다중 체인 구조 하의 크로스체인 분야를 조망하는 만자(萬字) 장문 리뷰
작성자: @jesse_meta
본문은 DiFieye×celer 공모전 참가 작품입니다.
일, 일초다강의 다중 체인 미래
2020년 초, 이더리움의 수수료는 대부분의 DeFi 사용자에게 친숙했다. 그러나 DeFi Summer 동안 이더리움 생태계가 급속히 발전하면서 TVL과 신규 사용자가 빠르게 증가했고, 스마트 계약 상호작용에 드는 가스비도 함께 급등하였다. 이로 인해 자금 규모가 작은 신규 사용자들은 접근하기 어려워졌으며, 초당 제한된 트랜잭션 처리 속도와 블록 생성 속도 또한 상호작용 효율을 제한하였다. 이러한 이유로 투자자들과 개발자들은 가치를 외부로 확장할 수 있는 더 저렴하고 빠른 이더리움 대체 플랫폼을 찾기 시작했다. 그림 1의 데이터를 보면, 시장 전체 TVL 대비 이더리움의 점유율이 지속적으로 감소하고 있음을 직관적으로 알 수 있다(5월 중순 테라 붕괴 영향은 제외).
그림 1: 모든 퍼블릭 체인의 TVL (출처: Defilama)
Blockchain-Comparison.com의 데이터에 따르면, 2022년 5월 14일 기준으로 이미 시장에는 115개의 Layer 1 퍼블릭 체인이 존재한다. 일부 사용자들에게 있어 가장 중요한 고려 요소는 낮은 거래 수수료이며, 탈중앙화는 반드시 중요하지 않다. 이는 EVM 호환 Layer 1 체인들에게 기회를 제공한다. Defillma의 데이터에 따르면, BSC, Avalanche, Fantom은 주요 EVM 퍼블릭 체인 중 선두를 달리며 많은 자금을 유치하고 있다. EVM 퍼블릭 체인 시장에서 이더리움 외의 EVM Layer 1 체인은 2021년 1월부터 5월 사이 약 25%의 점유율을 차지했다. 하지만 그림 2에서 알 수 있듯이, 2021년 5월 이후 이더리움의 시장 점유율은 약 75% 수준에서 안정세를 유지하며 여전히 시장 리더로서의 위치를 굳건히 하고 있다.
그림 2: 이더리움 TVL과 EVM Layer 1 TVL 비교 (출처: Defilama)
Defillama의 데이터에 따르면, Non-EVM Layer 1의 TVL / (이더리움 TVL + Non-EVM Layer 1 TVL) 비율은 2022년 2월 24%에서 2022년 5월 3일 30%로 상승했으나(테라의 알고리즘 스테이블코인 붕괴로 인해 5월 14일 기준 이 비율은 16.8%로 하락함). Solana, Near 등 Non-EVM 체인은 자본의 지원 아래 TVL이 두드러지게 증가하였으며, 낮은 가스비는 기존 암호화폐 외부의 신규 사용자들과 고비용을 감당하기 어려운 기존 이더리움 사용자들을 대거 유치하였다.
l2beat의 데이터에 따르면, Layer 2의 TVL은 2021년 5월 3일 8.9억 달러에서 2022년 5월 2일 59.9억 달러로 증가하여 6.7배 성장하였다. 같은 기간 동안 이더리움의 TVL은 900억 달러에서 1100억 달러로 증가하는 데 그쳤다. Optimism의 토큰 보상 프로그램, Arbitrum, Zksync 및 StarkNet 생태계의 지속적인 발전에 따라 Layer 2의 TVL은 계속해서 증가할 것으로 예상된다.
그림 3 Layer 2 TVL (출처: L2beat)
위의 데이터로부터 알 수 있듯이, 이더리움의 높은 가스비와 느린 처리 속도라는 문제는 단기간 내 해결되기 어렵기 때문에 다양한 Layer 1 및 Layer 2 체인들이 가치를 흡수하게 되었다. 이더리움의 가장 큰 장벽은 1100억 달러에 달하는 TVL이며, 주요 원생 대출 플랫폼들이 핵심 거점을 지키고 있으며, 대규모 유동성 풀의 지위는 당분간 불변이다. 따라서 이더리움은 여전히 우수한 개발자들의 최우선 선택지로, 오랫동안 가장 큰 퍼블릭 체인으로서 블록체인 세계의 데이터 정산층과 합의층 역할을 할 것이다. 다른 퍼블릭 체인들은 이러한 기회를 포착하여 자체 메커니즘과 결합해 특화된 애플리케이션 전용 블록체인으로 발전하며 시장 점유율을 차지할 것이다. 예를 들어 Terra, Kava는 금융 체인으로, Avalanche, WAX는 게임 분야에 집중하며, Flow, Immutable은 NFT 분야에, Aztec, Oasis는 프라이버시 서비스를 제공한다. 메타버스에 대한 사용자의 거대한 수요는 충분히 큰 시장을 제공하며, 미래는 다채로운 다중 체인 구조가 될 것이다.
