Optimism 대 ZK: 어떤 롤업 솔루션이 더 우세할 것인가?
Optimism Rollup과 ZK Rollup에 대한 비교 분석을 시작하기 전에, 우선 Rollup 기술이 등장하게 된 배경을 이해할 필요가 있다.
Rollup은 이더리움 확장성의 궁극적인 해결책으로 여겨지며, L1(레이어 1) 외부에서 트랜잭션을 실행하지만, 그 데이터는 L1에 게시한다. 이를 통해 Rollup은 네트워크를 확장하면서도 여전히 이더리움 컨센서스로부터 보안성을 얻을 수 있다. 전체 과정은 본질적으로 트랜잭션을 실행하고, 데이터를 수집한 후 압축하여 하나의 배치로 집계해 메인체인에 올리는 것으로, 그래서 「Rollup」이라는 이름이 붙었다.
왜 Rollup 확장 솔루션이 필요한가?
사실상 Rollup에 대한 연구 열기는 최근 몇 년간 이더리움의 발전과 밀접한 관련이 있다. 이더리움의 확장성 문제는 암호화폐 분야에서 가장 많이 논의되는 주제 중 하나다. 2017년의 CryptoKitties 열풍, 2020년의 DeFi의 여름, 2021년 초의 암호화폐 강세장 등 이더리움에 대한 수요 증가로 인해 확장성 논의는 끊임없이 격화되었으며, 가스비 급등은 사용자들이 더 많은 거래 수수료를 지불해야 하는 상황을 초래했다.
동시에 Web3의 고속 성장에 따라 이더리움은 수천 개의 DApp이 존재하는 플랫폼이 되었다. 방대한 트랜잭션량은 필연적으로 처리 속도의 병목 현상을 유발하며, 이더리움 상의 프로젝트들은 점점 느려지는 거래 속도와 함께 사용자 유지율 하락을 경험하고 있다.
이러한 이유로, 완벽한 확장 솔루션을 찾는 것은 여러 팀과 이더리움 커뮤니티 전체의 중요한 목표가 되었다. 일반적으로 이더리움 확장 방법은 크게 세 가지로 나뉜다: 블록체인 자체를 확장하는 제1층(Layer 1) 확장, 제1층 위에 구축하는 제2층(Layer 2) 확장, 그리고 제1층 옆에 사이드체인을 구성하는 방식.
그렇다면 Rollup의 확장 원리는 수백 건의 처리된 트랜잭션을 하나의 배치로 집계하고, 이더리움 메인넷과 병렬로 작동하는 L2 체인에서 트랜잭션을 실행한 후, 완료된 트랜잭션들을 배치 단위로 다시 기본 계층(L1, Layer 1) 블록체인에 게시함으로써 거래 속도를 높이고 가스비를 낮추는 것이다.
다양한 Rollup 솔루션들 중 Optimistic Rollup과 ZK Rollup은 두각을 나타내고 있다. 사실 Optimistic Rollup과 ZK Rollup의 실행 원리는 거의 동일하며, 차이점은 검증 방식에 있다. 오늘 우리는 이러한 두 가지 뛰어난 확장 솔루션에 대해 살펴보고, 각각의 구현 과정에서의 장단점을 비교하며 차세대 이더리움 확장 솔루션의 이상적인 형태를 전망해보도록 하자.
Optimism과 ZK의 생태계 이해하기
Optimism
Optimistic Rollup은 이름에서 알 수 있듯이 “낙관적”인 메커니즘 — 즉 사기 증명(Fraud proofs)을 채택한다. 시스템은 트랜잭션 데이터의 신뢰성을 기본적으로 가정하며, 유효성 검증 없이 바로 대기 기간으로 들어간다. 이 기간 동안 어떤 노드라도 악의적인 트랜잭션이라고 주장하며 반론을 제기하면 해당 거래는 취소된다. 반론이 없으면 대기 기간이 끝나면 거래가 완료되어 블록에 기록된다. 이러한 “사기 증명” 방식은 광범위한 검증 절차를 생략함으로써 컴퓨팅 리소스를 절약하고 거래의 정확성을 보장한다.
Optimistic Rollup 분야에서는 특히 Arbitrum과 Optimism이 두드러진다. Optimism은 EVM과 호환되는 최초의 Optimistic Rollup 프로토콜을 개발했지만, 메인넷 출시 지연으로 인해 Arbitrum이 후발주자로서 오히려 유리한 위치를 차지하게 되었다.
Optimism：단일 라운드 비대화형 사기 증명
Optimism은 스마트 계약을 사용하여 트랜잭션 데이터를 이더리움 메인체인에서 L2로 이전하며, 정렬기(Sequencer)는 여러 트랜잭션을 하나의 배치로 묶어 단일 트랜잭션으로 메인넷에 제출한다. 정렬기는 모든 트랜잭션이 유효하다는 가정하에 낙관적으로 처리를 진행한다. 시스템은 일주일간의 대기 기간을 설정하며, 이 기간 동안 누구든지 이의를 제기할 수 있고, 문제가 발견되면 사기 증명이 생성된다.
