암호화폐 약세장의 바닥이 아직 오지 않았지만, 이더리움 ZK 롤업은 여전히 확신을 갖고 낙관적으로 전망하고 있다.
단순히 암호화 경제를 기술적 변화로만 간주한다면 아마도 충분하지 않을 것이다.
많은 크립토 종사자나 애호가들이 적응하기 어려운 이유는 주기성이 너무 뚜렷하고 변동성이 지나치게 크기 때문이다. 일반인들도 크립토 강세장에서는 10배에서 100배까지 수익을 낼 수 있지만 약세장에서는 막대한 손실을 입게 된다. 근본적으로 누구든 크립토에 진입하면 투자라는 필수 과정을 피할 수 없다.
연준(Fed)의 금리 인상과 자본 여건 위축이 이번 약세장의 주요 원인이다. DeFi는 이미 20%의 광란적 수익률 시대를 떠났으며 현재 주류 대출 프로토콜들의 수익률은 대부분 2% 미만이다. 반면 현실 세계의 미국 국채 수익률은 이미 3%를 넘어서며, 이는 기관 투자자들과 스테이블코인 프로젝트들이 크립토 자금을 계속해서 현실 세계로 옮겨 국채를 매입하는 주된 동기다.
1980년대부터 연준은 총 6차례의 금리 인상 사이클을 겪었으며 각각 1~3년간 지속됐고 평균 10회 이상 금리를 인상했다. 금리 인상이 느릴수록 효과는 떨어지고 인플레이션 억제도 어려워진다. 예를 들어 2015년부터 2018년까지 진행된 제6차 금리 인상은 매우 완만했고 결과적으로 원유 중심의 원자재 가격은 오히려 더 오르는 상황이 발생했다. 10월 이후에도 원유 가격은 여전히 강세를 유지하고 있어 연준은 고강도 금리 인상을 계속 이어갈 가능성이 높다. 분명한 것은 글로벌 주식시장과 크립토 시장 모두 2023년에도 기관 자금 유출로 인해 하방 압력을 받을 것이며, 아직 약세장 바닥에 도달하지 않았으므로 무작정 바닥 다지기에 나서선 안 된다.
그림1: 연준의 역대 금리 인상 통계; 자료 출처: 연준
이더리움 zk롤업 방안을 확신한다
그러나 자본시장의 장기 사이클을 논하지 않고, 크립토가 가져온 기술 혁신과 그 후에 일어날 가능성이 높은 Web3.0 물결에 초점을 맞춘다면 우리는 이더리움과 특히 차세대 zkEVM 기반 zk롤업 확장 방안을 확신한다.
비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)은 9월 30일 Circle의 Converge22 행사에서 "합병(Merge) 이후 이더리움의 다음 단계는 확장성(Scalability)"이라고 말했다. 확장성 문제는 많은 암호화폐와 블록체인 애플리케이션이 대중화되는 것을 가로막는 핵심 요소다. 잘 알려진 바와 같이 zk롤업(zkRollup)은 수백 건의 트랜잭션을 하나의 실행 작업으로 묶고, 그 안에 포함된 모든 거래의 유효성을 검증함으로써 확장성을 제공한다.
비탈릭의 전폭적인 지지를 받으며 롤업(Rollup)은 이더리움 확장성의 주류 해결책이 되었다. 롤업은 기술 방식에 따라 Optimistic Rollup과 zkRollup으로 나뉜다. 두 가지의 핵심 차이는 거래 유효성을 보장하는 방식이다. Optimistic Rollup은 사기 증명(Fraud Proof) 방식을 사용하고, zkRollup은 수학적 제로지식 증명(Zero-Knowledge Proof)을 사용한다.
Optimistic Rollup 네트워크에는 '챌린저(challenger)'가 존재하며, 이들은 이더리움에 제출된 데이터에 사기가 있음을 증명하고 네트워크 합의를 통해 무효 거래를 되돌릴 수 있다. 반면 zkRollup은 거래 데이터를 배치 처리할 때 제로지식 증명 기술을 활용하여 거래 데이터의 유효성을 보장한 후 바로 이더리움에 증명을 제출함으로써 즉시 최종 상태의 일관성을 달성한다.
Optimistic Rollup과 비교해 zkRollup은 제로지식 증명을 통한 수학적 검증 방식으로 더 많은 기술적 우위를 가진다. Starkware와 zkSync는 이미 이러한 분야에서 몇 년간 선도적인 탐색을 진행해온 프로젝트들이다.
그러나 한 가지 문제가 있다. EVM은 제로지식 증명을 지원하도록 설계되지 않았기 때문에 Solidity와 호환되면서 제로지식 증명을 지원하는 가상머신을 구축하는 것은 매우 어렵다. 예를 들어 Starkware는 Solidity로 스마트 계약을 작성하는 것을 지원하지 않는다.
이 문제를 해결하기 위해 Scroll, Polygon, Fox Tech는 제로지식 증명을 지원하면서도 Solidity와 호환되는 가상머신인 zkEVM 개발에 착수했다.
일반 가상머신과 달리 zkEVM은 실행의 정확성뿐 아니라 입력 및 출력의 유효성까지 증명할 수 있다.
