ZK 기술의 일반화: 전용 L2에서 시작하지만 궁극적으로는 블록체인 전체에서 빛을 발할 것
본문은 ZK 기술의 기술적 세부사항보다는 가능한 많은 ZK 응용 방향을 묘사하는 데 중점을 두고 있으며, ZK 기술의 반복적인 개발은 계속되고 있지만 기술의 실현은 응용을 통해 이루어져야 한다. 우리는 가장 사용자와 가까운 애플리케이션 계층에서부터 하위 EVM, L2, 크로스체인 브리지 및 퍼블릭 체인까지 점차 깊이 있게 다룰 것이다.
사회적 분업이라는 큰 맥락 속에서 각기 다른 분야의 기술은 업계 외부 사람들에게 마법과 같으며, '사용 가능한 사물'을 통해 직접적인 감각을 형성함으로써 주요 흐름을 파악할 수 있고, 이를 통해 ZK 기술의 특성을 역추적할 수 있다. 이는 인간의 인식 논리에 가장 부합하는 배치이다.
간략한 발전사
1985년 Goldwasser, Micali 및 Rackoff은 최초로 제로노울리지 프루프(Zero-Knowledge Proof) 모델을 제안하였다. 정확히 말하면 이는 '대화형 제로노울리지 프루프' 모델이며, 정보 자체를 노출하지 않으면서도 특정 기술을 통해 진위를 검증할 수 있도록 양측의 반복적인 상호작용을 허용한다.
1991년 Manuel Blum, Alfredo Santis, Silvio Micali 및 Giuseppe Persiano는 '비대화형 제로노울리지 프루프'를 제안하였으며, 이름에서도 알 수 있듯이 양측 간 단 한 번의 최종 검증만으로 정보의 진위를 확인하는 비대화형 증명 방식이다.
비대화형 제로노울리지 프루프의 등장은 획기적인 발전이었다. 첫째, 상호작용 횟수가 고정된 한 번으로 줄어들었으며, 이를 통해 오프라인 검증 및 공개 검증이 가능해졌다. 전자는 롤업(Rollups)의 유효성 기반을 마련했고, 후자는 블록체인의 브로드캐스트 메커니즘과 결합하여 다수의 계산으로 인한 자원 낭비를 방지할 수 있었다.
그 이후 등장한 Zcash는 SNARKs 기술 경로가 처음으로 대규모로 활용된 사례이며, 독립적인 프라이버시 코인이 ZK 기술과 블록체인 기술을 연결하는 교량 역할을 하였다.
간단히 말해, 이번 개선은 '간결함'(Succinct)에 초점을 맞추었으며, SNARKs는 검증 데이터의 양을 단순히 압축하는 것뿐만 아니라 정보 자체의 크기도 압축하는 데 목적이 있다. ZCash에서는 프로그램 회로가 고정되어 변하지 않으므로 다항식 검증 또한 고정된다.
ZK 기술의 일반화
특화된 L2에서 시작되었지만 궁극적으로는 전체 블록체인에서 빛을 발할 것이다.
제로노울리지 프루프 기술을 설명하기에 '후발주자'라는 표현이 가장 적절하다. 1980년대에 기원한 암호학 알고리즘이 거의 30년이 지난 후에야 비로소 그 활용 무대를 맞이하였으며, Zcash, 모네로(Monero) 등의 초기 프라이버시 코인 출현과 함께 ZK 기술은 블록체인 기술과 더욱 긴밀하게 결합되기 시작했다.
당시 이더리움은 생존의 위협 속에서 힘겨워하고 있었지만 확장성은 이미 장기 계획에 포함되어 있었고, Plasma 방식이 사실상 실패한 후 이더리움은 L2 롤업(Layer 2 Roll-up) 방식으로 전환하기 시작하였다. ZK 기술 또한 SNARK, PLONK, STARK 등 보다 공학적인 반복 버전을 거쳐 현재 생태계가 풍부한 ZK 롤업 가족을 구축하게 되었다.
프라이버시와 확장성, Tornado Cash와 L2는 각각 이 기술 용어의 용도와 실천 사례로 자리 잡았다.
그러나 이것은 이야기의 극히 일부에 불과하며, 본질적으로 ZK는 정보 자체를 포함하지 않고도 양측 간 정보를 검증하는 수단이며, 저렴한 비용과 효율성을 추구하는 것이 핵심이다. 비탈릭(Vitalik)이 제시한 블록체인의 불가능 삼각형 개념을 참고하여 ZK 기술의 특징을 묘사할 수 있다.
