위해서는: (1) 많은 계산; (2) 많은 데이터 대역폭이 필요합니다. 일반적인 이더리움 노드(예를 들어, 제가 지금 컴퓨터에서 실행 중인 2TB reth 아카이브 노드)는 강력한 소프트웨어 엔지니어링 성능과 Verkle 트리를 가지고 있더라도 방대한 데이터 양과 계산량을 직접 검증하기에는 부족합니다. 반면에, 「L1 샤딩」과 롤업 중심의 두 가지 솔루션에서 ZK-SNARK는 계산을 검증하는 데 사용되고, DAS는 데이터 가용성을 검증하는 데 사용됩니다. L2 샤딩이든 롤업이든 DAS는 동일하며, ZK-SNARKs 기술도 동일합니다. 그것들은 스마트 계약 코드이자 프로토콜의 기능입니다. 진정한 기술적 의미에서 이더리움은 샤딩을 하고 있으며, 롤업은 샤딩입니다.

이것은 자연스럽게 질문을 제기합니다: 두 가지의 차이점은 무엇인가요? 그 중 하나는 코드 결함으로 인한 결과가 다르다는 것입니다: 롤업에서는 토큰이 도난당하고, 샤딩에서는 합의가 깨집니다. 하지만 저는 프로토콜이 안정화되고 형식 검증(formal verification) 기술이 개선됨에 따라 코드 결함의 영향이 점점 줄어들 것이라고 예상합니다. 그렇다면 이 두 가지 장기적으로 존재할 가능성이 있는 솔루션 간의 다른 차이점은 무엇일까요?

실행 환경의 다양성

2019년, 우리는 이더리움에서 간단히 논의한 아이디어 중 하나는 실행 환경이었습니다. 본질적으로 이더리움은 서로 다른 규칙을 가진 다양한 「zones」를 가질 것이며, 이러한 「zones」는 계정(완전히 다른 방법인 UTXO 포함), 가상 머신의 작동 방식 및 기타 기능에 대해 서로 다른 규칙을 설정할 수 있습니다. 이렇게 하면 스택의 각 부분에서 방법의 다양성을 구현할 수 있지만, 이더리움이 다기능을 통합하려고 하면 이를 달성하기가 매우 어렵습니다.

결국 우리는 더 야심찬 계획 중 일부를 포기하고 EVM만 유지했습니다. 그러나 이더리움 L2(롤업, 밸리디움 및 플라스마 포함)는 결국 실행 환경의 역할을 했다고 할 수 있습니다. 현재 우리는 일반적으로 EVM 동등 L2에 집중하고 있지만, 사실 많은 다른 방법이 가져오는 다양성을 간과하고 있습니다:

● Arbitrum Stylus는 EVM 외부에 WASM 기반의 두 번째 오라클을 추가했습니다;

● Fuel은 비트코인과 유사하지만 기능이 더 완전한 UTXO 기반 아키텍처를 사용합니다;

● Aztec는 ZK-SNARK 기반의 프라이버시 보호 스마트 계약 설계를 위한 새로운 언어와 프로그래밍 패러다임을 도입했습니다.

UTXO 기반 아키텍처, 출처: Fuel 문서

우리는 EVM을 모든 가능한 패러다임을 포괄하는 슈퍼 가상 머신으로 만들려고 시도할 수 있지만, 그렇게 하면 각 기능의 효율성이 크게 떨어지며, 이러한 플랫폼이 전문적인 일을 하도록 하는 것이 더 낫습니다.

안전성의 절충: 확장성 및 거래 속도

이더리움 L1은 매우 강력한 보안을 제공합니다. L1에서 최종적으로 완료된 블록에 특정 데이터가 포함되어 있다면, 전체 합의(극단적인 경우 사회적 합의 포함)는 이러한 데이터가 수정되지 않도록 보장하고, 이러한 데이터로 촉발된 모든 실행이 복원되지 않도록 하며, 여전히 이러한 데이터에 접근할 수 있도록 노력합니다. 이러한 보안을 달성하기 위해 이더리움 L1은 높은 비용을 감수할 의향이 있습니다. 이 글을 작성할 당시 거래 수수료는 상대적으로 낮습니다: Layer2의 각 거래는 1센트도 안 되며, L1에서 기본 ETH 전송도 1달러가 되지 않습니다. 기술 발전이 충분히 빠르다면, 가용 블록 공간의 증가가 수요 증가를 따라잡을 수 있다면, 이러한 수수료는 미래에도 계속 낮을 수 있지만, 그럴 수도 없을 것입니다. 많은 비금융 애플리케이션(예: 소셜 미디어나 게임)에게는 거래당 0.01달러도 너무 비쌉니다.