이, 다중 체인 구조 하의 크로스체인 수요 및 개념
각 퍼블릭 체인은 높은 평가 한계로 인해 다양한 기관들로부터 잇달아 투자를 받았으며, 지난 1년간 생태계가 크게 발전하였다. 그러나 기술적·경쟁적 이유로 대부분의 퍼블릭 체인 간 직접적인 상호 운용성이 부족하여 사용자, 자산, 데이터, Dapp들이 각각의 생태계 내에 분산되어 마치 독립된 컴퓨터처럼 고립된 섬 현상을 나타내고 있다. 이는 블록체인의 상호 운용성과 확장성을 추구하는 정신과 배치된다.
이러한 상황에서 블록체인 원주민들의 크로스체인 수요가 깨어나며 체인 간 상호 작용 가능성에 대해 고민하게 되었다.
크로스체인과 크로스레이어
먼저 크로스체인과 크로스레이어의 정의와 차이점을 명확히 해야 한다.
크로스체인(cross-chain)은 서로 다른 블록체인 간에 메시지를 전달하는 것을 의미한다. 서로 다른 체인은 각기 다른 장부와 회계 단위를 가지며, 사이드 체인의 장부 기록은 메인 체인에 보고되지 않고, 크로스체인이 발생할 때만 메인 체인과 메시지를 교환한다.
크로스레이어(cross-layer)는 Layer 1과 Layer 2 사이에 정보를 전달하는 것을 말한다. 크로스레이어는 동일한 장부 체계 내에서 장부 기록 위치가 바뀌는 것이다. Layer 2와 해당 Layer 1은 동일한 회계 단위를 사용하며, 장부 기록은 정기적으로 메인 체인에 통보된다.
하지만 실제 운영에서는 많은 사용자들이 개념의 구분을 무시하고 크로스레이어를 크로스체인의 하나로 분류한다.
크로스체인 행동의 세분화
사용자의 크로스체인 행동은 협의의 크로스체인 행동과 광의의 크로스체인 행동으로 나눌 수 있다. 협의의 크로스체인 행동은 토큰의 크로스체인(토큰 교환, 토큰 전송)을 의미하며, 광의의 크로스체인 행동은 메시지의 크로스체인을 의미한다.
협의의 크로스체인 행동
- 토큰 교환
모든 퍼블릭 체인은 가치 저장 매체로서 원생 토큰을 가지며, 사용자는 체인 내에서 토큰 교환을 수행할 수 있다. 크로스체인 브릿지가 등장하기 전, 사용자는 중심화 거래소를 통해만 크로스체인 토큰 교환이 가능했다. 예를 들어 Alice가 BTC를 ETH로 바꾸고 싶다면, 먼저 BTC를 중심화 거래소에 입금하고 ETH로 환전한 후 다시 이더리움 체인으로 인출해야 했다.
해시 타임락(HTLC) 기반의 원자적 교환 기술이 등장한 후, Alice는 체인 상에서 탈중앙 방식으로 직접 BTC를 ETH로 교환할 수 있게 되었다. 체인 간 토큰 교환은 블록체인이 가치 인터넷을 실현하는 중요한 전제 조건이다.
- 토큰 전송
퍼블릭 체인 간은 폐쇄적이며, 한 체인의 원생 자산을 직접 다른 체인으로 전송할 수 없다. 크로스체인 브릿지 기술을 활용하면 사용자는 소스 체인에 원생 자산을 잠금 처리하고, 타겟 체인에서 동일한 양의 매핑 자산을 발행하여 토큰 전송을 실현할 수 있다. 대표적인 사례로 이더리움 상의 캡슐화된 BTC(WBTC)가 있다.
토큰 교환과 토큰 전송 모두 체인 간 가치 교환이 불가능하다는 문제를 해결한다. 또한 토큰 전송은 DeFi를 더욱 개방적으로 만든다. 예를 들어 캡슐화된 BTC를 다른 퍼블릭 체인에서 DeFi 앱에 활용하거나, DAI를 더 빠르고 저렴하며 수익률이 높은 Venus에서 마이닝하거나, ETH를 Oasis 체인으로 옮겨 거래 익명성을 추구할 수 있다.
