크로스체인 기술의 계층적 개요: 크로스체인이 열어줄 수 있는 가능성은 무엇이 있을까?
작성자: Jeffrey Hu, HashKey Capital
크로스체인 기술은 항상 논란이 많으면서도 끊임없이 언급되는 기술이다. 특히 크로스체인 브릿지가 해킹될 때마다 크로스체인 기술에 대한 논쟁이 다시 불거진다. 반면 IBC, LayerZero 등의 기술이 점차 성숙해짐에 따라 커뮤니티는 크로스체인의 미래에 대해 더 이상 기대하지 않는 것처럼 보인다.
그러나 이것이 크로스체인의 최종 형태(endgame)일까? Well,
This is not the end. It is not even the beginning of the end. But it is, perhaps, the end of the beginning.
2022년 최근 몇 달 동안 크로스체인 분야에서도 주목할 만한 여러 새로운 진전이 있었다. 최근 크로스체인 관련 발표에 초청된 기회를 얻어, 크로스체인 기술 및 동향에 대한 관찰과 사고를 정리해보고자 한다.
1. 크로스체인 기술의 계층별 개요
1. 계층화를 통해 크로스체인 이해하기
이러한 발전을 이해하기 전에 먼저 크로스체인이 직면하는 구체적인 문제를 되새겨볼 필요가 있다. 크로스체인을 이야기할 때 그 이면에 있는 본질은 무엇인가?
최근 유행하는 표현을 쓰자면, “첫 번째 원칙(First Principles)”으로 크로스체인을 어떻게 이해할 수 있을까?
블록체인의 핵심적이고 다른 기술과 가장 구분되는 특징이 신뢰 없음(trustlessness), 즉 체인 상에서 정보를 신뢰하지 않고 검증 가능하게 하는 것(Don’t trust, verify)이라면, 크로스체인은 본래 한 체인 상의 정보를 다른 체인 간에 어떻게 검증 가능한지에 관한 것이다. 전달되는 정보는 일반적으로 트랜잭션과 그 트랜잭션의 유효성 증명(보통 Merkle Proof)을 포함한다.
이에 대응하여, 체인 상에서 검증 가능한 정보를 기반으로 블록체인은 자산 이체 등 기본적인 애플리케이션을 구축할 수 있다. 또한 검증된 크로스체인 정보를 바탕으로, lock & mint(원본 체인에서 잠근 후 목적 체인에서 발행) 방식을 사용해 토큰을 크로스체인 이동시키는 등의 크로스체인 애플리케이션도 구축할 수 있다.
따라서 “크로스체인” 기술이나 프로젝트가 해결하려는 문제에 따라 통신 계층과 애플리케이션 계층 두 가지로 분류할 수 있다.
2. 크로스체인 기술 분류
통신 계층
먼저 통신 계층부터 살펴보자. 한 체인 상의 정보를 다른 체인에서 검증 가능하게 하려면 어떻게 해야 할까? 검증 주체에 따라 크게 외부 검증, 로컬 검증, 네이티브 검증으로 나눌 수 있다.
외부 검증: 크로스체인 정보의 유효성을 외부의 일정한 증인들(공증인, 게이트웨이 등이라고도 함)이 검증한다. 이 방식은 각 체인에서 정보를 읽고 쓸 수 있는 증인만 있으면 다양한 이기종 체인을 빠르게 연결할 수 있다는 장점이 있지만, 크로스체인 정보의 유효성(예: 트랜잭션이 실제로 원본 체인에서 확인되었는지 여부)은 증인들에게 의존해야 한다. 즉, 전체 크로스체인의 보안은 증인들의 정직성 가정(trust assumption)에 의존한다.
로컬 검증: 외부 증인에 의존하지 않고, 사용자가 직접 체인 상의 트랜잭션을 확인하며 HTLC 등의 기술을 통해 상호 교환 거래를 보장하는 방식이다. 제3자 증인을 신뢰할 필요가 없고 이기종 체인에서 빠르게 크로스체인 이체를 실현할 수 있지만, 일반 정보 전달, 스마트 계약 호출 등보다 복잡한 애플리케이션을 구현하기 어렵다는 단점이 있다.
