Thunderbolt 네트워크에서 출발하여 비트코인 라이트닝 네트워크의 설계 논리를 재조명하다

저자: YBB Capital Researcher Ac-Core

1. 왜 비트코인으로 커피를 살 수 없나?

비트코인을 언급하면 대부분의 사람들이 먼저 떠올리는 것은 "탈중앙화"와 "변경 불가능"한 속성입니다. 하지만 실제로 비트코인으로 커피 한 잔을 사려고 하면 곧바로 난처한 문제에 직면하게 됩니다: 거래 확인 시간이 커피를 기다리는 것보다 더 길고, 때로는 수수료가 커피보다 비쌀 수도 있습니다. 비트코인에 있는 자산은 지금까지 "움직이지 않는 산"처럼------주로 HODL에 의존하며, 대출도 안 되고, 조합도 안 되고, 상호 운용도 불가능합니다.

비트코인 스크립트의 스크립트 구조는 극도로 보수적이며, 대부분의 오프체인 상호작용 시나리오를 제한합니다. 그것은 처음부터 매초 수천 건의 결제를 처리하기 위해 설계된 것이 아닙니다. 하지만 현실적인 수요는 분명합니다------사람들은 비트코인을 사용할 수 있기를 원하며, 게임 스킨을 사거나, 비디오를 보고 팁을 주는 것과 같은 간단한 거래를 위해서도 10분을 기다리고 싶지 않습니다.

2. 라이트닝 네트워크: 양날의 검

출처: Cointelegraph

비트코인 메인 체인은 고속도로와 같고, 라이트닝 네트워크는 그 옆에 건설된 유료 고속 통로와 같습니다. 그 핵심 개념은 메인 체인 거래 효율성에 대한 타협에서 비롯됩니다: 체인 상의 거래에 속도 병목 현상이 존재하므로, 모든 거래를 체인에 기록하는 것에 집착하지 않고, 사용자 간의 전용 "결제 채널"을 구축하여 빈번한 회계를 실현하고, 최종적으로 채널이 닫힐 때의 자금 상태만 블록체인에 동기화합니다. 이 방식은 친구들 간에 매주 돌아가며 식사를 하는 정산 방식과 유사합니다------사람들은 매번 식사 후 즉시 은행 송금을 하지 않고, 10번의 소비를 누적한 후 한 번에 정산합니다. 라이트닝 네트워크는 본질적으로 수만 개의 이러한 결제 채널로 엮인 거래 네트워크입니다.

하지만 이처럼 정교해 보이는 시스템은 실제 적용에서 여러 가지 문제를 드러냅니다. 첫째는 채널 구축의 높은 진입 장벽입니다. 사용자는 거래 채널을 구축하기 위해 미리 자금을 잠궈야 하며, 이는 임의의 객체와 거래를 하려면 반드시 전용 채널 연결을 미리 구축해야 함을 의미합니다. 둘째는 복잡한 라우팅 문제입니다. 사용자 A와 B가 직접 연결된 채널이 부족할 때, A-C-B의 간접 경로가 존재하더라도 중간 채널의 자금이 부족하거나 경로 노드가 사용할 수 없으면 거래는 여전히 실패합니다. 더 심각한 것은 보안 위험입니다. 시스템은 사용자가 온라인 상태를 유지해야 하며, 이는 상대방이 채널을 닫을 때 만료된 거래를 제출하여 사기를 치는 것을 방지하기 위한 것입니다. 이는 일반 사용자의 장치 운영 능력에 비현실적인 요구를 부과합니다.

라이트닝 네트워크가 여러 해를 운영해왔음에도 불구하고 이러한 구조적 결함으로 인해 실제 적용은 여전히 한계를 극복하기 어렵습니다. 공개 데이터에 따르면 현재 전체 라이트닝 네트워크의 자금 잠금량은 약 1억 달러 수준에 불과하며, 비트코인 시스템의 수조 달러 규모에 비해 그 생태적 지위는 거의 주변화되어 있습니다. 이는 업계에 깊은 생각을 불러일으킵니다: 우리는 기존의 문제를 극복할 수 있는 더 완벽한 오프체인 결제 프로토콜을 구축할 수 있을까요?

