Way Network 알아보기: ZKP 기술을 활용해 신뢰 없이도 가능한 크로스체인 프로토콜 구축
글: 장하이보
다중 체인 생태계의 발전과 함께 크로스체인 프로토콜은 필수적인 존재가 되었지만, 막대한 자금을 처리하기 때문에 기술적 난이도와 보안 위험이 높은 분야 중 하나이다. PANews 통계에 따르면 2022년 한 해 동안만 웜홀(Wormhole), 로닌 네트워크(Ronin Network), BNB 체인, 호라이즌(Horizon), 노매드(Nomad) 등 여러 크로스체인 브릿지가 해킹 공격을 받아 각각 수억 달러의 자금을 잃었다.
프로젝트의 기본으로 돌아가면, 보안성은 크로스체인 프로토콜이 가장 우선시해야 할 문제이다. "신뢰 없음 가정(Trustless)"을 구현하는 제로노울리지 증명(ZKP) 기술은 인위적인 개입이나 인간 요소를 배제할 수 있어 향후 발전 방향이 될 가능성이 크다.
크로스체인 프로토콜의 발전 과정
크로스체인 프로토콜의 발전은 점점 더 탈중앙화되며 외부 요인의 간섭을 줄여가는 과정이라 볼 수 있다. 거래소나 지갑처럼 완전히 중심화된 크로스체인 솔루션을 제외하면, 현재 일반적으로 사용되는所谓 탈중앙화 크로스체인 프로토콜 역시 상대적으로 중심화된 방식을 채택하고 있다. 이러한 방식의 구체적인 보안 메커니즘에는 POS 합의, 다중 서명, 다자간 안전 계산(MPC) 등이 포함된다. 이는 사고가 발생하기 쉬운 유형이며, 자금 도난 후에도 프로젝트 팀이 자신의 무죄를 입증하기 어렵다.
예를 들어 로닌 네트워크는 출금을 위해 9개 검증자 중 5개의 서명이 필요하지만, 스카이 마비스(Sky Mavis)는 그 중 4개를 직접 운영하며 또 다른 검증자인 액시 도(Axie DAO)의 서명까지 대행할 수 있기 때문에, 해커가 스카이 마비스만 해킹해도 전체 9개 중 5개를 장악한 것과 같아져 공격을 성공시킬 수 있었다.
최근 몇 달간, LayerZero를 중심으로 하는 탈중앙화 보안 메커니즘 기반의 크로스체인 프로토콜이 점차 우세를 점하고 있다. LayerZero는 모든 체인 간 상호 운용성을 제공하는 프로토콜로, 지원하는 각 체인에 Endpoint를 배포하고, 이 Endpoint는 초경량 노드를 실행하여 오라클(Oracle)을 통해 필요한 시점에 블록헤더를 전달받고, 리레이어(Relayer)를 통해 증명 정보를 전송하여 검증함으로써 정보의 정확성을 보장한다. 그러나 이는 리레이어와 오라클이라는 두 개의 오프체인 구성요소에 의존하게 되며, 사용자는 이들 사이에 공모 악용이 없을 것이라고 믿어야 하고, 프로토콜 자체가 리레이어를 조작하지 않을 것이라고 신뢰해야 한다. 하지만 L2BEAT 등의 실험 결과에 따르면, LayerZero 아키텍처 내에서 리레이어와 오라클은 언제든지 변경될 수 있으며, 공격자는 이를 조작해 언제든 기초 자산을 추출할 수 있다.
이는 크로스체인 프로토콜의 진화가 여기서 끝났다는 의미는 아니다. 이더리움의 두 가지 주요 확장성 해결책 중, 이더리움 창시자 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)은 장기적으로 ZK 롤업이 옵티미스틱 롤업을 압도할 것이라고 본다. 최근에는 Way Network를 비롯한 일부 프로젝트들이 제로노울리지 증명(ZKP) 기술을 크로스체인 프로토콜에 적용하여 신뢰 없음 가정(Trustless)의 브릿지를 실현하고 있다. 사용자는 프로토콜 자체를 포함한 어떤 외부 제3자도 신뢰하지 않아도 되며, 오직 수학과 암호학적 증명만으로 체인 간 통신의 보안성을 확보할 수 있다.
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1세대 크로스체인 프로토콜은 일반적으로 POS, 다중 서명, 다자간 안전 계산(MPC) 기반으로, 크로스체인 정보 전송을 위해 수십 개의 노드 검증을 거쳐야 한다.