이미지 설명: ZK 불가능 삼각형 이미지 출처: R3PO
이 세 가지 요구 조건은 서로 충돌한다. 높은 호환성을 위해서는 오프체인에서 연산을 수행하여 성능을 향상시켜야 하고, 탈중앙화를 추구하면 온체인 검증을 최대한 늘려야 하지만 이는 성능 저하와 호환성 비용 증가로 이어진다. 최고의 호환성을 달성하면 검증 성능이 저하된다.
그러나 ZK 기술은 이러한 불가능 삼각형을 탐색하면서 반복적으로 발전하여 오늘날 매우 다양한 용도를 갖추게 되었다. 그러나 우선 기존의 인식에서 벗어나야 한다. ZK는 Layer 2에만 존재할 수 있는 것이 아니다. 본문에서는 Dapp, L2, ZK-EVM, ZK 브리지, ZK 퍼블릭 체인 등 다섯 가지 주요 영역의 실제 용도를 차례로 소개할 것이다.
ZK Dapp: 어두운 숲 속의曙光 (曙光 의미 유지)
이미지 설명: ZK 원리 개요 이미지 출처: R3PO
《삼체》에서 운톈밍은 세 명의 삼체인들이 잘 아는 세 가지 "동화 이야기"를 통해 지구인들에게 어두운 숲 속에서 살아남는 세 가지 법칙을 전달한다:
항복: 자신을 숨기고 문명 수준을 인위적으로 낮춰 숲 속 매복한 사냥꾼에게 안전 선언을 보내는 것;
도피: 곡률 추진 엔진 기술을 개발하고 '지구가 집'이라는 사고방식을 버리는 것, 지구인이 어디에 있든 그곳이 바로 집이다;
투쟁: 항성간 문명을 발전시키고 삼체인들을 무너뜨리며, 더 강한 문명을 만나면 강력하게 대응하는 것;
삼체인들의 감시 아래서 이 이야기를 전달하는 행위 자체가 일종의 ZK 기술 작업 흐름을 설명한다. 삼체인, 운톈밍, 지구인 세 당사자가 모든 "정보"를 알지만, 오직 운톈밍과 지구인만이 정보가 의미하는 "지식"을 이해한다.
이미지 설명: 루프링 작동 원리 이미지 출처: L2Beat.com
ZK의 '정보 안에 지식이 감싸여 있다'는 특성은 지식에 암호화가 필요하지만 정보 전송은 공개되어야 하는 크로스체인 통신, 크로스체인 DEX 등의 분야에 매우 적합하다.
우리는 Loopring을 예로 들 수 있는데, 이는 스스로를 L2라고 주장하지만 거래 및 결제에 특화된 특수 목적 L2 솔루션이다. zkSNARKs 경로를 사용하며, 공식 문서에 따르면 검증 작업의 대부분을 오프체인에서 수행하고 온체인에 저장되는 검증 정보는 가능한 한 간결하게 유지한다.
최고의 처리량을 얻기 위해 우리는 체외 잔액(오프체인 잔액)만 지원한다. 이는 Merkle 트리에 저장된 잔액이다. 사용자는 우리의 스마트 계약에 토큰을 입금하고 인출할 수 있으며, 그들의 잔액은 Merkle 트리에서 업데이트된다. 이렇게 함으로써 우리는 체내에서 비싼 토큰 이전 없이도 체외의 Merkle 트리를 업데이트하여 사용자 간 토큰 이전을 할 수 있다.
이러한 설계의 장점은 특정 영역에서 작동하는 ZK 솔루션을 개발한 것으로, 기본적으로 ZK 기술을 단일 애플리케이션 솔루션으로서 롤업을 활용한 것이다. 이 모델을 크게 발전시킨 것은 StarkEx를 사용하여 개발된 dYdX이며, 파생상품 분야의 선두주자가 되었다.
그러나 이러한 접근의 문제점은 비범용 솔루션으로 인한 폐쇄성이며, 외부와의 소통이 항상 문제이고 내부 업그레이드 및 유지보수는 이더리움 메인넷과 자체 애플리케이션의 요구 사항을 동시에 고려해야 하므로 장기적으로는 어렵다. dYdX가 Cosmos로 이전한 선택과 범용 롤업 Taiko의 출시는 L2의 경쟁이 범용화에 있음을 선포한 것이다.
