옵티미스틱 롤업과 EIP-4844: 레이어-1 탈피에 대한 기폭제

이 문서는 ROK Capital 애널리스트인 McKenna가 2022년 12월 19일에 작성한 'Optimistic Rollups & EIP-4844: The catalyst for the Layer-1 Exodus'라는 제목의 글의 번역입니다.

 

확장성과 레이어-2 관련 기초 지식

이더리움은 글로벌 튜링 완전한 스테이트 머신으로, 전체 체인의 역사를 검증하고 원장을 업데이트하기 위한 상태 변화 (State Transition)를 실행하는 컨센서스 참여자 네트워크로 작동합니다. 그리고 옵티미스틱 롤업(Optimistic Rollup)과 zkEVM과 같은 레이어 2가 등장하기 전의 레이어 1은 확장성 트릴레마 (Trilemma)라고 불리는 오랜 고민으로 인해 트랜잭션 처리 능력과 대중화 사이에 심각한 마찰을 겪었습니다. 블록 스페이스 경쟁으로 인해 높은 수수료를 지불하는 거래만 처리되고, 결과적으로 네트워크 사용자들이 부담해야 할 거래 비용이 계속해서 증가했습니다. 레이어 2의 역사를 이해하기 위해서는 확장성 트릴레마라는 문제에 대한 명확한 이해가 필요합니다.

확장성 트릴레마

블록체인의 한계는 네트워크 노드가 모든 트랜잭션을 저장하고 검증해야 한다는 점에서 비롯됩니다. 이것이 바로 블록체인이 가장 느린 데이터베이스 중 하나인 이유입니다. 그러나 이것은 블록체인이 탈중앙화를 실현하는 중요한 원칙을 유지할 수 있게 해 주었습니다.

블록체인은 Peer-to-Peer 네트워크 기반에서 작동하며, 컨센서스 참여자는 자유롭게 네트워크에 참여할 수 있고, 언제든지 나갈 수 있으며, 언제든지 원장의 상태를 업데이트할 수 있습니다. 그러나 네트워크가 처리량을 높이기 위해 모든 노드에게 높은 계산 능력을 요구하면, 탈중앙성은 감소하게 됩니다. 결국 어떤 블록체인도 탈중앙성을 희생하지 않으면서 처리량을 증가시키는 문제를 해결할 수 없었으며, 이것이 확장성 트릴레마로 알려진 문제입니다.

확장성 트릴레마에 대한 레이어-2의 접근 방식

확장성 트릴레마라는 근본적인 문제에 직면했을 때, 현재 두 가지 주요 솔루션이 확장성을 향상시키기 위해 제안되고 있습니다.

(1) 레이어-1을 샤드 (Shard)로 분할하여 전체 체인에서 필요한 계산 양을 줄이는 "샤딩 (Sharding)" 솔루션

(2) 트랜잭션을 외부 연산 레이어에서 실행하고 해당 레이어가 레이어-1에서 실행되는 것과 동일한 수준의 보안을 제공하는 "레이어-2" 솔루션

레이어 2 솔루션은 정보를 압축하여 확장성을 향상시킨다고 생각할 수 있습니다. 외부 연산 레이어에서 발생한 상태 변화를 암호학적 증명을 통해 레이어 1로 제출할 수 있다면, 모든 트랜잭션을 레이어 1에 배포할 필요가 없습니다. 이것이 바로 "롤업 중심 로드맵 (rollup-centric roadmap)"에서 소개된 이더리움 확장성 개선 전략입니다.

옵티미스틱 롤업, 영지식 롤업 및 zkEVM

롤업은 여러 트랜잭션을 하나로 묶고 해당 트랜잭션 집합에 의한 상태 변화의 증거를 제공하는 프로세스를 의미합니다. 모든 트랜잭션을 개별적으로 검증하는 대신 검증 가능한 단일 증명으로 트랜잭션을 "말아올리는" (롤업) 것입니다. 이것은 이더리움 레이어 1에서 트랜잭션 유효성 검사에 필요한 데이터 크기를 크게 줄이는 방법입니다.

보통 트랜잭션은 156바이트로 구성되며, 그 중에서 가장 무거운 부분은 디지털 서명입니다. 레이어 2는 각 트랜잭션을 개별적으로 검증할 필요 없이 다수의 트랜잭션 집합을 암호학적으로 검증할 수 있도록 해줍니다.

