Zk-Rollups란 무엇인가? Layer-2 확장성 기술 분석

원문 제목：Zk 롤업이란 무엇인가? 제 2 레이어 확장성 기술

편집: GaryMa, 우설 블록체인

요약

• 블록체인의 낮은 확장성은 속도 저하, 거래 비용 증가 및 사용자 경험 저하를 초래합니다. 이 문제는 Layer 1(예: 샤딩) 및 Layer 2(예: 롤업)와 같은 대응 솔루션을 통해 잠재적으로 해결할 수 있습니다.
• Layer 1 솔루션은 블록체인 자체를 업그레이드하는 것을 목표로 하며, Layer 2 솔루션은 기존 체인 위에 프레임워크를 생성합니다.
• 롤업은 체인 외부에서 거래를 패키징하여 더 빠른 계산을 가능하게 하는 인기 있는 Layer 2 솔루션입니다.
• Zk-롤업은 제로 지식 증명을 사용하는 롤업 구현입니다.
• 제로 지식 증명은 기본 데이터를 공개하지 않고도 검증을 가능하게 하여 거래의 프라이버시와 보안을 보장합니다.

블록체인 확장성 경쟁

암호화폐의 광범위한 사용과 함께 블록체인 네트워크의 확장성 문제를 해결하는 것이 매우 중요해졌습니다. 혼잡한 블록체인은 속도 저하와 거래 비용 증가를 초래합니다. 이 문제를 해결하기 위해 우리는 두 가지 주요 프레임워크인 Layer 1 및 Layer 2 솔루션을 가지고 있습니다.

• Layer 1 솔루션: 이러한 솔루션은 블록체인의 기본 구조를 직접 개선하여 전체 시스템이 더 높은 처리량을 얻을 수 있도록 합니다. 샤딩은 전형적인 예입니다. 블록체인을 여러 개의 블록으로 나누어 시스템의 용량을 증가시키고 동시에 거래를 처리할 수 있게 합니다.
• Layer 2 솔루션: 이러한 솔루션은 기본 블록체인 위에서 실행됩니다. Layer 2에서는 거래가 체인 외부에서 처리되고 함께 기본 체인에 제출됩니다. 주요 기술에는 상태 채널, 사이드 체인 및 롤업이 포함됩니다. Zk-롤업은 제로 지식 증명을 활용하는 롤업 형태입니다.

Zk-롤업이란 무엇인가?

Zk-롤업을 이해하려면 롤업과 제로 지식 증명을 이해하는 것이 중요합니다.

롤업이란 무엇인가?

롤업은 블록체인이 거래 데이터를 함께 패키징하고 체인 외부에서 처리할 수 있도록 합니다. 처리 후 최종 결과는 기본 체인에 제출됩니다. 이렇게 많은 거래를 동시에 처리함으로써 블록체인 팽창의 가능성을 없애고 더 빠르고 저렴한 계산을 실현합니다. 롤업은 두 가지 유형으로 나뉩니다: 낙관적 롤업과 Zk-롤업.

• 낙관적 롤업: 낙관적 롤업은 모든 거래가 합법적이라는 가정 하에 작동합니다. 이러한 거래가 블록체인에 제출되기 전에 대기 기간을 거칩니다. 이 대기 기간 동안 네트워크는 의심스러운 거래에 이의를 제기합니다. Optimism, Arbitrum 및 opBNB는 낙관적 롤업의 예입니다.
• Zk-롤업: 낙관적 롤업과 달리 zk-롤업은 제로 지식 증명을 통해 각 거래를 검증합니다. 구현이 더 복잡하지만, zk-롤업은 낙관적 롤업에서 볼 수 있는 분쟁 해결 기간을 우회하여 이론적으로 더 빠르게 거래를 처리하는 것을 목표로 합니다.

이제 제로 지식 증명에 대해 알아보겠습니다.

제로 지식 증명이란 무엇인가?

제로 지식 증명(ZKP)은 한 쪽(증명자)이 다른 쪽(검증자)에게 특정 진술이 진실임을 증명할 수 있게 해주는 암호 도구입니다. 이 과정에서 해당 진술에 대한 어떤 세부 정보도 공개하지 않습니다.

ZKP는 세 가지 특성을 가져야 합니다:

• 완전성: 진술이 진실이고 양측이 진실할 경우, 증명은 항상 그 진실성을 확인합니다.
• 신뢰성: 거짓 증명자는 극히 드문 경우에만 정직한 검증자를 설득할 수 없어야 합니다.
• 제로 지식: 가장 결정적인 특성입니다. 과정이 끝날 때, 검증자는 진술의 유효성만 알 수 있고 그 내용에 대해 깊이 알 수 없습니다.