체인 캐처의 4월 15일 보도에 따르면, HSBC 은행은 공식 뉴스 보도에서 Bitcoin Thunderbolt가 지난 10년간 비트코인에서 가장 이정표적인 기술 업그레이드라고 밝혔습니다. Thunderbolt 전체 관찰은 "라이트닝 네트워크 2.0"과 비슷하지만, 단순한 업그레이드가 아니라 오프체인 비트코인 상호작용 패러다임에 대한 재구성입니다.

3. Thunderbolt 프로토콜이란?

출처: Nubit | Bitcoin Thunderbolt

Bitcoin Thunderbolt는 비트코인 기본 레이어를 기반으로 한 소프트 포크 업그레이드 방식으로, 두 번째 레이어 네트워크나 크로스 체인 브릿지의 절충안에 의존하지 않고, 비트코인 메인 체인의 프로토콜 레벨에서 직접 변경하여 비트코인의 확장성, 거래 성능 및 프로그래밍 능력을 근본적으로 향상시킵니다.

성능 측면에서 Nubit는 UTXO(미사용 거래 출력) 번들링 기술을 활용하여 비트코인의 전통적인 거래 처리 방식을 크게 최적화했습니다. 전통적인 비트코인 네트워크는 단일 UTXO 방식을 사용하여 거래 속도와 처리량이 명확히 제한됩니다. UTXO 번들링은 여러 UTXO를 함께 처리할 수 있게 하여 거래 데이터 양을 압축하고, 안전성을 희생하지 않으면서 거래 속도를 약 10배 향상시킵니다.

프로그래밍 가능성 측면에서 Bitcoin Thunderbolt는 OP_CAT 연산 코드를 재도입하고 확장하여(이 연산 코드는 비트코인 초기 버전에서 존재했으나 나중에 제거되었습니다) 데이터 연결 작업을 허용합니다. 이를 통해 개발자는 비트코인 메인 체인에서 직접 스마트 계약을 구현할 수 있는 더 복잡한 스크립트 로직을 구축할 수 있습니다. 이 업그레이드가 가져오는 가장 직접적인 이점은: 사이드 체인, 롤업 또는 크로스 체인 브릿지에 의존하지 않고도 개발자가 원주율 비트코인 네트워크에서 분산형 애플리케이션(dApps)을 배포할 수 있다는 것입니다.

자산 프로토콜의 통합 측면에서 Nubit는 Goldinals라는 통일된 표준을 지지하고 구현했습니다. Goldinals는 제로 지식 증명 및 상태 약속을 기반으로 한 자산 발행 프레임워크를 제공합니다. 간단히 말해, 이는 "비트코인 원주율"의 토큰 표준으로, 외부 신뢰 기관에 의존하지 않고 복잡한 크로스 체인 브릿지 없이도 체인에서 각 토큰의 존재와 상태를 검증할 수 있습니다. BitMM은 비트코인에서 운영되는 체인 상 자동 시장 조성기로, BRC-20, Runes 및 Ordinals와 같은 프로토콜 자산을 통합합니다. Nubit은 신뢰 없는 거래에서도 중요한 돌파구를 마련했습니다. 그들이 출시한 BitMM(비트코인 메시지 마켓) 시스템은 사용자가 비트코인 체인에서 신뢰 없는 거래 매칭 및 정보 검증을 수행할 수 있도록 지원합니다.