현재 존재하는 두 가지 다른 형태의 레이어 2 아키텍처를 간단히 설명하겠습니다.

옵티미스틱 롤업: 옵티미스틱 롤업은 트랜잭션 완전성을 달성하기 위해 게임 이론을 기반으로 합니다. 이 솔루션에서 모든 트랜잭션의 유효성은 즉시 보장되지 않지만, 낙관적인 가정에 따라 유효하다고 가정됩니다. 따라서 모든 블록과 트랜잭션 집합에서 발생한 상태 변화를 증명하는 것이 아니라, 우선 현재 상태가 올바르다고 가정하고 진행됩니다. 그런 다음 7일 동안 이 올바른 상태에서 결함이 없음을 확인하는 시간이 주어집니다. 이 기간 동안 이의 제기가 없다면 옵티미스틱 롤업의 형태로 상태 업데이트가 완료되고 변경할 수 없게 됩니다.

[1]: Optimistic rollup architecture publishing state to Ethereums layer-1.

옵티미스틱 롤업의 블록 생성은 시퀀서(Sequencer)에 의해 관리됩니다. 시퀀서는 레이어 2 블록을 생성하고(트랜잭션의 순서를 지정) 블록 내의 트랜잭션 집합에 따른 상태 변화를 실행한 다음, 최종적으로 사기 증명(Fraud proof)이 가능한 형태로 데이터를 재구성한 후 이더리움 레이어 1에 제출합니다.

현재 옵티미스틱 롤업은 오프체인 랩스(Offchain Labs)와 PBC(Plasma Group)와 같은 네트워크 개발을 담당하는 회사가 시퀀서를 운영하는 형태로 중앙화되어 있습니다. 따라서 현재의 옵티미스틱 롤업은 극도로 중앙화되어 있으며 단일 주체를 신뢰해야 하는 과제를 가지고 있습니다. 그러나 이것은 네트워크의 안전성을 확보하기 위한 임시 조치이며, 향후 시퀀서의 탈중앙화가 계획되어 있으며, 누구나 레이어-2 블록 생성에 참여함으로써 레이어-2 토큰 경제의 기반을 다질 수 있는 방식으로 진행될 것입니다.

영지식 롤업

영지식 롤업은 상태 변화를 검증 가능한 증거를 제공한다는 측면에서 옵티미스틱 롤업과 차이를 가집니다. 상태 변화가 유효하다고 가정한 후 사기 증명을 수행해야 하는 옵티미스틱 롤업과 대조적으로, 영지식 롤업은 상태 변화의 유효성을 증명하기 위한 증거를 바로 제공합니다. 또한 영지식 롤업은 약 45분 정도의 시간으로 레이어-1에서 완결성을 달성할 수 있는 반면, 옵티미스틱 롤업은 7일이 소요될 수 있습니다.

현재 영지식 롤업이 직면한 주요 문제는 (1) EVM 동등성(Equivalence), (2) 증명에 필요한 시간과 비용입니다.

첫 번째 문제로, 현재 존재하는 영지식 증명 기반 레이어 2는 EVM과 호환되지 않는다는 것입니다. EVM의 옵코드(opcode)를 대표하는 솔리디티(Solidity)는 스타크웨어(Starkware)와 같은 영지식 증명을 사용하는 레이어 2에 원활하게 포팅될 수 없으며, 코드베이스를 카이로(Cairo) 프로그래밍 언어로 다시 작성해야 합니다. 따라서 프로토콜 개발자들은 SNARKS/STARKS의 우수한 확장성을 활용하고자 할 때 상당한 프로그래밍 작업을 수행해야 합니다. 이로부터 영지식 롤업의 궁극적인 비전 중 하나는 EVM 동등성(Equivalence)을 달성하는 것으로 여겨집니다.

두 번째 문제로는 현재 상태 변화의 유효성을 증명하기 위한 시간과 비용이 완전히 최적화되어 있지 않다는 것입니다. 이 문제에 대한 새로운 영지식 셋업 및 최적화 하드웨어 등 다양한 개발이 진행되고 있습니다.

zkEVM

zkEVM은 확장성 솔루션 중에서 가장 기대되는 것 중 하나이며, 현재까지 이 산업에서 가장 어려운 공학적 문제 중 하나입니다. zkEVM은 영지식 증명을 사용하여 EVM (Ethereum Virtual Machine)을 완전히 통합하기를 목표로 하고 있습니다.