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2세대 크로스체인 프로토콜은 게임 이론상 서로 독립적이며 공모하지 않는다는 가정 하에, 기존의 다자 또는 수십자 검증 구조를 오라클이 리레이어의 정보 전송 정확성만 검증하도록 단순화한다.
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3세대 크로스체인 프로토콜은 순수한 수학 및 암호학적 방법으로 정보 전송 과정에 대한 제로노울리지 증명을 수행하고, 목적 체인에 배포된 검증 컨트랙트를 통해 증명 자체와 정보, 사용자 페이로드의 유효성을 확인한다.
그림 1: 세 세대의 크로스체인 프로토콜
Way Network의 기술 아키텍처
Way Network는 제로노울리지 증명 기반의 전방위 상호 운용성 프로토콜로, 어떠한 신뢰 가정도 요구하지 않는다. 모듈형 아키텍처 설계를 채택하여 애플리케이션이 쉽게 통합할 수 있도록 한다. Way Network는 주로 3개의 라우팅 경로와 4개의 구성 요소로 이루어진다.
3개의 라우팅 경로는 다음과 같다:
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핵심 라우팅: zkRelayer를 통해 구현됨;
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상위 라우팅: Way Luggage를 통해 구현됨;
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하위 라우팅: Way IMTP를 통해 구현됨.
4개의 구성 요소는 Sender 및 Receiver 스마트 컨트랙트, zkRelayer, Luggage, IMTP이다.
그림 2: Way Network 기술 아키텍처
zkRelayer는 소스 체인의 블록헤더와 목적 체인의 증명, 메시지, 페이로드를 중계한다.zkRelayer는 Way Network가 신뢰 없음 가정과 확장성을 실현하는 핵심 요소이며, 아래에서 자세히 설명하겠다.
Way Luggage는 사용자가 데이터 소유권을 갖는 크로스체인 데이터 전송 프로토콜로, 크로스체인 데이터의 가용성을 보장한다. Web2 환경에서는 사용자 데이터가 특정 중앙 집중식 서버에 저장되어 플랫폼이 데이터 소유권을 가지며, 사용자는 데이터에 대해 아무런 권한도 없다. Web3는 Web2와의 중요한 차이점으로 데이터 소유권 문제를 해결하며, 사용자는 IPFS, Filecoin, Arweave 등의 탈중앙화 스토리지 프로젝트를 통해 블록체인 상에 데이터를 저장할 수 있고, Way Luggage는 이를 바탕으로 크로스체인 권한 제어, 체인 간 데이터 전송 및 처리, 개인정보 보호 기술 등을 제공하여 사용자가 진정한 데이터 소유권을 행사할 수 있도록 한다.
Way IMTP는 체인 간 메시지 전송 프로토콜로, 검증된 메시지를 dApp에 보내 빠른 체인 간 통신을 제공하며, 사용자는 목적 체인에서 메시지가 검증되기 전 미리 내용을 확인할 수 있어, 목적 체인에서 Receiver의 검증 시간을 절약할 수 있다. IMTP는 다른 Web3 암호화 통신 프로토콜 XMTP와 비교할 때, 전자는 체인 간 통신 문제를 해결하고 후자는 동일 체인 내 사용자 또는 애플리케이션 간 통신 문제를 해결한다는 점에서 차이가 있으며, 이는 WAN과 LAN의 차이와 유사하다.
소스 체인의 Sender 컨트랙트와 목적 체인의 Receiver 컨트랙트는 zkRelayer 기반의 애플리케이션을 위한 일쌍의 스마트 컨트랙트이다. Sender 컨트랙트는 소스 체인의 크로스체인 메시지를 수신하여 zkRelayer에 전달하고, Receiver는 최신 블록헤더 목록을 유지하며 zkRelayer의 증명을 검증한 후 업데이트한다.
zkRelayer, Way Luggage, Way IMTP 및 기타 구성 요소를 결합함으로써 Way Network는 자산의 크로스체인뿐 아니라 즉각 메시지, 상태, 파일 등을 블록체인 간에 전송할 수 있어 자산 중심의 크로스체인 한계를 벗어날 수 있다.
어떻게 신뢰 없음 가정의 크로스체인 통신을 실현하는가?