Arbitrum：다중 라운드 대화형 사기 증명
Arbitrum은 2021년 5월 28일 이더리움 메인넷에 출시되었다. 전체적인 프로세스는 유사하지만, Arbitrum의 검증자와 도전자들은 오프체인에서 이진 탐색(Binary search) 방식을 통해 논란이 있는 단계를 계속해서 세분화하여 논쟁 범위를 특정 단계까지 축소한 후, L1 체인에서 해당 단계를 판별함으로써 효율적으로 분쟁을 해결한다. 따라서 Optimism보다 더 높은 트랜잭션 처리 용량을 제공하며, “근본 원인 추적”을 더욱 철저히 수행할 수 있다.
ZK Rollup
ZK Rollup(제로 나이지식 증명)은 1980년대 MIT 연구진에 의해 처음 소개되었으며, 당시에는 “달의 수학(Moon math)”이라고 불릴 정도로 복잡했다.
ZK Rollup은 제로 나이지식 유효성 증명을 통한 확장 솔루션이다. 오프체인에서 트랜잭션을 배치 처리하고, 그 진위를 검증하기 위한 암호화된 유효성 증명을 생성한다. 이러한 유효성 증명은 L1 블록체인에 배치 트랜잭션을 추가할 때 L1 스마트 계약에 의해 신속하게 검증되며, 무효한 배치는 즉시 거부된다.
Optimistic Rollup이 모든 참여자가 선의로 행동한다고 가정한다면, ZK Rollup은 실제로 그런지 확인하려는 노력을 한다. 현재 ZK Rollup 생태계에는 Hermez, ZKSync 등이 주요 프로젝트로 자리 잡고 있다.
Hermez：간결한 비대화형 지식 증명 생성
Hermez는 SNARK(간결한 비대화형 지식 증명)라는 암호화 증명을 생성할 수 있으며, 초당 2,000건의 트랜잭션 처리가 가능한 확장성을 제공한다. 이 시스템은 조정자(Coordinator)가 배치를 처리하고 유효성 증명을 생성하는 방식으로 작동하며, 조정자는 경매 절차를 통해 선정되고, 등록된 네트워크 노드들이 다음 조정자가 되기 위해 입찰한다. 현재 Hermez 팀은 완전한 오퍼코드 호환성을 목표로 한 제로 나이지식 이더리움 가상머신(ZKEMV) 개발을 진행 중이다.
ZKSync：간결한 비대화형 지식 증명 생성
ZKSync는 자신을 이더리움 내에서 저렴한 가스비로 ETH 및 ERC-20 토큰을 전송할 수 있도록 지원하는 확장 및 프라이버시 엔진으로 설명한다. ZKSync에서는 단 하나의 검증자가 배치를 처리하고 유효성 증명을 생성한다. 현재는 ZKSync 2.0을 출시하여 오프체인 데이터 가용성 솔루션으로서 스테이킹 확인 및 데이터 가용성을 보장하며, 감시자가 자금을 훔칠 수 없도록 보호한다.
Optimism VS ZK：누가 더 우세한가?
Optimism과 ZK는 시장에 등장한 순간부터 서로 다른 확장 경로를 걷기 시작했다. 사기 증명과 유효성 증명은 개발자와 사용자의 서로 다른 요구를 반영하며, 처리량, 실시간성, 비용 등의 측면에서 각각의 “강점”을 드러낸다. 아래 항목들을 바탕으로 다양한 개발 시나리오에 맞춰 어떤 선택이 적절한지 판단할 수 있다.
개발 난이도 및 사용 비용
Optimism은 광범위한 검증 절차를 필요로 하지 않으며, 모든 트랜잭션이 유효하다는 가정 하에 개발 단계를 크게 줄이고 검증 정보를 베이스 레이어에 게시한다. 이는 낙관적인 가정 덕분에 추가 작업 없이도 기술자들의 개발 진입 장벽을 크게 낮추고 시간, 노력, 비용을 절약할 수 있다. 개발자가 짧은 시간 안에 Rollup 솔루션을 도입하고자 한다면 Optimism이 최선의 선택이며, 데이터상 Optimism은 최대 10~100배의 확장성 향상을 제공할 수 있다.
반면 ZK Rollup은 유효성 증명을 생성하고 이를 매번 메인넷에 제출해야 하므로, 이 과정에서 발생하는 기술적 난이도가 Optimism보다 훨씬 높다. 신규 개발자들이 ZK Rollup을 사용하려 할 때 자주 오류를 겪는 경우가 많으며, 결국 확장성과 실행 속도를 오히려 저하시킬 수 있다.
스마트 계약 실행 가능성
Optimism은 상호 운용성이 매우 뛰어나며 스마트 계약 실행도 가능하다. 이는 Optimism이 L2에서 더 많은 유연한 조작 공간을 제공한다는 의미이며, 사용자들이 공동으로 참여하는 방식을 통해 Optimism의 운영에 “신뢰도”를 더해주고, 데이터 보호, 거래 당사자 권리 보장 등의 부가적 이점을 가져온다. 참고로 Fuel, OMGX, Cartesi 등의 팀들도 자신의 Rollup에 EVM과 호환되는 버전을 개발하려 하고 있으며, Optimism의 적용성과 성능을 더욱 강화하고 있다.