일반적으로 영지식 롤업은 연산이 올바르게 실행되었다는 증거를 보여주기 위한 영지식 증명을 생성하기 위해 맞춤형 산술 회로를 구축해야 합니다. 그러나 zkEVM은 EVM 내에서 모든 옵코드를 완전히 구현함으로써 맞춤형 산술 회로 없이도 EVM에서 스마트 컨트랙트 연산의 올바름을 증명할 수 있게 합니다. 이는 개발자들에게 큰 편리함을 제공합니다.

ㄴ[2]: EVM Stack trace displaying solidity source code and the EVM opcode execution.

제공해 주신 정보에 따르면, 옵티미스틱 롤업과 영지식 롤업, 그리고 zkEVM에 대한 상세한 설명과 각각의 특징과 과제에 대한 내용을 알 수 있었습니다. 이 정보는 블록체인 기술과 스마트 컨트랙트 개발에 관심이 있는 사람들에게 유용할 것입니다. 이러한 확장성 솔루션들은 블록체인 생태계의 발전과 성장을 지원하며, 보다 효율적인 트랜잭션 처리 및 안전성을 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 각 솔루션의 발전과 레이어-2 아키텍처의 모듈성에 대한 정보도 유용한 통찰력을 제공합니다.

[3]: Transaction fees for Ethereum-based rollups.

EIP-4844가 새로운 트랜잭션 유형인 'Blob-carrying 트랜잭션'을 도입하여 이더리움 레이어 1에 데이터를 게시하는 방식을 변경하는 것은 매우 중요한 개선 제안입니다. 이러한 변경은 레이어 2 트랜잭션 가스 수수료를 최소 20배 절감할 수 있을 것으로 예상되며, 이는 이더리움 네트워크의 사용자들에게 큰 혜택을 제공할 것입니다.

Blob-carrying 트랜잭션은 콜데이터를 사용하여 레이어 1에 데이터를 직접 게시하는 대신, 비콘 체인 노드 합의 레이어에 저장됩니다. 이 데이터는 약 14~30일 동안 지속되며, 이 기간 동안 데이터를 확인하고 사용할 수 있어야 합니다. 이는 트랜잭션이 완료된 후 데이터 가용성을 위한 블롭 데이터를 더 이상 유지할 필요가 없어 합의 노드에서 지울 수 있다는 장점을 가집니다.

이러한 변경은 옵티미스틱 롤업과 같은 레이어 2 솔루션의 성능을 향상시키고 트랜잭션 처리 비용을 크게 감소시킬 것으로 보여, 이더리움 네트워크의 확장성과 사용자 경험을 향상시킬 것입니다. 블록체인 기술의 발전과 더불어 이더리움의 생태계가 더욱 성숙해지는 것을 기대할 수 있습니다.

[4]: EIP-4844 Beacon nodes storing EIP-4844 Blob Data.

EIP-4844와 레이어 2에 대한 설명과 논거를 토대로 보면, 이더리움 생태계의 발전과 확장성에 관한 매우 흥미로운 전망을 제시하고 있습니다. 아래에 주요 포인트를 간략히 정리해 보겠습니다:

EIP-4844의 중요성: EIP-4844는 콜데이터 옵코드 가스 비용을 대폭 줄이고, 레이어 2 트랜잭션 수수료를 크게 절감함으로써 이더리움 네트워크의 확장성을 향상시킬 것으로 예상됩니다. 이로 인해 사용자들은 더 낮은 거래 비용을 경험하게 되며, 레이어 2 솔루션의 성능과 경쟁력이 향상될 것입니다.

레이어 2의 성장: 현재 레이어 2 솔루션인 옵티미스틱 롤업과 아비트럼은 레이어 1과의 상호작용을 통해 확장성을 제공하고 있습니다. EIP-4844가 도입되면 이더리움 레이어 1은 주로 데이터 가용성 및 증명 레이어 역할을 하게 되고, 레이어 2로의 자본 이탈이 가속화될 것으로 예상됩니다.

레이어 1과 레이어 2의 역할 변화: 레이어 1은 데이터 가용성과 증명 레이어로서 중요한 역할을 수행하게 되며, 레이어 2는 저렴한 거래 비용과 사용자 경험을 제공하는 표준 네트워크로 성장할 것으로 예상됩니다. 이로 인해 레이어 1에서의 온체인 활동은 감소할 것으로 예상됩니다.