그렇다면 ZKP는 어떻게 작동할까요? 이 방법은 세 단계로 나눌 수 있습니다:

• 증인(Witness): 첫 번째 단계에서 증명자는 검증자에게 비밀 정보를 제공하거나 "증인"을 제공합니다. 여기서의 아이디어는 증명자가 특정 데이터에 접근할 수 있음을 검증자에게 증명하되, 이를 명시적으로 언급하지 않는 것입니다. 증인은 합법적인 증명자만 답할 수 있는 정보에 대한 질문 집합을 설정합니다.
• 도전: 이 단계에서 검증자는 집합에서 무작위 질문을 선택하여 증명자에게 도전합니다.
• 응답: 증명자는 검증자의 질문에 성공적으로 답하여 자신의 신뢰성을 증명합니다.

이제 우리는 롤업과 ZKP가 무엇인지 알았습니다. 이들을 결합하여 zk-롤업이 어떻게 작동하는지 알아봅시다.

Zk-롤업은 어떻게 작동하는가?

Zk-롤업은 두 가지 핵심 구성 요소를 가지고 있습니다:

• 체인上的 스마트 계약: 스마트 계약은 zk-롤업 프로토콜의 작동 규칙을 정의합니다. 여기에는 주요 계약과 검증 계약이 포함됩니다. 주요 계약은 롤업 블록을 저장하고, 예금을 추적하며, 중요한 업데이트를 수행합니다. 검증 계약은 생성된 ZKP를 검증합니다.
• 체인 외부 가상 머신: 이 머신은 L2에서 거래 실행을 처리하는 역할을 합니다. 체인 외부 가상 머신은 이더리움 메인 체인과 독립적으로 작동합니다.

Zk-롤업은 이더리움 블록체인과 밀접하게 연결되어 있지만 독특한 레벨에 있습니다. 이들은 모든 거래의 세부 정보로 이더리움을 압도하지 않습니다. 대신, 이들은 패키징된 요약을 제공하여 기본 체인이 깔끔하고 효율적으로 유지되도록 합니다.

Zk-롤업의 장단점

그렇다면 zk-롤업을 사용하는 것의 장점은 무엇일까요? 살펴보겠습니다.

zk-롤업의 장점

• 처리량 증가: zk-롤업은 거래 실행을 기본 체인에서 더 효율적인 계산 환경으로 이동시킵니다. 거래가 체인에서 개별적으로 처리되지 않기 때문에 전체 처리량이 증가합니다.
• 혼잡 감소: 블록체인 팽창을 줄임으로써 zk-롤업은 효율적인 Layer 1 운영을 지원합니다. 또한, 전체 노드는 전체 데이터를 저장하는 대신 제로 지식 증명만 저장하면 됩니다.
• 비용 절감: 혼잡이 줄어들어 zk-롤업은 전체 비용을 낮추는 데 기여합니다.
• 보안 조치: zk-롤업은 롤업 네트워크에 문제가 발생할 경우 사용자가 자금을 인출할 수 있도록 하는 보안 조치를 포함하고 있습니다. 이는 네트워크 장애 동안 자금이 손실될 수 있는 사이드 체인과 비교할 때 명백한 이점입니다.
• 더 빠른 거래 도전 기간: zk-롤업을 사용하면 롤업 내의 유효성 증명만 검증하면 되므로 거래 도전 기간이 단축됩니다.

zk-롤업의 단점

• 복잡성: zk-롤업의 가장 큰 단점은 그 내재된 복잡성입니다. 이들은 낙관적 롤업보다 구현이 더 복잡합니다.
• 기본 체인 제한: 효율성이 높지만, zk-롤업은 여전히 기본 레이어의 제한을 받습니다.
• 유동성 단편화: 모든 Layer 2는 생태계 내에서 유동성의 분산을 초래합니다. 기본 체인 프로토콜에서 유동성이 얕을 경우 잠재적인 문제가 발생할 수 있습니다.

낙관적 롤업 vs Zk-롤업

결론

확장성은 종종 블록체인 기술의 "성배"로 찬양받습니다. 시스템이 최상의 성능을 발휘하지 못한다면 사용하는 의미가 없습니다. 롤업, 낙관적 및 zk-롤업은 이 오랜 문제에 대한 우아한 해결책을 제공합니다. Zk-롤업은 그 독특한 접근 방식으로 더 빠른 속도, 더 적은 트래픽 및 강력한 보안을 약속합니다. 그렇습니다, 이들은 복잡성이 있지만, 그 잠재력은 막대합니다. 디지털 통화의 미래에 관심이 있는 모든 사람에게 zk-롤업을 이해하는 것은 필수적입니다. 더 나은 블록체인 성능을 지속적으로 추진하는 가운데, 이제 zk-롤업과 그 미래에 대한 약속을 익힐 때입니다.