전통적인 확장성 접근 방식(예: 사이드 체인, 플라즈마, 롤업 또는 브릿지 포장 토큰)과는 달리 Nubit은 "메인 체인 원주율 확장" 경로를 채택했습니다. BitVisa는 분산형 신원 및 증명 시스템을 제공합니다. 거래 압축, 스마트 계약 지원, 자산 표준 통합 및 체인 상 거래 매칭 등은 모두 비트코인 메인 체인 위에서 직접 실행됩니다. 사용되는 것은 원주율 BTC이며, 크로스 체인 매핑 토큰이 아닙니다.

3.1 핵심 메커니즘 분석

이 장의 내용은 "Stateless and Verifiable Execution Layer for Meta-Protocols on Bitcoin" 문서에 따라 설명됩니다(참고 링크 1 참조). 개인적인 이해에 따르면 비트코인 Thunderbolt(레인 네트워크)와 비트코인 Lightning(라이트닝 네트워크)는 모두 비트코인 메인 체인 거래 확인 속도가 느린 문제를 해결하기 위해 제안된 확장 솔루션으로, 핵심 목표는 효율성을 높이고 비용을 낮추는 것입니다. 두 가지의 차이는 다음과 같습니다:

• Lightning Network의 설계는 "결제 채널"에 더 중점을 두고 있습니다 ------ 이는 송금 결제에만 사용되며, 스마트 계약이나 복잡한 논리를 지원하지 않으며, 구축 및 유지 관리의 진입 장벽이 높아 대규모 보급에 불리합니다.

• Thunderbolt는 Nubit에 의해 출시되었으며, 프로그래밍 기능을 갖춘 오프체인 프로토콜을 제공하고, 튜링 완전한 작업을 지원하여 더 복잡한 상태 자산, 유동성 프로토콜 및 금융 애플리케이션을 구축할 수 있도록 합니다.

유연하게 조정 가능한 다자 서명

비트코인 "서명"을 두 개로 나누는 것을 상상해 보십시오: 한쪽은 앨리스가 가지고 있고, 다른 한쪽은 위원회가 가지고 있습니다. 새 사용자에게 전송할 때마다 앨리스와 위원회는 각자 자신의 서명에 "작은 비밀"을 추가합니다------오직 수신하는 새 사용자만 이 비밀을 알고 있습니다. 수신자는 자신이 아는 작은 비밀을 통해 두 개의 서명을 "합쳐" 완전한 서명을 얻을 수 있으며, 앨리스와 위원회가 온라인으로 대화할 필요가 없습니다.

비동기 내결함성 위원회 장부

여러 노드(예: 4n+1)로 구성된 "서비스 그룹"이 장부를 기록하며, 서로 현재 소유자를 확인합니다. 소수의 노드가 고장 나더라도 대다수가 온라인 상태라면 장부는 정상적으로 운영됩니다. 이러한 노드는 "서명"과 "기록"만 담당하며, 자금을 임의로 사용할 수 없으므로 안전성과 탈중앙화를 보장합니다.

원자적 교환식 최종화

실제로 이 돈을 체인에서 사용하려면 세 단계의 "원자적 교환"을 거칩니다: 1. 앨리스와 위원회가 원래 잠금 출력을 사용하여 돈을 잠시 위원회에 줍니다; 2. 위원회는 "젠니와 위원회"가 함께 사용할 수 있는 금고에 동일한 금액을 잠급니다; 3. 마지막으로 젠니는 두 개의 서명으로 금고의 돈을 가져갑니다. 이렇게 하면 젠니나 위원회 어느 한 쪽도 도망칠 수 없으며, 오프체인 재구성과 체인 상 환급이 원활하게 이루어집니다.

3.2 Thunderbolt의 프로토콜 설계 및 주요 혁신

• 비상호작용, 재귀식 서명 위임
  반복적으로 조정 가능한(Tweakable) 임계값 Schnorr 서명 구조를 설계했습니다. 전통적인 결제 채널은 여러 번의 메시지를 주고받아야 하지만, Thunderbolt는 매번 "작은 비밀이 있는 서명 한 번만 발송"하면 해결되며, 온라인 요구 사항도 크게 줄어듭니다.