네이티브 검증: 블록체인이 자체적으로 크로스체인 정보의 합법성을 독립적으로 검증하는 방식이다. 일반적으로 다른 블록체인의 경량 클라이언트(light client)를 통합하는 형태로 구현되며, 이를 통해 다른 블록체인의 정보를 추적하고 획득하며 검증한 후 크로스체인 이체, 토큰 해제 등의 행동을 취할 수 있다. 이기종 체인의 모델이 다양하기 때문에 IBC 크로스체인 프로토콜과 같은 표준이 설계와 구현을 단순화하는 데 필요하다. 이 기술은 추가적인 신뢰 가정이 필요 없어 보안성이 가장 뛰어나지만, 경량 클라이언트를 체인 상에 상호 구현하고 완전한 크로스체인 프로토콜 스택을 구현해야 하므로 개발 작업량이 크다.
애플리케이션 계층
밑단의 통신 계층만으로는 부족하며, 사용자를 위한 애플리케이션도 구축되어야 한다. 밑단에서 검증된 크로스체인 정보를 기반으로 강한 트랜잭션 일관성이 요구되지 않는 크로스체인 애플리케이션은 이론상 모두 구현 가능하다. 그러나 여전히 가장 일반적인 것은 크로스체인 토큰 이체와 같은 기본적인 거래 형태일 것이다.
따라서 주된 문제는 크로스체인 유동성 전달 방법이다. 이 문제의 해결 방식은 거래 유형에 따라 분류할 수 있다: 중앙 상대방(CCP), OTC/P2P, 자동 교환(Swap).
중앙 상대방(CCP): 일반적으로 '공식 크로스체인 브릿지'가 이 방식을 사용하며, 공식 지정 주소가 입출금 작업을 수행한다. 앞서 언급한 lock & mint 형식이다. 예를 들어, 사용자가 원본 체인에서 크로스체인을 요청하면 토큰을 특정 주소에 잠그고, 해당 주소가 목적 체인에서 토큰을 발행한다.
OTC/P2P: 공식 기관 외에도 거래 상대방이 제3자 마켓메이커 또는 다른 사용자일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 크로스체인 송금을 위한 유동성을 제공하면, 크로스체인 마켓메이커가 이 견적을 받아들이고 목적 체인에서 유동성을 해제해줄 수 있다.
자동 교환(Swap): 사용자 간 거래 외에도, 거래 상대방이 자동 교환 프로토콜일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 원본 체인의 AMM에서 교환한 후, 프로토콜이 목적 체인에서 다시 교환하는 식이다.
유동성 집합: 1inch 등의 체인 내 유동성 집합 프로토콜과 유사하게, 일부 프로토콜은 위의 다양한 크로스체인 유동성 구현 방식을 집합하여 체인 간 유동성 집합 애플리케이션을 제공함으로써 사용자에게 유동성 최적/견적 최적/비용 최소의 크로스체인 이체 경로를 제공한다.
2. 크로스체인의 또 다른 가능성들
1. 밑단의 경량화
IBC 프로토콜은 크로스체인의 금자탑으로 평가받지만, 이기종 체인 구현 시 실제적인 어려움에 직면할 수 있다. 예를 들어, 이더리움에서 Tendermint의 블록헤더 서명 등을 검증할 때 발생하는 계산량이 가스 한도를 초과할 수 있다.
릴레이어에서 오라클로
IBC 프로토콜은 정상 작동을 위해 리레이어(relayer)라는 역할이 필요하다. 다소 '반직관적'인 점은 이 리레이어가 중심화되어 있어도 '신뢰할 필요 없는(untrusted)' 존재일 수 있다는 것이다. 이유는 전달되는 정보가 목적 체인에서 독립적으로 검증 가능하기 때문에, 리레이어가 외부 검증 방식처럼 메시지를 조작하여 사용자 자금을 훔치는 악의적인 행위를 할 수 없다는 점이다. 리레이어는 인터넷 프로토콜의 물리 계층처럼 서로 다른 네트워크를 연결하고 정보를 전달하는 역할을 한다.