광의의 크로스체인 행동
메시지 크로스체인
여기서 말하는 메시지는 사용자가 요구하는 복잡한 크로스체인 요청을 의미한다.
크로스체인 행동의 본질은 일련의 메시지 전달 조합이다. 크로스체인 메시지 전달을 통해 A 체인이 B 체인의 상태와 정보를 읽을 수 있으며, 이를 실행 조건으로 삼을 수 있다. 예를 들어 토큰 전송은 두 번의 크로스체인 메시지로 이루어진다. 먼저 A 체인에서 예치하고, B 체인에 예치 정보를 전달한다. B 체인이 메시지의 진위를 검증한 후 매핑 토큰을 발행하고, 그 상태 정보를 A 체인에 피드백한다.
크로스체인 메시지 전달을 통해 체인 간의 폐쇄성이 해소되며, 한 체인이 다른 체인의 정보와 상태를 읽고 검증할 수 있게 된다. 이는 크로스체인 대출, 크로스체인 NFT, 크로스체인 집계, 크로스체인 거버넌스, 크로스체인 파생상품 등의 조합을 가능하게 하여 블록체인이 진정한 가치 인터넷이 되는 비전을 현실로 만들 수 있다.
삼, 중요한 크로스체인 메시지 전송 프로토콜
앞서 살펴본 바와 같이 크로스체인 행동의 본질은 체인 간 메시지 전달이다. 이번 절에서는 현재 시장에서 중요한 몇 가지 크로스체인 메시지 전송 프로토콜이 어떻게 메시지를 전달하는지 알아본다.
Inter-Blockchain Communication Protocol (IBC)
이더리움을 초컴퓨터에 비유한다면, Cosmos는 각각 독립된 서버를 네트워크로 연결하는 블록체인 인터넷이라 할 수 있다. Cosmos 자체는 블록체인이 아니라, 애플리케이션 전용 블록체인(Zones라고 함)을 설계하기 위한 기본 프로토콜이다.
Cosmos는 Tendermint 합의 프로토콜, Cosmos SDK, 그리고 Inter-Blockchain Communication Protocol(IBC)이라는 세 가지 구성 요소로 이루어져 있다.
Cosmos SDK(소프트웨어 개발 도구 모음)는 스테이킹, 거버넌스, 토큰 배분 등 블록체인의 기본 기능 모듈을 제공하여 사용자의 반복 개발 비용을 줄이고, 애플리케이션 전용 체인 개발에 집중할 수 있도록 한다.
그림 4: Cosmos SDK 모듈
위 그림에서 IBC는 SDK의 중요한 모듈임을 알 수 있다. Cosmos 생태계 내 체인들은 IBC를 통해 신뢰할 수 있고 순서가 보장되는 토큰 이전, 크로스체인 데이터 가용성 증명, 공유 보안성 등을 포함한 체인 간 상호 운용성을 실현할 수 있다. 그림 5에서 Hub1과 Hub2 사이, Hub와 애플리케이션 전용 블록체인(Zone) 사이는 IBC 프로토콜을 통해 통신한다.
그림 5: Cosmos Hub와 Zone의 구조
주의할 점은 블록체인이 빠른 최종성(거래가 즉시 확정되고 위변조 불가)을 가져야 IBC와 호환될 수 있다는 것이다. Bitcoin과 이더리움의 작업 증명(PoW) 메커니즘은 IBC 통신 프로토콜에 적합하지 않다. 이러한 블록체인은 Peg-Zones를 통해 Cosmos와 체인 간 통신을 한다. 본 문서는 분량 제한으로 이 부분은 다루지 않는다.
IBC의 구체적인 작동 방식은 다음과 같다. 서로 통신하는 블록체인은 경량 클라이언트를 실행하여 상대 체인의 블록헤더를 수신하고, 검증자 집합을 추적한다. 블록체인 A가 블록체인 B로 토큰을 전송할 때, 먼저 A 체인에서 예치하고 B 체인에 예치 증명을 전송한다. B 체인은 A 체인의 블록헤더를 이용해 이 증명을 검증한 후, A 체인의 토큰을 잠그고 B 체인에 매핑 토큰을 발행한다. 토큰이 다시 A 체인으로 돌아올 때도 유사한 메커니즘으로 잠금 해제가 이루어진다.