ZK 롤업: 꿈의 중간지점
출발점이 복부에 있다는 것은 이번 ZK 기술 혁신의 전형적인 특징이다. 이전의 ZCash, Tornado Cash 등의 프라이버시 코인 분야는 규제 문제로 인해 도중에 실패했으며 ZK의 깃발을 들지 못했다.
이미지 설명: ZK 승리 과정 이미지 출처: R3PO
L2 롤업 분야는 바닥층 퍼블릭 체인도 아니고 상위 애플리케이션도 아닌 이상한 위치에 있으며, 전체 암호화 생태계에서 매우 독특하다. 이에 상응하는 것은 사실상 이더리움의 독점적 위치이며, 나머지 퍼블릭 체인들은 본질적으로 이더리움과 호환 가능한 체인에 불과하다.
L2는 이더리움 전용이 아니다. 이론적으로 비트코인의 라이트닝 네트워크도 일종의 L2이지만, 오직 이더리움의 L2만이 분야로 불릴 수 있다. 종적으로 보면 오랜 시간 동안 새로운 것을 추구하며 Plasma, 사이드체인, 낙관론적 롤업(Optimistic Rollup), ZK 롤업 등의 여러 경로가 경쟁하였다. 횡적으로 보면 단일 ZK 롤업조차 ZK VM과 ZK EVM, SNARK와 STARK 등의 방향으로 나뉘어 직관적인 결과는 프로젝트가 많고 의견이 분분하다.
그러나 본질적으로 롤업은 서브 퍼블릭 체인 수준의 기본 서사를 제공하며, 그 자체의 운영은 직접적인 이익을 창출하지 못하고 상위 기능과 애플리케이션의 생태 효과에 의존한다. 예를 들어 zkSync는 Gitcoin의 송금 결제에 집중하고, dYdX는 StarkEx를 기반으로 한 애플리케이션 체인을 구축하는 등 롤업 서사가 퍼블릭 체인과 유사함을 증명하고 있다.
현재의 전체 L2 구도에서 기술 경로의 주요 경쟁은 SNARK와 STARK 사이에 있으며, 대표적인 프로젝트는 zkSync와 StarkWare이다. 두 프로젝트의 주요 차이점은 다음과 같다:
zkSync: EVN 호환 ZK Snark 솔루션을 향해
기본 정보:
개발사: Matter Labs
TVL: 52M, 170M(최고)
송금 수수료: 0.1U
기술 패러다임: ZK-SNARK
팀 정보:
Alex Gluchowski 공동창업자 겸 CEO
Danil Lugovskoi 고급 소프트웨어 엔지니어
투자 이력: 2021년 11월까지 Matter Labs는 a16z, Union Square Ventures, Placeholder로부터 총 5800만 달러를 투자받았다.
표 설명: Matter Labs 투자 이력 표 출처: R3PO
이미지 설명: zkSync 생태계 이미지 출처: @ZK_Daily
생태계 전반: 현재 총 70개 이상의 애플리케이션이 있으며, 2.0 출시 후 EVM 호환성이 애플리케이션 수의 추가 증가를 유도할 가능성이 있다.
ZigZag: zkSync 기반 오더북 DEX로서 현재 zkSync를 지원하는 비교적 초기 DeFi 애플리케이션이다.
ZigZag은 탈중앙화된 비관리형 오더북 거래 프로토콜이며, zkSync가 ZK 롤업 아키텍처 기반의 확장 솔루션이므로 간단한 결제, 거래 및 특정 애플리케이션 사용 사례에서 우위를 점하고 있어 사용자에게 거의 제로에 가까운 수수료로 거래 서비스를 제공할 수 있다. 또한 ZigZag은 브리지 및 NFT 마켓(아직 출시되지 않음) 등의 서비스도 제공한다.
ZigZag은 작년 10월 10만 달러의 기부금을 최초로 받았으며, 같은 달 zkSync 1.0에서 ETH/USDT, ETH/USDC, USDC/USDT 세 가지 거래쌍을 시작했다. Gitcoin 기부 페이지에 따르면 ZigZag은 총 약 30만 달러의 기부금을 받았으며, 당시 Gitcoin 12차 기부에서 가장 인기 있는 프로젝트 중 하나였다.
ZigZag 브리지 서비스는 이 프로젝트의 또 다른 핵심 제품으로, 현재 이더리움과 zkSync 간 자산 교환을 지원하며 zkSync에서 폴리곤(Polygon)으로의 크로스체인 브리지도 출시되었다.