그림 2: 확장성 방안 비교
왜 zkEVM을 다시 설계해야 하는가?
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Polygon은 바이트코드를 마이크로 오퍼레이션 코드로 컴파일한 후 STARK를 사용해 상태 전이의 유효성 증명을 생성하고, SNARK로 증명의 정확성을 검증한 후 이더리움에 제출하여 검증한다.
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Scroll의 방안은 어느 정도 Polygon과 유사하지만, 제로지식 증명 방법으로 Halo 2만을 사용한다는 점이 다르다.
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ZkSync는 Solidity로 작성된 계약 코드를 Yul이라는 중간 언어로 컴파일한 후, 이를 다시 ZkSync의 zkEVM에 특화된 맞춤형 회로 호환 바이트코드 집합으로 재컴파일한다.
이러한 시스템들이 이미 실용화 가능한 수준에 도달했을까? 우리는 더 나은 zkEVM을 다시 설계할 필요가 있을까?
zk롤업은 일반적으로 체인에 집계 증명을 게시하기 전에 제로지식 프로토콜을 사용해 모든 거래를 증명하고 집계한다.
원칙적으로 1층(레이어 1) 체인이 수천 건의 복잡한 거래를 포괄하는 짧은 '증명(proof)'을 검증할 수 있으며, 사기 가능성은 전혀 없다는 의미다.
그러나 Scroll과 Polygon zkEVM의 테스트넷이 공개된 후 사람들은 비로소 현실을 알게 되었다. 그것은 매우 느렸고, 몇 건의 거래를 처리하는 데 수십 분이 걸렸다.
Fox는 zkEVM의 구조를 최적화하고 이를 재설계함으로써 기존의 모든 zkEVM보다 훨씬 효율적인 구조를 만들었다. 주된 이유는 잘 설계된 계층 구조를 채택하여 회로 내 중복되고 낭비되는 공간과 다항식 제출 크기를 줄였으며, 결국 증명 생성 시간을 단축시켰기 때문이다. 동시에 Sequencer는 이더리움 노드를 운영하여 사용자로부터 거래를 수신하고 새로운 상태와 특별한 zkEVM 친화적인 Trace를 생성한다.
Fox Folder는 증명 생성기로서 정렬기(Sorter)로부터 이 Trace를 받아 zkEVM에서 엄청나게 큰 하나의 테이블이 아닌 다수의 소규모 테이블을 사용해 처리함으로써 중복을 크게 줄이고 증명 생성 속도를 향상시킨다.
왜 더 빠른 제로지식 증명이 필요한가?
SNARK는 간결하지만 STARK만큼 효율적이지는 않다. 그러나 FOAKS가 등장하면서 STARK 역시 낙후되었다. 속도가 zkEVM의 병목 현상이기 때문에 계산 효율을 비교하는 것은 중요한 의미를 갖는다. STARK는 준선형(proof time)의 증명 시간과 검증 시간을 제공한다. SNARK보다 빠르지만 명백히 FOAKS보다는 느리다. FOAKS는 세계 최초로 선형 증명 시간과 아현선형(sub-linear) 검증 시간을 실현한 제로지식 증명(ZKP)으로, 이론적 한계에 도달했다. FOAKS는 투명하며 신뢰 설정(trusted setup)이 필요 없어 최고 수준의 보안성을 유지한다.
FOAKS는 Fast Objective Argument of Knowledges의 약자로, 한국어로는 빠른 객관적 제로지식 증명이며, Fox Tech가 설계했다. FOAKS는 선형 시간 인코딩 가능한 코드를 기반으로 하여 기존 모든 ZKP 방안 중 가장 빠르다. 또한 재귀 기술을 사용함으로써 증명 크기를 기존 방안의 1/7 수준으로 줄였으며, 사용자는 단 1센트만으로도 이더리움 레이어 2 서비스를 이용할 수 있게 되었다.
그림 3: 제로지식 증명 매트릭스
왜 독립된 데이터 가용성 계층(Data Availability Layer)이 필요한가?
현재의 zk롤업은 주로 거래 검증의 계산 부담을 줄이는 데 초점을 맞추고 있다. 이는 복잡한 스마트 계약 실행 검증 비용이 매우 높은 이더리움에게 특히 중요하다.
그러나 이더리움 노드는 여전히 원본 거래 데이터를 저장해야 한다. 이는 현명하지 못한데, 이더리움은 저장 계층보다는 합의 계층에 더 적합하기 때문이다. 즉, 확장성 병목 현상은 여전히 존재한다. 노드의 대역폭과 저장 공간이 부족해질 경우(계산 능력 부족이 아님) 충격을 받게 된다.
따라서 zk롤업 서버나 이더리움 노드의 고장으로 인해 전체 스마트 계약이 얼어붙는 것을 방지하기 위해 이더리움은 이러한 원본 거래 데이터를 보관할 수 있는 독립된 데이터 가용성 계층이 필요하다.
더욱 중요한 것은, 이를 통해 레이어 2의 비용을 레이어 1에서 분리시켜 zkEVM 기반 zk롤업의 거래 비용을 절반 이상 추가로 낮출 수 있다는 점이다.
그림 4: 이더리움의 계층 구조
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