LayerZero
LayerZero는 미들 체인과 IBC의 문제점을 해결하고자 하며, 모든 체인의 모든 스마트 계약 간 연결을 목표로 한다.
미들 체인은 체인 간 모든 정보의 서명 권한을 가지고 있어 단일 지점 공격에 취약하다. 저렴한 크로스체인 수수료는 보안을 희생한 결과다.
Cosmos IBC 전송 계층을 사용해 이더리움 및 기타 EVM 기반 블록체인을 연결하는 것은 미들 체인보다 안전하나, 비용이 높아 IBC 전송 계층의 활용이 제한된다. 또한 앞서 언급했듯이 IBC 전송 계층은 빠른 최종성을 갖춘 블록체인 간에만 직접 통신이 가능하다.
LayerZero는 블록체인 간 스마트 계약 통신을 위한 메시지 전송 계층으로, 오라클(Oracle)과 리레이어(Relayer)를 활용해 자산 이전을 수행하고 보안을 보장하며, 결정론적·확률적 거래와 원활히 협업할 수 있다. 이를 통해 애플리케이션은 커뮤니티 주도의 저렴하고 빠른 전 체인 통신 표준을 가질 수 있다.
LayerZero는 어떻게 이 비전을 실현할까?
LayerZero는 극도로 경량화된 노드(이하 ULN)를 도입하는데, 체인 상의 경량 노드와 동일한 검증 방식을 사용해 보안을 보장하고, 블록헤더를 순차적으로 저장하는 대신 필요 시 비순차적으로 전송하는 분산형 오라클을 통해 비용을 절감한다. LayerZero는 사용자 프로그램에서 설정 가능한 체인 상의 엔드포인트(즉, 각 마을의 방송국과 같음)로, 독립된 오라클과 리레이어에 의존해 체인 간 메시지 전달을 수행한다.
사용자 프로그램이 블록체인 A에서 블록체인 B로 메시지를 보내고자 할 때, 메시지는 A 체인의 엔드포인트(LayerZero)에서 발신되어, 사용자 프로그램의 오라클(일부 정보 전달), 리레이어(전체 정보 전달)에 알림을 보낸다. 오라클은 블록헤더를 B 체인의 엔드포인트(LayerZero)로 전달하고, 리레이어는 이후 트랜잭션 증명을 제출한다. B 체인에서 트랜잭션 증명이 검증되면 메시지가 목적지 주소로 전달된다.
그림 6: LayerZero 메시지 전송 과정
기존 오라클에 독립적인 리레이어 시스템을 추가함으로써 보안 수준을 높였다(리레이어가 B 체인이 A 체인에서 발생한 일을 재검증할 수 있기 때문). Chainlink DON을 공격하는 것은 쉽지 않다. 오라클이 공격당하더라도 리레이어가 검증을 수행한다. 최악의 경우 오라클 A와 리레이어 A가 공모하여 문제가 발생하더라도, 그 피해는 오직 오라클 A와 리레이어 A를 사용하는 사용자 프로그램에 국한되며, 다른 오라클이나 리레이어를 사용하는 프로그램에는 영향을 주지 않는다.(반면 미들 체인 솔루션은 단일 지점 공격 시 전체 시스템이 붕괴됨) 애플리케이션은 자신이 신뢰하는 오라클을 선택하고 자체 리레이어를 구축할 수 있다. 현재 기본값으로 Chainlink가 오라클로 사용되고 있다.
그림 7: LazyZero의 다중 지점 구성과 미들 체인의 단일 지점 구성
Celer 크로스체인 메시지 프레임워크
최근 4월 말에 출시된 Celer 크로스체인 메시지 프레임워크(Celer Inter-chain Message, 이하 Celer IM)는 크로스체인 인프라로서 개발자를 위한 크로스체인 앱 개발 프레임워크이다. Celer IM SDK는 개발자 친화적이며 플러그 앤 플레이 방식이다. 여러 체인에 독립적으로 배포된 앱도 간단한 계약 플러그인만으로 기존 DApp을 원생 크로스체인 DApp으로 전환할 수 있다. Celer IM을 적용한 모든 앱은 사용자가 한 체인에 머무르며 복잡한 체인 전환 없이 한 번의 클릭으로 크로스체인 상호작용을 할 수 있다.
Celer IM의 전체 아키텍처는 두 가지 주요 부분으로 구성된다. 하나는 체인 상의 Message Bus 스마트 계약으로 "송신함" 역할을 하며, 다른 하나는 상태 수호자 네트워크(SGN, State Guardian Network)로, 각 체인을 연결하고 메시지를 전달하는 "우편배달부" 역할을 한다. SGN 자체는 Cosmos Tendermint 기반의 PoS 체인으로, 노드가 CELR 토큰을 스테이킹해야 이 PoS 체인에 참여할 수 있다.