크로스체인 과정은 보안성, 탈중앙화, 크로스체인 비용, 효율성 등의 요소 간 균형을 고려해야 하며, 대부분의 크로스체인 프로토콜은 각자의 우선순위를 가지고 있지만, 신뢰 없음 가정의 실현은 현재 크로스체인 프로토콜 발전의 중요한 요구사항이 되고 있다.
zkRelayer는 신뢰 없음 가정과 확장성을 실현하는 핵심으로, 제로노울리지 증명 기술을 활용하여 외부 신뢰 없이 메시지를 송수신하고 체인 간 메시지 전달에 안전한 환경을 제공한다. Way Network의 전체 증명 과정에서 A 체인 → Sender → zkRelayer → ZK Verifier → Receiver → B 체인의 흐름은 오직 수학과 암호학 공식에만 의존하며, 코드가 배포되면 이후 외부 개입이 필요 없으며, 코드가 오픈소스이므로 누구도 크로스체인 과정에 영향을 줄 수 없음을 검증할 수 있다.
zkRelayer 기반의 크로스체인 통신 솔루션은 다음과 같은 장점을 갖는다:
- 신뢰 가정 불필요, 신뢰 제거된 보안성 실현
- 무허가(Permissionless)
- 탈중앙화
- 범용성과 보편성
- 확장성과 연장성
- 높은 효율성과 낮은 비용
zkRelayer의 핵심은 zkProver로, 계산 부담이 큰 제로노울리지 증명 생성을 담당한다. 제로노울리지 증명은 암호학 기술로서, 증명자가 검증자에게 유용한 정보를 제공하지 않으면서도 특정 결과가 올바름을 검증자에게 납득시키는 것을 가능하게 한다.
그림 3: Way Network의 제로노울리지 증명 구성 요소
Way Network가 사용하는 제로노울리지 증명 시스템은 zkSpark라 불리며, 이는 투명한 제로노울리지 간결 비대칭 지식 증명(zkSNARK)으로, 증명 및 검증 시간이 짧은 장점이 있으며, 초기화 신뢰가 필요 없고, 비밀 유지가 필요한 항목이나 복잡한 절차를 통한 공통 파라미터 생성도 필요 없다.
zkSpark는 아선형 증명 시간 프로그래머블 코드 기반으로, 모든 ZKP 중 시간상 최적의 증명 방식이며, 증명 검증은 아선형 비용이 발생한다. zkSpark는 또한 Way Network 팀이 자체 설계한 암호 원시(primitive)이다. 정보 전송량을 늘리지 않으면서 zkProver는 메시지 중계 시간을 추가하지 않아 사용자의 크로스체인 과정을 안전하고 신뢰할 수 있게 만든다.
제로노울리지 증명 기반 크로스체인 브릿지 응용: Send Finance
Way Network SDK/API를 기반으로 제로노울리지 증명 기반의 새로운 세대 크로스체인 브릿지인 zkBridge를 구축할 수 있다. Send Finance는 Way Network가 곧 출시할 공식 zkBridge이다. Send Finance를 차세대 크로스체인 브릿지 애플리케이션으로 삼을 수 있는 이유는, 이것이 처음으로 진정한 의미의 신뢰 없음 체인 간 메시징(Trustless Messaging)을 실현했기 때문이다.
Send Finance의 핵심 과정은 Way Network의 제로노울리지 증명 리레이어를 통한 Trustless Messaging이다. 체인 간 메시지 전송의 유효성을 기반으로, 크로스체인 토큰을 풀에 예치하고 Trustless Messaging을 수행한다. 보안 검사를 통과하면 목적 체인에서 사용자 지갑으로 토큰을 방출하고, 검사에 실패하면 토큰을 사용자에게 돌려준다.
후반 과정에서 가장 중요한 구성 요소는 Receiver로, 목적 체인에 배포된 스마트 컨트랙트이며, 그 핵심은 zkVerifier이다. 이는 zkRelayer로부터 온 정보를 수신하는 것뿐만 아니라, 그 정보를 검증하는 것이 주 목적이다. zkVerifier는 체인 상에 존재하고, zkProver는 체인 외부에 존재하며, 두 요소는 엄격하게 매칭되어 있으며, zkVerifier는 해당하는 단일 zkProver가 생성한 내용만 검증할 수 있다.
검증 대상은 다음과 같다:
- zkRelayer에서 제로노울리지 증명을 생성한 Proof;
- 소스 체인의 스마트 컨트랙트(Sender)에서 전송한 Message;
- 사용자 계정이 크로스체인 브릿지 애플리케이션 Send Finance와 상호작용하면서 생성한 Payload.