하지만 소셜 미디어와 게임은 L1과 동일한 보안 모델이 필요하지 않습니다. 누군가가 100만 달러를 지불하면 그들이 잃어버린 체스 게임의 기록을 취소할 수 있거나, 당신의 트윗이 실제로 게시된 지 3일 후에 게시된 것처럼 보이게 할 수 있다면, 그건 괜찮습니다. 따라서 이러한 애플리케이션은 동일한 보안 비용을 지불할 필요가 없습니다. L2 솔루션은 롤업, 플라스마에서 밸리디움에 이르는 다양한 데이터 가용성 방법을 지원함으로써 이를 실현합니다.

또 다른 절충안은 L2에서 L2로의 자산 전송 문제를 둘러싸고 발생합니다. 저는 향후 5~10년 내에 모든 롤업이 ZK 롤업이 될 것이라고 예상하며, Binius와 lookup이 있는 Circle STARKs와 같은 초고효율 증명 시스템과 증명 집계 레이어가 결합되어 L2가 각 슬롯에서 최종 상태 루트를 제공할 수 있게 될 것입니다. 하지만 현재로서는 우리는 Optimistic Rollup과 ZK Rollup을 복잡하게 혼합하고 서로 다른 증명 시간 창을 사용해야 합니다. 만약 우리가 2021년에 실행 샤딩을 구현했다면, 샤딩의 정직성을 유지하는 보안 모델은 ZK가 아닌 Optimistic Rollup이 될 것이며, 따라서 L1은 체인 상 시스템의 복잡한 사기 증명 논리를 관리해야 하며, 자산을 샤딩 간에 전송하기 위해 출금 시간이 일주일에 이를 것입니다. 하지만 코드 결함과 마찬가지로, 저는 이 문제도 결국 일시적일 것이라고 생각합니다.

거래 속도는 안전성 절충의 세 번째 측면이며, 더 지속적인 측면입니다. 이더리움은 12초마다 블록을 생성하며, 더 빠르게 생성하지 않습니다. 그렇지 않으면 중앙 집중화가 과도해집니다. 그러나 많은 L2는 블록 생성 시간을 몇 백 밀리초로 압축하는 방법을 탐색하고 있습니다. 12초는 그리 나쁘지 않습니다: 사용자가 거래를 제출한 후 평균적으로 약 6-7초를 기다려야 블록에 포함됩니다(단지 6초가 아니라, 다음 블록이 그들을 포함하지 않을 수도 있기 때문입니다). 이는 제가 신용카드로 결제할 때 기다려야 하는 시간과 비슷합니다. 그러나 많은 애플리케이션은 더 빠른 속도를 필요로 하며, L2는 이를 실현할 수 있습니다.

속도를 높이기 위해 L2는 사전 확인(preconfirmation) 메커니즘을 가지고 있습니다: L2 자체의 검증자는 특정 시간에 거래를 포함하겠다고 디지털 서명으로 약속하며, 거래가 포함되지 않으면 처벌을 받습니다. StakeSure 메커니즘은 이 메커니즘을 더욱 확장합니다.

L2 사전 확인

이제 우리는 L1에서 이러한 모든 기능을 구현하려고 시도할 수 있습니다. L1은 「빠른 사전 확인」과 「느린 최종 확인」 시스템을 포함할 수 있습니다. 서로 다른 보안 수준을 가진 다양한 샤딩을 포함할 수 있습니다. 그러나 이는 프로토콜의 복잡성을 증가시킵니다. 또한 L1에서 모든 작업을 수행하는 것은 합의 과부하의 위험이 있습니다. 많은 대규모 또는 높은 처리량 방법은 중앙 집중화 위험이 더 높거나 더 강력한 「거버넌스」 형태를 필요로 하며, L1에서 이를 수행하면 이러한 더 강한 요구의 영향이 프로토콜의 다른 부분에 미칠 것입니다. L2를 통해 절충안을 제공함으로써 이더리움은 이러한 위험을 상당 부분 피할 수 있습니다.