반면 ZK Rollup은 현재 대부분 단순한 거래에 국한되어 있어 확장성에 제약이 많다. 따라서 현재 ZK는 ZKSync가 개발한 EVM 호환 가상머신을 통해 Solidity로 작성된 스마트 계약을 지원하여 응용 분야를 확장하고 있거나, Loopring, Hermez, ZKTube 등을 통해 결제 규모를 늘리고 프라이버시 기능을 도입하는 방식으로 활용되고 있다.
자금 인출 속도
사용자 거래 보장 및 권리 확인 메커니즘으로서 거래 후 자금 인출 속도는 개발자와 사용자 선택의 핵심 요소다. 이 관점에서 보면 ZK Rollup이 오히려 유리하다. Optimism의 분쟁 해결 과정은 복잡하며, 모든 참가자에게 사기 증명을 제출할 시간을 충분히 주어야 하므로 거래가 확정되기까지 오랜 시간이 소요된다. 최악의 상황을 대비해야 하므로 사기성 트랜잭션에 대한 이의 제기가 가능하기 때문이다. Optimism에서 자금을 인출하는 데는 1~2주가 소요될 수 있다.
반면 ZK Rollup은 장시간 인출 대기 문제가 없다. Rollup 배치와 유효성 증명이 L1에 제출되는 즉시 자금 인출이 가능하다. 이는 사용자의 시간 비용을 절약할 뿐 아니라 거래의 순환이 빨라져 전체 거래 환경의 효율성을 높인다.
보안 및 프라이버시 보호 수준
현재 ZK Rollup은 복잡한 수학 계산과 암호학을 사용하여 트랜잭션이 이더리움 메인체인에서 “결제”되도록 보장한다. 이는 Optimism과 근본적으로 검증 방식이 다르다. SNARK, STARK, PLONK, DARK 등 ZK Rollup에 적용된 증명 전략들은 각각 데이터 크기, 증명 생성 시간, 검증 시간, 공모 위험 등의 측면에서 보안 강도와 리스크를 평가한다.
따라서 단순한 사기 증명보다 ZK는 보안 및 프라이버시 보호에 다층적인 보장과 검증 메커니즘을 마련하여 거래 검증의 엄격함과 철저함을 보장한다. 또한 Aztec는 ZK Rollup 기술에 프라이버시 기능을 도입하는 데 집중하고 있어 ZK Rollup의 프라이버시 메커니즘을 더욱 완성해 나가고 있다.
2023년의 Optimism과 ZK 전망
우리가 보았듯이 Optimism과 ZK는 Rollup 솔루션으로서 각각의 장점을 가지고 있다. 새해에도 두 기술은 각자의 길을 따라 혁신과 반복을 이어갈 것이며, 2023년에 Optimism과 ZK 두 확장 솔루션이 더 많은 실제 프로젝트에 적용되어 이더리움의 발전에 지속적으로 기여하기를 기대할 수 있다.
현재로서는 Layer 2가 이더리움의 확장성 향상에 중요한 역할을 할 것이라는 결론만을 도출할 수 있을 뿐, 어느 Rollup 솔루션이 더 우세한지는 명확히 말하기 어렵다. 하지만 확실한 것은 Optimism과 ZK가 Web3 세계의 Rollup 분야에서 “黑马(黑马)”로 더욱 최적화된 조치들을 지속적으로 내놓을 것이라는 점이다.
장기적으로 보면 ZK 관련 기술의 지속적인 발전에 따라 ZK Rollup의 한계가 깨지고 강력한 응용 가능성이 발휘될 것으로 기대된다. 또한 앞으로 두 Rollup 솔루션이 상호 보완되기를 바라며, 보안 프라이버시, 실시간성 및 비용, 개발 진입 장벽 등의 요소를 통합하여 더 우수한 제품을 만들어 새로운 세계를 열어가기를 기대한다. 우리가 보았듯이 Optimism과 ZK는 Rollup 솔루션으로서 각각의 장점을 가지고 있다. 새해에도 두 기술은 각자의 길을 따라 혁신과 반복을 이어갈 것이며, 2023년에 Optimism과 ZK 두 확장 솔루션이 더 많은 실제 프로젝트에 적용되어 이더리움의 발전에 지속적으로 기여하기를 기대할 수 있다.
참고 문헌:
Optimistic, zk-Rollups, L3... 이더리움의 확장성 연구는 현재 어디까지 왔는가?
https://techflowpost.mirror.xyz/DCQiiuK5_p2UhF32jCVk3ZmHy-B15qNXXuvK1guaMZk
이더리움의 확장之路
https://juejin.cn/post/7127205065839869959
심층 분석｜ZK와 Optimistic Rollup의 전망과 차이를 어떻게 이해할 것인가?
Optimistic Rollups VS ZK Rollups : 여섯 가지 가장 기대되는 이더리움 Layer 2 확장 프로젝트
Optimism의 미래: Bedrock 업그레이드, Rollup의 탈중앙화 및 ZK 솔루션 통합
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