그림 4: Way Network 기반 Send Finance zkBridge 아키텍처
응용 사례: 자산 크로스체인에서 DeFi, 체인 게임 등으로 확장
과거 폴카닷(Polkadot)과 코스모스(Cosmos)는 기술적 제약으로 인해 생태계 내부의 크로스체인에만 국한되었다. 이더리움의 혼잡과 외부 유입 효과로 인해 EVM 기반 체인들의 번성은 초기 예상보다 훨씬 컸고, 이후 솔라나(Solana)와 테라(Terra) 생태계의 단기적 성과가 주목을 받았으며, 현재는 개발자들이 무브(Move) 기반의 Aptos와 Sui Network로 관심을 옮기고 있다. 다중 체인 생태계 발전과 함께 등장한 다양한 크로스체인 브릿지 역시 대부분 자산 크로스체인에 국한되어 있으며, 그 중에서도 가장 흔하고 단순한 것은 EVM 체인 전용 브릿지이다.
Way Network의 초기 응용 사례는 자산 크로스체인 브릿지가 되겠지만, 이는 시작에 불과하며 이후 점차 DeFi, 소셜, 마켓플레이스, 게임 등으로 확장될 것이다.
그림 5: Way Network의 응용 사례
DeFi는 현재 크로스체인 브릿지와 결합하여 사용자 경험을 크게 향상시킬 수 있는 가장 가능성 높은 분야이다.
예를 들어 Way Network 기반의 올체인 DEX를 활용하면 자산의 원클릭 크로스체인 거래가 가능하다. 사용자가 이더리움의 UNI를 아비트럼의 GMX로 교환하려는 경우, 기존 조건에서는 다음 세 단계를 거쳐야 한다:
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먼저 이더리움에서 UNI를 ETH로 교환,
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다음으로 ETH를 이더리움 메인넷에서 아비트럼으로 크로스체인,
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마지막으로 아비트럼의 ETH로 GMX를 구매.
크로스체인 브릿지와 트레이딩 어그리게이터를 결합하면, 소스 체인의 자산을 스테이블코인 등 기초 자산으로 교환 후 크로스체인하고, 1inch 등의 트레이딩 어그리게이터를 통해 소스 체인과 목적 체인 양쪽의 토큰 거래를 완료할 수 있으므로, 사용자는 소스 체인의 올체인 DEX에서 한 번의 거래만으로 크로스체인 거래를 완료할 수 있다.
대출 분야에서는 Aave 등의 다중 체인 대출 프로토콜이 크로스체인 브릿지와 결합하여 자산의 크로스체인 담보 대출을 실현할 수 있다. 크로스체인이 최종 정산 시에만 활성화되는 보완 조치 역할을 할 수 있으며, 사용자의 담보 자산이 충분하면 브릿지를 사용하지 않아도 된다. Way Network의 SDK/API를 활용해 크로스체인 대출을 구축하면, 옵티미즘에서 USDC를 보유한 사용자가 이를 담보로 삼아 아비트럼에서 바로 ETH를 빌릴 수 있다. 사용자가 정산되지 않는 한, 아비트럼에서 채무를 상환하기만 하면 옵티미즘의 USDC를 회수할 수 있다. 정산이 발생할 경우에만 크로스체인 브릿지를 통해 옵티미즘의 USDC를 아비트럼으로 이동하여 정산을 수행한다.
크로스체인 스테이블코인 분야에서는 MakerDAO 등이 Way Network의 SDK/API를 활용해 크로스체인 스테이블코인 기능을 구축할 수 있다. 사용자가 이더리움 메인넷에서 ETH 등의 자산을 담보로 맡기고 아비트럼 등 다른 체인에서 DAI를 발행할 수 있도록 한다. 현재 DAI의 발행은 이더리움 메인넷에 한정되어 있으며, 크로스체인 브릿지가 DAI를 잘 지원하지 못해 유동성 부족 문제가 자주 발생하므로, DAI는 USDC에 비해 다중 체인 확장에서 뒤처져 있다. Way Network 기능을 통합하면 이 문제를 해결할 수 있으며, 탈중앙화 스테이블코인 발행사는 각 체인에서 직접 스테이블코인을 발행할 수 있게 된다.
소셜 프로젝트의 각종 데이터, 파일, 정보, NFT 마켓플레이스의 다양한 NFT 자산, 게임 내 아이템 등도 모두 Way Network를 통해 크로스체인할 수 있으며, 이는 번영하는 다중 체인 생태계를 구축하는 데 기여할 것이다.
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