Layer2가 조직과 문화에 미치는 이점

한 나라가 두 개로 나뉘어 한쪽은 자본주의 국가가 되고, 다른 쪽은 정부가 강하게 주도하는 국가가 되는 상황을 상상해 보십시오(현실에서 발생하는 상황과는 다르게, 이 사고 실험에서는 이것이 어떤 외상 전쟁의 결과가 아니라, 어느 날 경계가 자연스럽게 나타나는 것이라고 가정합니다). 자본주의 부분에서는 레스토랑이 서로 다른 분산 소유권, 블록체인 및 투표권으로 구성됩니다. 정부 주도 국가에서는 이들은 경찰서처럼 정부의 하위 기관입니다. 첫날에는 큰 변화가 없을 것입니다. 사람들은 기본적으로 기존의 습관을 따르며, 어떤 것이 가능한지, 어떤 것이 불가능한지는 노동 기술과 인프라와 같은 기술적 현실에 따라 달라집니다. 그러나 1년 후에는 큰 변화가 나타날 것입니다. 서로 다른 인센티브와 통제 구조가 행동의 큰 변화를 초래하여 사람들의 출입, 무엇이 건설되고, 무엇이 유지되며, 무엇이 버려지는지에 영향을 미치기 때문입니다.

산업 조직 이론은 이러한 차이에 대해 많은 것을 이야기합니다: 정부 관리 경제와 자본주의 경제 간의 차이뿐만 아니라, 대형 프랜차이즈 기업이 주도하는 경제와 각 슈퍼마켓이 독립 기업가에 의해 운영되는 경제 간의 차이도 이야기합니다. 저는 L1 중심 생태계와 L2 중심 생태계 간의 차이도 유사하다고 생각합니다.

「핵심 개발자가 모든 것을 관리하는」 구조는 큰 문제를 일으켰습니다

L2 중심 생태계로서 이더리움의 주요 장점은 다음과 같습니다:

이더리움이 L2 중심 생태계이기 때문에, 당신은 독립적으로 자신만의 독특한 기능을 가진 하위 생태계를 자유롭게 구축할 수 있으며, 동시에 더 큰 이더리움의 일부가 됩니다.

당신이 단지 이더리움 클라이언트를 구축하고 있다면, 당신은 더 큰 이더리움의 일부입니다. 비록 어느 정도의 혁신 공간이 있지만, L2보다 훨씬 적습니다. 완전히 독립적인 체인을 구축하고 있다면, 당신의 창조 공간은 매우 넓지만, 공유 보안 및 공유 네트워크 효과와 같은 이점을 잃게 됩니다. L2는 좋은 균형점을 제공합니다.

L2는 새로운 실행 환경과 보안 절충 기술을 시도할 수 있는 기회를 제공할 뿐만 아니라, 확장성, 유연성 및 속도를 실현할 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 개발자가 구축하고 유지하도록 유도하는 인센티브 메커니즘과 커뮤니티의 지원을 유도합니다.

사실, 각 L2는 고립되어 있으며, 이는 새로운 방법을 배포하는 데 허가가 필요 없음을 의미합니다: 모든 핵심 개발자를 설득할 필요 없이, 당신의 새로운 방법이 체인의 다른 부분에 대해 「안전한」지 여부를 걱정할 필요가 없습니다. 만약 당신의 L2가 실패한다면, 그것은 당신의 책임입니다. 누구나 기발한 아이디어를 제안할 수 있습니다(예: Intmax의 Plasma 방법), 심지어 이더리움 핵심 개발자가 전혀 주목하지 않더라도, 그들은 계속 구축하고 결국 배포할 수 있습니다. L1 기능과 사전 컴파일은 그렇지 않습니다. 이더리움에서도 L1 개발의 성공과 실패는 종종 정치에 의존하며, 우리가 바라는 것보다 그 정도가 더 높습니다. 이론적으로 무엇을 구축할 수 있는지와 관계없이, L1 중심 생태계와 L2 중심 생태계에서 발생하는 서로 다른 인센티브 메커니즘은 궁극적으로 실제 구축되는 내용, 품질 수준 및 순서에 심각한 영향을 미칩니다.

이더리움 L2 중심 생태계가 직면한 도전 과제는 무엇인가요?

L1 + L2 구조는 큰 문제를 일으켰습니다. 이미지 출처: Reddit

이 L2 중심 접근 방식은 L1 중심 생태계가 거의 직면하지 않는 주요 도전 과제인 조정(coordination) 문제에 직면해 있습니다. 다시 말해, 이더리움에는 많은 L2가 있지만, 직면한 도전은 여전히 「이더리움」처럼 느껴지게 하고 이더리움의 네트워크 효과를 유지하는 방법입니다. 현재 이 상황은 여러 면에서 만족스럽지 않습니다:

● L2 간의 크로스 체인 전송은 일반적으로 중앙 집중화된 크로스 체인 브리지를 필요로 하며, 이는 일반 사용자에게 매우 복잡합니다. 만약 당신이 Optimism에 있는 토큰을 가지고 있다면, 다른 사람의 Arbitrum 주소를 지갑에 붙여넣어 자금을 보낼 수 없습니다.