Celer IM에서 사용자는 기존 dApp 스마트 계약과 직접 상호작용하지 않고, 새로운 dApp Plug-in 계약과 상호작용한다(그림 8의 A 항목). 이는 사용자가 크로스체인 dApp과 상호작용하기 위해 보내는 유일한 트랜잭션이기도 하다. 이 dApp Plug-in은 전체 dApp 비즈니스 로직의 일부가 되어 소스 체인의 기존 dApp 스마트 계약과 상호작용한다. dApp Plug-in은 사용자의 크로스체인 요청을 메시지 형태로 소스 체인의 "송신함" 스마트 계약(Message Bus)에 전달한다. 이 "송신함" 스마트 계약은 SGN에 의해 모니터링되며, 모든 검증 노드는 "해당 메시지 존재 여부"에 대해 합의하고 가중 다중 서명 증명을 생성한다. 이후 이 증명은 SGN 체인에 저장되며, 해당 메시지를 구독하는 Executor가 이를 타겟 체인의 Message Bus로 중계할 때까지 기다린다. 이 "수신함" 계약은 메시지의 유효성을 검증한 후, 타겟 체인의 수신자 계약에 메시지를 전달하며, dApp은 메시지를 받아 적절한 로직이나 작업을 수행한다.
그림 8: Celer IM 메시지 전송 과정
Celer 메시지 크로스체인 프레임워크의 보안은 SGN에 의존한다. SGN의 보안 모델은 Cosmos, Polygon 등 다른 Tendermint 기반 L1 블록체인과 유사하며, 악의적인 노드가 있을 경우 수많은 실전에서 검증된 탈중앙화 합의 프로토콜에 의해 제거되며 막대한 스테이킹 손실을 겪게 된다. 이는 LayerZero와 같은 다중 서명 솔루션보다 더 안전하다. 왜냐하면 다중 서명 방식은 악의 행위에 대한 경제적 처벌 조치가 없기 때문이다. Celer IM의 SGN 기반 보안 모델은 가장 경량화된 보안 모델이며 빠르게 실행되며, SGN가 의존하는 합의 알고리즘은 이미 다른 블록체인에서 수천억 달러 규모의 자산을 보호하고 있다.
대다수 스테이킹 노드가 악의를 품는다면? 이런 사건의 가능성 자체가 매우 낮다. Celer IM은 극단적인 경우의 블랙 스완 이벤트를 예방하기 위해 Optimistic Rollup 설계와 유사한 두 번째 보안 모델도 사용한다. 이 메커니즘은 모든 크로스체인 메시지에 강제적으로 일정 시간의 "검역 기간"을 부여한다. 크로스체인 메시지가 SGN을 통해 타겟 체인에 도달하면, 바로 관련 앱에 전달되어 로직을 실행하는 것이 아니라 일정 기간 격리된다. 격리 기간 동안 앱 개발자와 모든 SGN 노드 운영자는 소스 체인에서 검증할 수 있다. 이 모델은 추가적인 지연을 통해 더 강력한 trust-any 보안 모델을 제공한다. 모든 SGN 노드와 앱 모니터링 노드 중 단 하나라도 정상 작동한다면 전체 시스템은 여전히 안전하다. 실제 적용에서는 Celer의 크로스체인 브릿지 cBridge가 두 가지 보안 모델을 결합하여 사용한다. 소액 송금은 SGN에 의존해 즉시 실행되며, 대액 송금은 강제 격리 기간을 거쳐 실행된다. 이후 cBridge의 기술 원리를 자세히 설명하겠다.
앞서 설명한 내용을 종합하면, LayerZero는 단순한 메시지 크로스체인 계층으로 메시지를 A 체인에서 B 체인으로 전달하는 데 그친다. 반면 Celer IM은 스마트 메시지 전달 계층을 가지며, 메시지가 A 체인에서 B 체인으로 전달되는 과정에서 SGN 체인을 거치며 SGN는 자신과 다른 체인의 정보를 종합해 계산하고 변환한 후, 더 복잡한 작업을 타겟 체인에서 실행할 수 있다. 예를 들어 Celer IM 기반의 크로스체인 탈중앙화 거래소 ChainHop은 가격 계산 함수를 완전히 SGN에서 수행한다. SGN은 각 체인의 유동성 상황을 실시간으로 직접 파악하고 모니터링 및 조정이 가능하므로 단순 메시지 크로스체인보다 더 강력한 애플리케이션을 구현할 수 있다.
