네 가지 크로스체인 통신 모드의 간단한 분석: 왜 크로스체인 프로토콜 개발에 제로지식 증명을 사용하는가?
사용자가 필요로 하는 크로스체인 서비스란?
지난 몇 년 동안 다양한 독립형 퍼블릭 블록체인과 이더리움 레이어 2(Layer 2)가 등장했다.
보안성, 낮은 비용, 빠른 거래 처리 속도, 개발자 및 사용자 커뮤니티의 차이점 등 다양한 측면에서 각 체인이 고유한 장점을 가지고 있기 때문에, 사용자는 여러 체인 간을 자유롭게 전환하며 이용하는 것이 일반적이다.
이더리움 메인넷에 비해 레이어 2나 다른 독립 퍼블릭 블록체인은 수수료가 더 저렴하고 거래 속도도 빠르다. 따라서 사용자는 거래 비용을 줄이거나 다른 체인에 존재하는 더 우수하거나 독특한 애플리케이션을 이용하기 위해 크로스체인 브릿지를 사용해야 한다.
크로스체인 브릿지를 '현금 운반차'에 비유한다면, 누군가 운반차를 습격하든 말든, 또는 어떤 방식으로 공격을 시도하든 간에 운반차 자체는 강력한 방어 능력을 갖추고 있어야 하며, 보안상의 문제는 단 하나도 있어서는 안 된다. 설계, 제조, 생산 단계에서 문제가 없어야 하며, 호송 과정, 발신 및 수신 과정에서도 결함이 있어서는 안 된다. 기존의 크로스체인 브릿지 솔루션들은 아키텍처 설계상의 문제, 코드상의 취약점, 또는 프로토콜 자체가 메시지 송수신 및 리레이 단계에서 특정 신뢰 가정(trust assumption)에 의존하고 있는 경우가 많아, 이러한 요소들이 모두 크로스체인 브릿지의 보안성을 크게 저하시킨다.
크로스체인 브릿지는 서로 분리된 유동성을 연결하는 다리 역할을 하며, 여러 퍼블릭 체인 사이의 자산 이동을 가능하게 해주는 매우 중요한 해결책임에 틀림없다.
그러나 사용자의 크로스체인 기술에 대한 요구는 단순히 자산 이동에만 머무르지 않는다. 사실상 자산의 크로스체인 전이는 전체 크로스체인 프로토콜이 제공할 수 있는 디파이(DeFi) 분야의 한 응용 사례일 뿐이다. 서로 완전히 다른 두 네트워크가 크로스체인 프로토콜을 통해 상호 운용성(interoperability)을 갖추게 되면, 이는 단순히 토큰의 이동뿐 아니라 대용량 파일 및 데이터 패킷의 체인 간 통신도 실현해야 한다.
웹3.0의 멀티체인 생태계에서 사용자는 단 하나의 앱만으로 주요 퍼블릭 블록체인 전부와 자산 및 데이터를 원활하게 주고받기를 원한다.
이러한 상호작용 과정에서 사용자는 지갑이나 네트워크를 자주 전환하고 싶어하지 않는다.
현재 '단일 최강 + 다수 강자'의 블록체인 구도 속에서 사용자들이 필요로 하는 것은 더욱 안전하고 보편적이며 사용자 친화적인 체인 간 통신 프로토콜이다.
크로스체인 통신 모드에는 어떤 것들이 있나?
네이티브 검증 모드
네이티브 검증은 소스 체인과 타겟 체인의 가상 머신에 각각 경량 클라이언트(light client)를 실행하고, 리레이어(relayer)를 통해 체인 간 통신을 수행하는 방식이다. 이 모드의 특징은 별도의 중간 체인을 운영할 필요가 없다는 점이며, Way Network처럼 제로지식 증명(zero-knowledge proof)을 도입하면 LayerZero가 필요로 하는 신뢰 가정까지도 배제할 수 있다.
그림 1: 네이티브 검증 모드
외부 검증 모드
외부 검증 방식은 하나 또는 그룹의 검증자들이 소스 체인의 특정 주소를 감시해야 한다. 사용자가 소스 체인의 특정 주소로 자산을 보내면 해당 자산은 일시적으로 잠금 상태가 된다.
제3자 검증자들이 이를 확인하고 합의에 도달하면, 타겟 체인에서 해당 자산이 생성된다.
이 통신 방식의 단점은 '신뢰 가정'이 존재한다는 점이며, '단일 장애 지점(single point of failure)' 또는 '부분적 장애(partial failure)'로 인해 자산이 도난당할 위험이 크다.
그림 2: 외부 검증 모드
로컬 검증 모드
로컬 검증은 부분적인 검증 방식으로, 일종의 P2P 유동성 네트워크이다. 각 노드 자체가 '라우터' 역할을 하며, 라우터는 타겟 체인에서 파생 자산이 아닌 원본 자산을 제공한다.