● 개인 스마트 계약 지갑과 조직 지갑(DAO 포함)의 경우, 크로스 체인 스마트 계약 지갑 지원이 좋지 않습니다. 만약 당신이 L2에서 키를 변경하면, 다른 모든 L2에서 키를 변경해야 합니다.

● 분산 검증 인프라는 일반적으로 부족합니다. 이더리움은 마침내 Helios와 같은 괜찮은 라이트 클라이언트를 갖추기 시작했습니다. 그러나 모든 활동이 L2에서 발생하고 각자 중앙 집중화된 RPC가 필요하다면, 이는 의미가 없습니다. 원칙적으로, 이더리움 블록 헤더가 있다면 L2를 위한 라이트 클라이언트를 구축하는 것은 어렵지 않습니다. 그러나 실제로는 이에 대한 관심이 너무 적습니다.

커뮤니티는 이 세 가지 측면을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 크로스 체인 토큰 교환을 위해 ERC-7683 표준은 새로운 솔루션으로, 기존의 「중앙 집중화된 크로스 체인 브리지」와는 달리 고정된 중앙 집중화된 노드, 토큰 또는 거버넌스가 없습니다. 크로스 체인 계정에 대해 대부분의 지갑은 단기적으로 크로스 체인 재생(replayable) 메시지를 사용하여 키를 업데이트하고, 장기적으로는 키 저장소 롤업을 사용합니다. L2를 위한 라이트 클라이언트도 등장하기 시작했습니다. 예를 들어 Starknet을 위한 Beerus가 있습니다. 또한 최근 차세대 지갑을 통해 사용자 경험이 개선되어 사용자가 수동으로 네트워크를 전환하지 않고도 DApp에 접근할 수 있는 더 기본적인 문제를 해결했습니다.

Rabby 다중 체인 자산 잔액 종합 보기, 이전의 지갑은 이를 수행할 수 없었습니다!

하지만 L2 중심 생태계가 조정을 시도할 때, 어느 정도 어려움을 겪을 수 있다는 것을 인식해야 합니다. 단일 L2는 조정을 위한 인프라를 구축할 자연스러운 경제적 인센티브가 없습니다: 소규모 L2는 그렇게 하지 않을 것이며, 그들은 단지 작은 이익을 얻기 위해 존재하기 때문입니다; 대규모 L2도 그렇게 하지 않을 것이며, 그들은 자신의 지역 네트워크 효과를 강화하는 것에서 동일한 양 또는 더 많은 이익을 얻을 수 있기 때문입니다. 만약 각 L2가 자신만을 생각하고 더 넓은 이더리움 시스템과 어떻게 조화를 이루는지에 대해 아무도 고려하지 않는다면, 우리는 실패할 것입니다. 위의 몇 단락에서 언급된 도시화 유토피아와 마찬가지입니다.

이 문제를 해결하기 위한 완벽한 솔루션이 있다고 말하기는 어렵습니다. 제가 할 수 있는 것은 생태계가 L2 간 인프라가 L1 클라이언트, 개발 도구 및 프로그래밍 언어와 마찬가지로 이더리움 인프라의 한 유형이라는 것을 더 잘 인식하고, 따라서 주목과 자금을 받아야 한다는 것입니다. 우리는 Protocol Guild가 있으며, 아마도 Basic Infrastructure Guild가 필요할 것입니다.

결론

다양한 공개 토론에서 「L2」와 「샤딩」은 종종 블록체인 확장의 두 가지 상반된 전략으로 간주됩니다. 그러나 기본 기술을 연구하면 하나의 난제가 드러납니다: 실제 기본 확장 방법은 완전히 동일합니다. 데이터 샤딩, 사기 검증기 또는 ZK-SNARK 검증기, 또는 「롤업, 샤딩」 간 통신 솔루션이든, 주요 차이점은 누가 이러한 구성 요소를 구축하고 업데이트하며, 그들이 얼마나 자율성을 가지는가입니다.

L2 중심 생태계는 진정한 기술적 의미에서 샤딩과 같지만, 샤딩에서는 자신의 규칙으로 자신의 샤딩을 구축할 수 있습니다. 이는 매우 강력하며, 무한한 창의성을 제공하고, 많은 자율 혁신을 실현할 수 있습니다. 그러나 이는 조정 측면에서 몇 가지 주요 도전 과제를 가지고 있습니다. 이더리움과 같은 L2 중심 생태계가 성공하려면 이러한 도전 과제를 이해하고, 이를 해결하기 위해 노력해야 하며, L1 중심 생태계의 이점을 최대한 많이 얻고, 두 가지의 최적 상태에 최대한 가까워져야 합니다.