ZigZag은 zkSync 메인넷에서 NFT 마켓을 출시할 예정이었다.
ZigZag은 토큰 출시 발표와 함께 ZigZag DAO를 설립했으며, 이후 DAO가 토큰 용도, 수익 공유 등의 가능성을 결정할 예정이다.
현재 사용자 수는 31만 명, 활성 계정 수는 2216개, 신규 사용자 수는 504명이다.
1.zkSync 1.0
zkVM 호환 수준으로 주로 결제 및 송금에 사용되며, 가장 성공적인 사례는 Gitcoin 기부 채널의 98%를 지원하는 것이다.
2년간 안정적으로 운영되었으며, 가스비를 50배 감소시키고 4백만 건의 송금을 지원하였다.
2. zkSync 2.0
zkEVM을 완전히 지원할 것이며, zkSync 2.0은 100일 이내에 메인넷에 출시될 예정이며, 가을에는 실시간 프로덕션 환경에서 EVM 스마트 계약의 ZK 증명을 출시할 예정이다.
2022.10.29 이더리움 L2 확장 솔루션 zkSync가 2.0 메인넷 Baby Alpha 버전을 출시했다.
2022.10.18 이더리움 L2 확장 솔루션 zkSync가 '마일스톤 3: 증명 병합(Milestone 3: Proof Merging)'을 완료했다. 테스트넷에 zkSync 엔드 투 엔드 검증기를 출시하고 유효성 증명을 통합함으로써 zkSync 2.0은 공개 테스트넷에서 zkEVM을 공식적으로 실행 중이며, 메인넷 출시 11일 전에 완전히 작동하는 ZK롤업을 시연할 예정이다.
2022.9.7 이더리움 L2 확장 솔루션 zkSync 2.0 메인넷이 프로젝트 등록을 개시했다.
2022.8.31 zkSync 2.0 테스트넷이 동적 요금 업그레이드를 완료하였으며, 현재 필요한 예상 시스템 리소스에 따라 요금을 추정하고 실제 사용량에 따라 요금을 부과한다. 동적 요금 업그레이드에는 새로운 요금 모델, Paymasters 계정의 추상화 지원, EIP-1559 지원 등이 포함되며, Vyper 프로그래밍 언어 지원, zkEVM 호환성 개선, Hardhat 컴파일러 플러그인 바이너리 기능 등의 기타 업데이트도 포함된다.
2022.5.25 롤업 간 브리지 Orbiter Finance의 테스트 네트워크가 이더리움 레이어2 솔루션 zkSync 2.0을 추가 지원하였다.
2022.3.10 zkSync가 2.0 버전 포털을 업그레이드하여 ETH 외에도 어떤 ERC20 토큰으로도 가스 요금을 지불할 수 있도록 하고, 블록 탐색기 추가 등의 기능을 제공하며, 사용자는 테스트 토큰을 신청하여 시험 사용할 수 있다.
2022.02.22 zkSync가 2.0 공개 테스트넷 출시를 발표하며, 공개 테스트넷에서 첫 번째 EVM 호환 ZK 롤업을 출시할 예정이라고 밝혔다.
StarkNet
dYdX가 Cosmos로 떠난 후,StarkNet이 Cairo로 ZK-EVM을 작성하였다.
기본 정보:
발행사: StarkWare
TVL: 1.26M, 1.5M(최고)
기술 패러다임: ZK-STARK, ZKVM 모드, 자체 프로그래밍 언어 Cairo는 solidity와 호환되지 않지만 ZK-EVM을 최적화하여 작성함
주요 제품:
각 애플리케이션에 전용 롤업 기술 서비스를 제공하는 B2B 서비스인 StarkEx. 2020년부터 이더리움 메인넷에 정식 출시되어 상대적으로 성숙하였으며, 대표적인 사례가 dYdX이다.
범용 L2인 StarkNet은 특정 애플리케이션을 위한 맞춤형 개발이 필요 없는 임의의 스마트 계약을 배포할 수 있으며, 2021년 6월 테스트넷에 출시되었고 11월 이더리움 메인넷에 출시되었다.
StarkNet은 ZK 범용 회로를 만들려는 것이고, StarkEx는 각 애플리케이션을 위한 맞춤형 회로를 만드는 것이다. StarkNet이 처리하는 문제의 복잡도는 StarkEx보다 훨씬 높다.
이미지 설명: StarkNet 작동 원리 이미지 출처: L2BEAT.COM
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