이상으로 세 가지 중요한 크로스체인 메시지 전송 프로토콜을 살펴보았다. 앞서 언급했듯이 크로스체인 행동의 본질은 일련의 메시지 전달 조합이다. 다음으로 사용자들이 크로스체인 과정에서 자주 수행하는 토큰 크로스체인이 어떻게 구현되는지 살펴보자.
사, 토큰 크로스체인 솔루션
- 중심화 거래소: 보안성이 가장 높은 크로스체인 솔루션으로, 크로스체인 완료 후에도 걱정이 없다. 하지만 중심화 관리, 사용자 개인정보 노출, 지원하는 퍼블릭 체인 수 제한, 조작이 번거롭다는 문제가 있다. (DeFieye의 입출금 대시보드를 통해 각 중심화 거래소의 실시간 인출 수수료 확인 가능https://tools.defieye.io/transferfee)
- 공식 크로스체인 브릿지: 예를 들어 Avalanche의 Avalanche-Ethereum Bridge(AEB), Solana의 Wormhole, NEAR의 Rainbow Bridge 등, 관련 보안 메커니즘에 의해 상대적으로 높은 보안성을 가지지만, 제3자 크로스체인 브릿지보다 수수료가 비싸고 사용이 번거롭다. 예를 들어 Arbitrum 자산을 이더리움으로 돌릴 때 공식 브릿지를 사용하면 7일의 대기 기간이 필요하다.
- 전용 자산 유형 브릿지: 스마트 계약 기능이 없거나 호환되지 않는 퍼블릭 체인의 원생 토큰(BTC, Dogecoin, Zcash 등)을 스마트 계약 기능이 있는 퍼블릭 체인으로 옮겨 DeFi 앱을 구현하는 데 특화된 브릿지. 이 분야의 프로토콜로는 BitGo, Ren Protocol, Keep Network 등이 있으나 중심화 관리 리스크가 있다.
- 제3자 크로스체인 브릿지: 전문적으로 토큰 크로스체인 서비스를 제공하며, 수수료가 낮고 속도가 빠르며 지원하는 토큰이 많다. 하지만 제공하는 보안 수준은 다양하다. 이 분야의 프로젝트로는 Celer Network, Hop Protocol, Multichain, Synapse Protocol 등이 있다.
- 크로스체인 브릿지 어그리게이터: 주요 크로스체인 브릿지를 집계하여 사용자의 요구에 맞춰 최적의 크로스체인 브릿지 솔루션을 추천한다. (defieye의 크로스체인 도구는 주요 크로스체인 브릿지 프로젝트 중에서 수수료가 가장 낮은 솔루션을 찾아줄 수 있음)https://tools.defieye.io/bridge/
제3자 크로스체인 브릿지의 유형
제3자 크로스체인 브릿지는 토큰 크로스체인 솔루션 중에서도 자본의 가장 큰 관심을 받는 세부 분야이자 사용자들이 가장 많이 사용하는 도구이다. 제3자 크로스체인 브릿지의 주요 유형을 살펴보자.
해시 타임락 기반 원자적 교환
해시 타임락은 암호학적 방법으로, 사용자는 해시 잠금을 통해 거래의 원자성을 실현한다. 절차는 다음과 같다:
1. 사용자 A는 무작위 비밀번호 r을 생성하고, r의 해시값 m=hash(r)을 계산한 후 m 값을 사용자 B에게 전송한다.
동시에 사용자 A는 사용자 B에게 1 BTC를 전송하는 트랜잭션을 시작하며, 이 트랜잭션이 성공하려면 사용자 B가 미리 설정한 시간 내에 비밀번호 r을 제시해야 하며, 그렇지 않으면 트랜잭션이 자동으로 실패한다.
2. 사용자 B는 A가 시작한 트랜잭션을 확인한 후, 사용자 A에게 10개의 ETH를 전송하며, 이 트랜잭션의 성공 조건은 사용자 A가 미리 설정한 시간 내에 r 값을 제시해야 하며, 그렇지 않으면 트랜잭션이 자동으로 실패한다.
참고: 해시 연산은 비가역적이므로 m 값만으로는 r을 추론할 수 없다. 그러나 사용자 B는 m 값만으로도 r 값을 제시하는 것을 성공 조건으로 하는 트랜잭션을 생성할 수 있다. 사용자 A가 값을 제시하면, 계약이 해시값이 m과 일치하는지 계산하여 A가 실제로 r 값을 제시했는지 검증할 수 있다.