롤업 중심 로드맵: 이더리움의 롤업 중심 로드맵은 탈중앙화와 확장성을 균형있게 추구하는 방향으로 진행되고 있으며, 이로써 이더리움은 다음 단계의 대중 상용화를 준비하고 있습니다. 레이어 2는 이더리움의 시장 수익률을 상회하는 강력한 베타로 작용할 것으로 예상됩니다.

이러한 전망은 이더리움 생태계의 지속적인 성장과 발전을 지지하고, 사용자와 개발자들에게 더 나은 경험과 낮은 비용을 제공할 것으로 기대됩니다. 이더리움의 레이어 1과 레이어 2가 협력하여 확장성과 탈중앙화를 동시에 실현하는 데 큰 역할을 할 것으로 보입니다.

[5]: Ethereum supply post-merge.

레이어 2의 미래와 시퀀서 탈중앙화, MEV 보호, 그리고 레이어 3 앱체인에 관한 내용을 토대로, 이더리움 및 블록체인 생태계의 발전 방향과 잠재적인 혁신을 감지할 수 있습니다. 아래에 몇 가지 중요한 포인트를 강조합니다:

시퀀서 탈중앙화: 현재 레이어 2 시퀀서가 중앙화되어 있지만, 탈중앙화를 추구하는 움직임이 크게 확산되고 있습니다. 레이어 2의 시퀀서를 누구나 참여할 수 있는 메커니즘으로 개선함으로써 생태계를 더 탈중앙화할 수 있습니다. 이는 트랜잭션 수수료, MEV 수익, 스테이킹 보상 등의 경제적 인센티브와 관련이 있습니다.

MEV 보호: MEV는 블록체인에서 중요한 문제로 부각되고 있으며, 트랜잭션의 순서를 재배치하여 가치를 추출하는 행위를 막기 위한 방안이 연구되고 있습니다. 타임록 암호화 트랜잭션 메커니즘은 MEV를 제거하고 블록 생성자와 사용자 간의 공정한 분배를 촉진하는 방법 중 하나로 제안되고 있습니다.

레이어 3 앱체인: 레이어 3 앱체인은 다양한 프로젝트가 자체적인 옵체인을 생성하고 상호 연결하여 슈퍼체인을 형성할 수 있는 기회를 제공합니다. 이는 블록체인 생태계를 더욱 모듈화하고 다양성을 증가시킬 수 있는 방법입니다. 개발자들은 자체 앱체인을 커스터마이징하여 필요에 맞게 조절할 수 있으며, 이를 통해 보다 효율적이고 특화된 블록체인을 구축할 수 있습니다.

코스모스와 유사한 방향: 이더리움 레이어 2 확장성 솔루션은 코스모스 생태계와 유사한 방향으로 나아가고 있으며, 다양한 블록체인 간의 상호 연결과 협력을 지향하고 있습니다. 이는 블록체인 생태계의 상호 운용성과 확장성을 향상시키는데 기여할 수 있습니다.

이러한 발전 방향은 블록체인 기술의 성장과 발전을 지속적으로 촉진하며, 사용자와 개발자들에게 더 나은 경험과 다양한 옵션을 제공할 것으로 기대됩니다. 이더리움을 중심으로 이뤄지는 이러한 혁신은 암호화폐와 블록체인 생태계의 미래를 형성할 것으로 보입니다.

[6]: zkSync Layer-3 HyperChain Architecture

요약:

레이어 2는 이더리움의 확장성을 향상시키는 핵심 기술로, 레이어 1 간의 힘싸움을 극복하고 대중 상용화를 위한 필수적인 발전입니다.
옵티미스틱 롤업은 초기 런칭 단계를 벗어나 거래 수수료를 계속 감소시키고, EIP-4844와 같은 개선 제안은 옵티미스틱 롤업의 확장성을 더욱 강화할 것으로 기대됩니다.
이더리움은 거대한 개발자 커뮤니티와 강력한 개발자 도구를 보유하며, 이러한 생태계는 옵티미스틱 롤업으로의 전환을 촉진할 것입니다.
앞으로 3년 동안 대부분의 온체인 활동은 옵티미스틱 롤업에서 발생할 것으로 예상되며, 이는 유동성과 저렴한 거래 환경을 추구하는 사용자와 디앱 개발자들에게 혜택을 제공할 것입니다.
이 자료는 투자 조언이 아니며 교육적인 목적으로 제공되었습니다. 투자 결정을 내리기 전에 독립적인 조사와 판단이 필요합니다.