• 매번 전송 시 "새 잠금"으로 변경
  각 점프 전송 시 앨리스와 위원회는 새로운 작은 비밀로 서명을 업데이트하며, 이전의 "잠금"은 완전히 무효화됩니다. 이렇게 하면 이전의 어떤 사람도 새로운 서명을 얻을 수 없으므로, 이전 서명이 재사용되는 것을 방지합니다.

• 체인 상에 한 번만 흔적 남김
  시작할 때만 체인에 "잠금"을 하고, 이후 모든 변동은 오프체인에서 완료되며, 마지막에 이 돈을 체인에서 사용합니다. 라이트닝 네트워크가 계속 채널을 열고 닫아야 하는 것과 비교할 때, Thunderbolt의 체인 상 작업은 더 적고, 프라이버시도 더 좋습니다.

• 오프라인에서도 돈을 잃지 않음
  앨리스나 젠니가 오프라인 상태여도 위원회 대다수가 온라인 상태라면 언제든지 전송이나 환급을 완료할 수 있으며, 시간 잠금 만료나 상대방의 악의적인 채널 종료에 대한 걱정이 없습니다.

• 진정한 "기계 증명" 보안
  프로토콜의 모든 주요 단계는 Tamarin Prover를 사용하여 "형식적 검증"을 수행했습니다. 즉, 이러한 보안 보장은 단순한 구두 약속이 아니라 자동화 도구를 통해 반복적으로 검증된 것입니다.

4. Thunderbolt와 기존 라이트닝 네트워크 솔루션의 차이점은 무엇인가?

이제 Thunderbolt와 기존 솔루션(예: BOLT 프로토콜, Breez SDK, Phoenix)의 비교를 살펴보며, 어떤 점이 개선되었는지 알아보겠습니다.

Thunderbolt와 기존 라이트닝 네트워크 솔루션의 차이점:

Thunderbolt의 주요 장점은 "안전성"과 "이론적 완전성"에 있습니다. 그것은 다음과 같은 몇 안 되는 솔루션 중 하나입니다:

• 프로토콜 설계가 안전하다고 증명될 수 있음

• 악의적인 사용자가 어떤 상태에서도 일방적으로 이익을 얻을 수 없음

하지만 단점도 분명합니다:

• 배포 복잡성: Thunderbolt를 사용하려면 전체 프로토콜 스택을 실행해야 하며, 일반 지갑 사용자가 쉽게 접근하기 어렵습니다.

• 메인 체인 호환성: 비트코인 메인 체인의 스크립트 언어가 너무 단순하여, Thunderbolt는 기능을 구현하기 위해 영리한 우회 방법을 사용해야 하며, 구현 난이도를 증가시킵니다.

• 생태계 지원 부족: BOLT가 이미 많은 지갑과 노드를 지원하는 것과 달리, Thunderbolt는 현재 "초기 연구 단계"에 있습니다.

5. Thunderbolt의 잠재적 영향: BTCFi의 촉매제?

출처: 자작

그렇다면 Thunderbolt는 BTCFi의 최적 해법인가요? 우리는 대담한 관점을 제시해 볼 수 있습니다:

Thunderbolt는 현재 BTCFi 이론상 최적의 해법이지만, 실제 운영에서는 여전히 "알파 단계"에 있습니다. 다시 말해, 그것은 비트코인 세계의 "이더리움 2.0 백서"와 같으며, 비전이 가득하지만 "엔지니어링 시스템 수준"의 실현 단계에는 아직 도달하지 못했습니다. 현재 관찰에 따르면, 개인적으로 Thunderbolt의 가능한 발전 경로는 세 가지가 있다고 생각합니다:

1. 롤업화 통합: 비트코인 측의 DeFi 엔진으로서

비트코인 메인 체인은 본질적으로 확장성이 부족하므로, Thunderbolt는 결국 특정 비트코인 L2(예: BitVM, Nomic, BOB)에서 오프체인 모듈로 자리 잡을 수 있습니다. 이는 "롤업 내에서 Thunderbolt를 통합하여 일반 계약 실행 레이어로 사용하는 것"과 유사합니다.