3. 사용자 A는 B가 시작한 트랜잭션을 확인한 후 r 값을 제시하여 B의 트랜잭션을 성공시키고, B로부터 10개의 ETH를 받으며, 이때 r 값이 공개된다.
4. 사용자 B는 이전 단계에서 A가 제시한 r 값을 획득하여 A의 트랜잭션을 성공시키고, A로부터 1 BTC를 받는다.
이렇게 서로 다른 두 체인 상의 거래가 하나의 이벤트로 통합되어, 전체가 성공하거나 전체가 실패하는 것으로 간주된다. 이는 가장 안전하고 신뢰 없는 토큰 이전 방식으로 여겨진다.
하지만 이 방식은 4가지 단점이 있다.
- 직접적인 거래 상대방을 찾지 못하면 대기해야 하며, 효율이 낮다.
- 실제 거래에서 거래 상대방은 환율이 자신에게 유리한지 여부에 따라 거래 완료 여부를 선택할 수 있으므로, 대규모 거래에는 부적합하다.
- 저수준 메커니즘이 복잡하여 수수료가 높다.
- 크로스체인 토큰 교환만 가능하며, 토큰 전송은 불가능하다.
cBridge 1.0은 이 방법을 사용한다.
유동성 어그리게이션
이 유형의 크로스체인 브릿지는 여러 블록체인에 스마트 계약을 배포하고, 사용자가 이 계약에 유동성을 제공하도록 유도한 후 실제 수요에 따라 자금을 조정한다.
이 방식은 원자적 교환에서 발생하는 유동성 단절 문제를 피할 수 있으며, 자금 비용이 낮고 크로스체인 효율이 높다. 성공의 핵심 요소는 자산 관리권의 탈중앙화, 각 체인 간 자금의 효율적 균형, 충분한 유동성 확보다.
잠재적 리스크는 크로스체인 브릿지가 자산에 대한 통제력을 항상 유지할 수 있는지, 그리고 각 체인의 스마트 계약에 버그가 있는지 여부이다.
잠금+발행(Lock and Mint)
소스 체인의 지정된 스마트 계약에 원생 토큰을 잠금 처리한 후 타겟 체인에서 합성 토큰을 발행하는 방식이다. 이 크로스체인 방식은 주로 토큰 전송에 사용된다. 예시로 $WBTC와 $WETH가 있다.
구체적인 토큰 전송 과정은 다음과 같다:
1. 사용자가 토큰을 크로스체인 브릿지의 소스 체인 계약으로 전송하고, 타겟 체인의 수신 주소를 알려준다.
2. 타겟 체인의 검증자가 이 정보를 검증한 후, 사용자의 타겟 체인 수신 주소에 매핑 토큰을 발행하여 토큰 전송을 완료한다.
3. 타겟 체인에서 전송된 토큰을 다시 소스 체인으로 돌리려면, 사용자는 매핑 토큰을 크로스체인 브릿지의 타겟 체인 계약으로 전송하고 소스 체인의 지갑 주소를 알려준다.
4. 타겟 체인의 검증자가 매핑 토큰을 소각하고, 크로스체인 브릿지가 소스 체인의 잠긴 토큰을 해제하여 사용자의 지갑 주소로 전송한다.
이 모델의 보안은 네트워크 검증 노드에 의존한다. 검증 노드가 악의를 품거나 지나치게 중심화되어 해커의 통제를 받는다면, 심각한 경제적 손실이 발생할 수 있다.
주요 크로스체인 브릿지 분석
Gravity Bridge
Cosmos 생태계 전용으로 설계되었으며, 이더리움과 Cosmos SDK 기반 블록체인을 연결하는 중립적 브릿지로, Cosmos 생태계가 POW 체인과 통신할 수 없는 틈을 메워준다. Gravity Bridge는 업그레이드 불가능한 Solidity 계약을 설계하여 악의적인 행위자에 의한 조작을 방지한다. 사용자는 이더리움에 토큰을 잠그고, 검증자 집합이 트랜잭션에 서명하여 Cosmos 생태계의 어떤 블록체인(Osmosis, Stargaze 등)에서도 매핑 토큰($wBTC, $wETH, $DAI, $USDC)을 발행할 수 있다. 이 토큰들은 Akash Network, Sentinel, Regen, Osmosis 등의 Cosmos dApp에서 사용할 수 있다. 반대로 Cosmos 생태계의 토큰도 이더리움으로 전송하여 DeFi 마이닝을 할 수 있다.