IBC 프로토콜의 보안(security)은 리레이어에 의존하지 않지만, IBC가 정상 작동하기 위해서는 적어도 하나의 정상 작동하는 리레이어가 존재하여 프로토콜의 활성(liveness)을 보장해야 한다는 점에서 의존성이 있다.
그러나 리레이어의 주요 임무는 원본 체인 정보를 관측하고 목적 체인에 제출하는 것으로, 정보 전달 과정을 완수하는 것이다. 따라서 이 과정은 오라클 방식으로도 실현 가능하다. 즉, 오라클이 '체인 외에서 체인으로(chain off-to-on)'의 역할에서 '체인에서 체인으로(on-to-on)'의 정보 전송 역할을 할 수 있다는 의미이다.
이것이 Chainlink CCIP[1], SupraOracle 등 많은 오라클 프로젝트들이 크로스체인 방향으로 나아가는 이유 중 하나일 수도 있다.
오라클에서 TEE로
그렇다면 구체적으로 오라클이 전달할 수 있는 정보는 무엇인가? LayerZero는 좋은 사례이다. LayerZero는 IBC 프로토콜에서 합의 상태 검증을 오라클 방식으로 수행한다. 즉, 검증인 목록 변화에 따라 블록헤더를 지속적으로 업데이트하고 검증하는 작업 없이, 필요한 순간 오라클을 통해 필요한 정보를 조회하고 검증한다.
LayerZero는 경량 클라이언트의 일부 작업을 오라클에 맡긴다[2]
이 방식은 체인 상 검증 비용을 크게 줄일 수 있으며, 기존에 체인 간 정보 전달을 담당했던 리레이어는 크로스체인 트랜잭션과 그 증명만 전달하면 된다. 따라서 LayerZero는 여러 EVM 체인을 빠르게 연결할 수 있다. 그러나 제3자 오라클이라는 추가적인 보안 가정(오라클이 공모하여 악행을 저지르지 않는다는 점)을 도입함으로써 시스템 보안성이 다소 낮아진다. 다른 구현 방식으로는 Substrate의 '네이티브 오라클'인 오프체인 워커(off-chain workers)를 활용하는 방법도 있다[3].
따라서 오라클에 대한 신뢰 의존도를 줄이기 위해, 블록헤더 동기화 작업을 개선하는 다른 기술적 접근도 있다. 예를 들어, LCP Network는 TEE(Trusted Execution Environment, 신뢰 실행 환경)를 이용해 크로스체인 트랜잭션을 검증한다[4].
Merkle Proof에서 ZK Proof로
정보 전달 방법 외에도, 정보 자체(그 증명 포함)를 어떻게 구성할지에 대한 탐구도 진행되고 있다. 본문 초반의 크로스체인 정의를 되새기면, 크로스체인의 핵심 전달 정보 중 하나는 트랜잭션의 유효성 증명(validity proof)이다. 현재 대부분의 크로스체인 구현은 Merkle Proof를 사용한다.
다른 큰 범주의 유효성 증명은 요즘 각광받는 제로노울리지 증명(ZKP) 기술에 기반한 ZK Proof이다. 최근 제로노울리지 증명 기술의 발전으로 인해, ZK 기반 크로스체인 브릿지(ZK Bridge)가 이론[5]에서 실현 가능성이 생기고 있다.
제로노울리지 증명을 생성함으로써, 이더리움에서 Ed25519 등의 서명을 검증할 때 발생하는 고비용 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어 Electron Labs는 Tendermint 기반 체인의 서명 유효성을 검증하기 위해 ZK SNARKs 증명을 구현하여, 스마트 계약 내에서 서명 관련 고비용 계산을 수행하지 않도록 한다[6].
제로노울리지 증명을 이용한 이더리움 상 IBC 구현 디자인[6]
현재 ZK 크로스체인 브릿지를 개발 중인 팀과 프로젝트로는 Succinct Labs, zkbridge[7], Polymer[8], Mina[9] 등이 있다.
현재 개발 중인 일부 ZK 기반 크로스체인 설계[7]
2. 개발 지원 강화 (일반 정보, 스마트 계약 호출)
상기한 밑단 크로스체인 프로토콜들은 일반 정보 전달, 스마트 계약 호출 등을 더 잘 지원할 수 있다. 따라서 많은 프로젝트들이 이러한 기반 위에서 추가 패키징을 진행하며 SDK 등을 제공하고, 다중 체인(multi-chain), 옴니 체인(omni chain) 애플리케이션 개발을 지원하고 있다.