예를 들어:

• BOB는 Thunderbolt 채널 레이어를 통합하여 원주율 BTC 거래를 구현할 수 있습니다.

• RGB 생태계도 Thunderbolt 상태 관리 논리를 도입할 수 있습니다.

• BitVM 자체가 더 복잡한 논리를 지원하므로, Thunderbolt는 계약 표준 중 하나가 될 것입니다.

• Babylon, Bitlayer 등 시스템에 서비스를 제공합니다.

2. 독립 표준 생태계 형성, 메인 체인과 평행 운영

Thunderbolt는 라이트닝 네트워크처럼 자체 네트워크 생태계, 노드 운영 시스템, 집계기 등을 발전시켜 Thunderbolt-LSP 운영자로 발전할 가능성이 큽니다. 또한 Nubit은 사토시 시대의 채굴자들과 협력하여 프로토콜 레이어 소프트 포크 업그레이드를 추진하며, UTXO 번들링과 OP_CAT 두 가지 주요 기능을 도입하여 BTC 프로토콜 자산(BRC20, Runes, Ordinals)을 직접 수용할 수 있습니다. 여기에는 매우 큰 상상력이 펼쳐질 수 있습니다. 아마도 미래에는 다음과 같은 것들이 있을 수 있습니다:

• Thunderbolt Wallet(유사한 Phoenix)

• Thunderbolt Node(경량 노드 운영 채널)

• Thunderbolt DEX(오프체인 주문 매칭)

• Thunderbolt AMM(유동성 풀)

3. 더 간단한 솔루션으로 대체

물론, 만약 미래에 상태 채널, 형식 언어, 오프체인 프로토콜 협력이 필요 없는 유사한 기능을 수행할 수 있는 시스템이 등장한다면, Thunderbolt는 단지 단계적인 과도기적 산물일 수 있습니다. 예를 들어:

• BitVM이 더 효율적인 계약 실행 환경을 구현할 경우

• 크로스 체인 ZK 기술이 BTC 자산을 다른 체인에서 완전히 신뢰할 수 있게 배포할 수 있게 된다면

• 어떤 원주율 비트코인 프로토콜이 결제+대출+계약을 통합하여 모델링할 수 있다면

마지막으로 생태계 측면에서 볼 때, Thunderbolt의 가장 큰 의미는 그것이 비트코인의 자산에 처음으로 "오프체인 계약의 조합 가능성"을 부여했다는 것입니다. 이는 추상적으로 들릴 수 있지만, 이더리움의 DeFi 폭발에서 이러한 "조합 가능성"이 얼마나 중요한지를 볼 수 있습니다. 이더리움의 폭발은 Solidity + Hardhat + Ethers.js + Metamask의 전체 생태계 덕분입니다.

Thunderbolt의 가장 큰 주목할 점은 UTXO 번들링과 OPCAT 두 가지 기능을 도입했다는 것입니다. OPCAT은 비트코인 네트워크에 원주율 프로그래밍 가능성을 도입하고, UTXO 번들링(묶기)은 여러 소액 거래를 묶어 처리하여 거래 데이터의 규모를 압축하고 체인 상 처리량을 높이며, 논리는 이더리움 롤업과 유사합니다. 모든 비트코인 생태계 프로토콜을 통합하고 다양한 자산과 BitMM의 구현을 포용하는 것이 더 이상 공허한 말이 아닐 수 있지만, Thunderbolt는 현재 "매우 강력한 수학 논문을 쓴" 것처럼 보이며, 전체적으로 개발자가 "사용할 수 있는" 단계까지는 아직 상당한 거리가 있을 것입니다.

참고 링크:

(1) https://eprint.iacr.org/2024/408.pdf