왜 Gravity Bridge를 사용할까?
- 보안성: 고급 패널티 메커니즘을 통해 검증자가 합의에 동의하지 않은 브릿지 메시지에 서명하거나 제출하지 못하도록 보장한다. Cosmos 생태계는 활발한 검증자 노드를 보유하고 있으며, 각 검증자는 상당한 가치의 담보를 스테이킹하고 있어 악의적인 노드는 경제적 처벌을 받는다. 누구든지 비프로토콜 메시지를 통해 서명 증거를 제출하여 검증자를 처벌할 수 있다. 노드 스테이킹은 허가 없이 진행되며 검열되지 않는다. 각 검증자는 이더리움에서 발생한 모든 입금 이벤트를 증명한다.
- 비托管(Non-custodial): 제3자 관리자가 자금을 관리하지 않으며, 토큰 크로스체인 시 이더리움과 Cosmos의 보안만 신뢰하면 되고, 이 두 체인의 보안성은 의심의 여지가 없다.
- 상호 운용성: BNB는 오랫동안 이더리움과 Cosmos 생태계에 동시에 존재하는 유일한 토큰이었으나, Gravity Bridge가 개통된 이후 Cosmos 생태계의 앱들이 이더리움 사용자에게 열리게 되었다.
- 중립성: 검증자 집합이 브릿지를 관리하며, Gravity 커뮤니티의 초점은 로컬 체인의 DeFi 앱이 아닌 브릿지의 보안과 효율성에 있으며, 여러 블록체인과 유동성을 통합한다.
- 저비용: Gravity는 거래를 일괄 추출하여 여러 메시지를 하나의 배치로 통합함으로써 가스 비용을 96% 절감한다.
Stargate
Stargate는 LayerZero 위에 구축된 첫 번째 프로토콜로, 사용자가 안전하고 편리하게 다양한 블록체인 간에 원생 토큰을 빠르게 이전하고 교환할 수 있도록 한다.
현재 대부분의 매핑 토큰 기반 크로스체인 브릿지는 상호 운용성을 제공하지 못하고, 타겟 체인의 스마트 계약과 상호작용할 수 없으며, 거래 비용이 높고 크로스체인 시간이 길어 사용자 경험(UX)이 좋지 않다.
Stargate는 크로스체인 송금의 불가능 삼각형 문제를 혁신적으로 해결한다:
- 즉각적인 거래 확인: 소스 체인과 타겟 체인의 토큰 전송을 즉시 확인한다.
- 통합 유동성: 동일한 토큰에 대해 서로 다른 블록체인이 하나의 유동성 풀을 공유한다.
- 원생 토큰 크로스체인: 매핑 토큰 없이 모든 상호작용 토큰은 원생 토큰이다.
LayerZero는 Stargate가 크로스체인 메시지 전달을 실현하고 즉각적인 거래 확인을 한 번의 클릭으로 완료하여 좋은 사용자 경험을 제공한다. 구체적인 원리는 앞서 설명했다.
Stargate는 자체 개발한 Delta 알고리즘을 사용하여 통합 유동성과 원생 토큰 크로스체인 문제를 해결한다. 동일한 토큰에 대해 모든 체인이 하나의 통합 유동성 풀을 사용하며, 각 체인이 다른 체인의 유동성에 접근할 수 있다. Delta 알고리즘은 "소프트 파티셔닝" 방식으로 유동성을 관리하는 원생 토큰 풀 균형 알고리즘이며, 동시 다수 거래로 인한 유동성 풀의 유동성 고갈을 방지한다. 예를 들어 X, Y, Z 체인으로 구성된 네트워크에서 X 체인의 100달러 유동성은 Y 체인 50달러, Z 체인 50달러로 가상 분할된다. Delta 알고리즘은 각 체인의 "가상 대차대조표"를 모니터링하며, 유동성이 초과되지 않는 한 사용자가 서로 다른 체인에서 차입 및 상환을 허용한다. 그러나 파티션 잔액이 초기값 이하로 떨어지면 "채무"가 발생한다. 소스 체인 A에서 타겟 체인 B로 송금 요청이 발생하면, 소스 체인 A에 입금된 토큰은 먼저 A의 "채무"를 메우고, 나머지 자금은 모든 풀에 가중치에 따라 분배된다.
Stargate는 크로스체인 브릿지 분야의 스타 프로젝트로, FTX, A16Z, Sequoia, Binance, Coinbase 등 주요 기관들의 투자를 받았다.
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@Jesse_meta