여기에는 IBC Interchain Account[10], Multichain anycall, Celer IM 등이 포함되며, 이러한 밑단 크로스체인 프로토콜을 기반으로 Spanning Labs 등의 사용자 친화적인 미들웨어를 개발할 수도 있다. 이를 통해 다중 체인 배포, 크로스체인 결제 애플리케이션을 개발할 수 있으며, 기존에 애플리케이션 계층이 고민해야 했던 토큰 크로스체인 이체 등의 작업을 미들웨어나 밑단에서 처리하게 된다.
3. 애플리케이션 계층 유동성
크로스체인 밑단, 미들웨어 등을 기반으로 애플리케이션 계층 유동성 측면에서 더 많은 혁신적 설계가 가능하다. 예를 들어 최근 제안된 slAMM[11](공유 유동성 AMM)은 Hub 체인을 통해 각 '위성 체인'의 유동성을 조율한다. 여기서 크로스체인 프로토콜을 기반으로 각 체인 간 유동성 이동, 결제 등의 관리 기능을 실현할 수 있다.
dAMM과 slAMM의 설계 및 차이점[11]
4. 프로토콜 계층에 대한 '역작용'
크로스체인은 일반적으로 블록체인 기반 프로토콜 계층에 대한 지원으로 간주된다. 그러나 크로스체인 기술의 발전에 따라, 블록체인 프로토콜 자체의 향후 설계에도 영향을 줄 수 있다.
합의 개선
우선 블록체인 합의 측면에서의 영향이다.
앱체인 + 크로스체인 설계 덕분에 많은 앱체인은 초기 설계 시 자체 보안 유지에 소홀할 수 있으므로, 일정한 크로스체인 검증 방식을 통해 대규모 네트워크가 소규모 네트워크의 보안을 보장해야 한다. 예를 들어 Cosmos의 체간 보안(interchain security), Polkadot의 릴레이 체인+평행 체인 설계 등이 있다.
이처럼 서브 체인이 메인 체인을 중심으로 한 단방향 크로스체인 검증 외에도, 최근 제안된 메시 보안(Mesh Security)[12]도 가능하다. 즉, 네트워크끼리 상호 크로스체인 검증을 수행하는 것이다. 아직 초기 개념이므로 구체적인 설계와 구현은 지켜봐야 한다.
메시 보안 예시[12]
MEV에 미치는 영향
또 다른 중요한 영향은 MEV(최대 추출 가능 가치) 설계이다. 단일 체인 상의 MEV 산업 규모는 이미 매우 크다. Chorus One의 통계에 따르면[13], 2022년 10월 기준 이더리움 상 누적 MEV는 10억 달러를 넘었다.
크로스체인 프로토콜 설계는 MEV 설계도 고려하고 있어, 현재의 MEV 구조에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어 Cosmos 2.0 백서[14], Zenith[15] 등의 블록 공간 시장화. 예를 들어, 체간 스케줄러(Interchain Allocator)를 통해 다음과 같은 방식을 실현할 수 있다:
체간 보안(공유 보안)을 사용하는 소비자 체인이 블록 공간을 제공
사용자는 구매를 통해 크로스체인 차익거래, 결제 기회 등을 확보
마치며
현재 블록체인 산업 내에서 기술 혁신에 대한 주요 관심사는 여전히 이더리움의 ZK, AA, MEV 등에 집중되어 있지만, 크로스체인 프로토콜의 최근 BUIDL은 밑단 프로토콜 경량화, 개선된 개발 지원, 유동성 애플리케이션 혁신, 프로토콜 계층에 대한 역작용, 특히 ZK 브릿지 분야에서 기대할 만한 새로운 진전이 많다. 다만 기술 발전 속도가 빠르고 프로젝트가 많아 본 문서의 짧은 요약에는 빠뜨린 부분과 오류가 있을 수 있으므로, 피드백과 논의를 환영한다!
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