이 방식의 단점은 '보편성(generality)'이 부족하여 자산의 크로스체인 이동에는 사용할 수 있지만, 일반 정보 및 데이터의 체인 간 전송에는 적합하지 않다는 점이다.
그림 3: 로컬 검증 모드
상위 체인 모드
상위 체인 모드는 dApp이 해당 체인에 스마트 계약을 배포해야 하며, 이를 통해 메시지가 복제되어 다른 레이어1 퍼블릭 체인으로 전달되고 상태 업데이트를 수행한다.
이 모드의 주요 단점은 상업적 측면에서 나타난다. 즉, 이 체인은 협력보다는 모든 레이어1 체인과 경쟁 관계에 놓이게 되며, 서로 dApp을 자신의 체인에 배포하도록 유치하는 경쟁을 벌이게 된다.
그림 4: 상위 체인 모드
왜 zkRelayer가 체인 간 통신의 열쇠인가?
탁월한 체인 간 통신 솔루션은 다음과 같은 장점을 가져야 한다:
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신뢰 가정이 없고 안전하다(Trustless, Secure);
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허가 없이 누구나 참여 가능하며 탈중앙화됨(Permissionless, Decentralized);
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보편적 적용 가능함(General, Universal);
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확장성이 뛰어남(Extensible);
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빠르고 비용이 낮음(Efficient, Low Cost);
위의 장점들을 모두 충족하는 크로스체인 솔루션은 현재로서 존재하지 않으며, 각 장점들의 중요성 또한 다르다.
사용자는 다소 느린 크로스체인 서비스를 감내할 수 있고, 높은 비용도 감수할 수 있으며, 다양한 데이터 형식의 크로스체인 전송을 당장 필요로 하지도 않을 수 있다.
그러나 '신뢰 불필요성(Trustless)'은 가장 시급하고 중요한 요건이다. 초기 외부 검증 모드는 하나의 체인을 이용해 다른 퍼블릭 체인들의 통신 문제를 해결하려 했는데, 방법론적으로 보면 다소 무거운 방식이며, EVM과 Non-EVM, PoW와 PoS 체인 간의 통신 문제를 해결하기 어렵다.
또한 중간 체인 자체가 단일한 중심화된 도구이며, 스스로의 정당성을 입증하기 어렵다. 즉 외부 검증 모드는 탈중앙화된 보안(Decentralized Security)도, 신뢰 불필요한 보안(Trustless Security)도 제공하지 못한다.
반면 네이티브 검증 방식의 LayerZero와 Hyperlane은 Sender와 Receiver라는 두 클라이언트의 역할을 강조하면서 Relayer와 Oracle의 역할을 약화시킨다.
여기서 다음과 같은 문제가 발생한다:
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첫째, 사용자는 Relayer와 Oracle이 공모하여 악행을 저지를 것 같지 않다고 믿어야 한다;
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둘째, 사용자는 프로토콜 자체가 Relayer 단계에서 악의를 가질 가능성이 없다고 믿어야 한다.
즉, 현재 존재하는 모든 솔루션은 진정한 의미의 Trustless Security를 달성하지 못하고 있다. 단일 장애 지점이나 부분적 장애는 마치 언제 터질지 모르는 폭탄처럼, 본질적으로 결함이 있는 크로스체인 통신 방식 내부에 자리 잡고 있다.
zkRelayer는 Way Network가 제안한 제로지식 증명 기반의 체인 간 통신 리레이어로, 사용자가 어떠한 외부 제3자도, 프로토콜 자체도 신뢰할 필요가 없다는 장점이 있다. 수학과 암호학의 증명 과정이 완벽하고 정확하기만 하다면, 이 시스템은 누구나 받아들일 수 있다. 여기서 중요한 변화가 발생한다. 사용자가 신뢰하는 것은 더 이상 사람이나 조직이 아니라 '진리(truth)' 자체이다. 사람은 실수를 하거나 악의를 가질 수 있지만, 진리는 그렇지 않다. Chain A→ Sender→ zkRelayer → ZK Verifier→ Receiver→ Chain B라는 전체 프로세스에서 zkRelayer는 Sender와 Receiver라는 경량 클라이언트를 넘어선 핵심 구성 요소가 된다.
zkRelayer의 핵심 구성 요소는 ZK Prover와 Message Aggregator이다. Way Network의 ZK Prover가 사용하는 제로지식 증명 방식은 Fox Tech가 제안한 ZK-FOAKS이며, 이는 매우 빠르고 재귀적(Relational)이며 신뢰 불필요한 특성을 지닌다. 또한 선형 증명 시간과 아선형 검증 시간이 이미 이론적 하한에 도달했다. ZK-FOAKS를 크로스체인 리레이어에 적용하면 통신 과정 전체가 Trustless하면서 동시에 효율적이고 저비용이 보장된다.
zkRelayer는 체인 간 통신을 여는 열쇠이다. zkRelayer의 지원 아래, 체인 간 통신은 새로운 장을 맞이하게 될 것이다.
그림 5: Way Network의 보편적 체인 간 통신 아키텍처
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