MAP Protocol, 능동형 릴레이 체인 크로스체인 선구자

2023.03.17

MAP Protocol, 능동형 릴레이 체인 크로스체인 선구자

Layer 1은 자체 블록체인 상에서 거래를 처리하고 완료할 수 있으며, 거래 수수료 지불을 위한 고유 토큰을 자체적으로 보유한다. 이더리움이 거대 기업이지만 독점적인 위치를 차지하지는 못하며, 기술적 요소와 생태계, 경쟁 등의 이유로 각 메인체인들은 마치 고립된 섬과 같아 서로 간의 호환성이 없고 자산 이동도 불가능하다.

2023.03.17 - 08:20:26

区块链Layer1

Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰

프로젝트 배경

일, 레이어 1과 폐쇄된 고립망

레이어 1(Layer 1)은 기본적인 블록체인을 의미함
이더리움, 비트코인, 솔라나, 폴카닷, 니어, 코스모스, 아프토스, 스위 등을 포함함
각 생태계 내에서 주요 네트워크 역할을 수행함
자체 블록체인 상에서 거래를 처리하고 완료할 수 있으며, 트랜잭션 수수료 지불용 토큰도 자체 보유함
이더리움이 거물이지만, 독점적 지배는 불가능함

https://defillama.com/chains

L1 생태계가 급성장하며 이더리움 생태 점유율을 지속적으로 잠식하고 있음

기술, 생태계, 경쟁 등의 이유로 각 메인체인들은 마치 고립된 섬처럼 서로 연결되지 못하고 자산 이동도 불가능함

이, 크로스체인(Cross-chain)

크로스체인: 다중 체인 간의 상호 운용성. 주로 토큰 교환, 토큰 전달, 정보 전달을 포함함
각 체인이 고립된 상태여서 사용자의 다양한 요구와 블록체인 확장성이 제한됨
신규 dApp들이 계속 증가하면서 자산 이동과 데이터 공유 필요성이 커지고 있음
크로스체인 기술은 블록체인 분야의 성배로 여겨지며, 모든 체인의 연결을 실현하는 핵심 기술임
인터넷의 TCP/IP와 비교되며, 네트워크 간 연결을 인터넷으로 만든 것과 유사함
Web3의 방대한 수요 존재

1. 전체 Web3가 요구하는 TPS는 수십억 회에 이를 수 있으나, 다수의 L1들이 합쳐도 이를 감당하기 어려울 수 있음

2. 모든 L1들을 하나의 통합 시스템으로 묶으려는 강력한 요구 존재

삼, 크로스체인 패러다임

1. 해시 타임락 기반 원자적 교환

간단한 원리

사용자 A가 무작위 비밀번호 r을 생성하고, 그 해시값 m=hash(r)을 계산한 후, m 값을 사용자 B에게 전송함;

동시에 사용자 A는 사용자 B에게 1 BTC를 전송하는 거래를 시작하며, 이 거래 성공 조건은

사용자 B가 비밀번호 r을 제시해야 하며, 그렇지 않으면 사전 설정된 시간이 초과하면 거래는 자동 실패함;

사용자 B가 A의 거래를 확인한 후, 사용자 A에게 10개의 ETH를 전송하는 거래를 시작하며, 이 거래 역시

사용자 A가 r을 제시해야 성공함;

사용자 A가 B의 거래를 확인한 후 r 값을 공개하여 B의 거래를 성공시키고, 10개의 ETH를 획득하며, r 값이 공개됨;

사용자 B는 위 단계에서 A가 공개한 r 값을 얻어 A의 거래를 성공시켜 1 BTC를 획득함;

사전 설정된 시간(해시 타임락)이 초과하면 거래는 자동 실패함;

해시값과 타임락은 중개자 없이 두 당사자가 신뢰 없이도 원자적 거래를 가능하게 하며, 해시 연산은 역산이 불가능하므로 m을 알더라도 r을 추론할 수 없음
하나의 사건으로 결합되어 전체 성공 또는 전체 실패만 발생하며, A→B 거래 성공 후 B→A 거래 실패와 같은 상황은 발생하지 않음
거래 당사자 모두 동시에 온라인 상태에서 정확히 절차를 따라야 하며, 온라인 상태의 거래 상대를 찾지 못하면 대기해야 함
거래 수수료가 상대적으로 높음
토큰 전달 및 광범위한 크로스체인 정보 전달은 구현 불가능함
종종 다른 크로스체인 기술과 함께 복합적으로 사용됨

2. 다자간 증인(Multi-party Witness)

증인의 생성 방식은 허가형이거나 자유 가입형일 수 있음
사용자가 증인을 신뢰하는 기반은 증인 자체의 신용이나 과도 담보에 기반할 수 있음
증인은 지정, 순차, 혹은 무작위 추출 가능함
증인 모델은 비교적 구현이 쉬우며 범용성과 적응성 비용이 낮은 크로스체인 방식임
해커가 증인 서버에 침투 성공하면 크로스체인에 묶인 모든 자금을 훔칠 수 있음
프로젝트 팀원이 내부에서 악용하면 관련 자금을 가져갈 수 있음
검증 과정 전반에서 악의 행위 위험을 완전히 피할 수 없음
2022년 크로스체인 브릿지 도난 피해 규모는 20억 달러에 달했으며, MPC 기반 크로스체인 프로젝트가 가장 큰 타격을 입었음
Multichain, Celer, Axelar 등 주요 크로스체인 인프라는 MPC를 채택함

3. 중심화 오라클 유사형

오라클과 리레이어(Relayer)가 독립적으로 작동하며 서로 검증함
Chainlink 오라클이 소스 체인의 크로스체인 정보(receipt)를 메인체인에 제출하고, 동시에 리레이 체인 Relayer도 크로스체인 정보(blockhash 및 blockreceiptsRoot)를 메인체인에 제출함. 메인체인의 트랜잭션 검증 스마트계약이 Relayer가 제출한 receipt와 오라클이 제출한 receiptsRoot의 대응 관계를 검증하며, 검증 성공 시 해당 receipt는 합법적인 것으로 간주되고 상위 프로토콜로 전달되어 후속 크로스체인 자산 작업을 트리거함 (순서 불일치 문제 존재, 확인 필요)
Relayer와 오라클이 독립적이라는 가정이 필요하나, 이 신뢰 가정은 영원히 유지될 수 없으며,
근본적으로 둘이 공모하여 악행을 저지를 가능성을 배제할 수 없음
Relayer는 담보량에 따라 권위 순위가 결정되며, 무작위 선택이라도 권위자로서 오라클과 공모 위험이 존재함
또한 오라클의 크로스체인 데이터 공급이 부정확하고, 탈중앙화 수준이 암호학적 증명을 제공하지 못하며, 제3자가 공동 악행을 저지를 가능성 있음
대표 프로젝트는 LayerZero
완전한 탈중앙화 아님

4. 라이트 노드(Light Node)

4.1 라이트 노드

즉 light client
블록 헤더 정보만 저장하는 소형 노드
라이트 노드는 체인상의 모든 트랜잭션을 저장하지 않지만, 블록 헤더 정보를 통해 소스 체인의 메시지 진위를 검증할 수 있음
대략적인 과정은 다음과 같음

소스 체인 A(SOL 등)에서 목표 체인 B(ETH 등)로 크로스체인 트랜잭션 정보 전달 요청이 있을 때, 트랜잭션 발신자는 트랜잭션 세부 내용, 블록 높이, 그리고 해당 트랜잭션의 SPV 증명(Merkle 경로)을 함께 B 체인에 제출함;

B 체인에 배포된 A 체인 라이트 노드 스마트계약은 SPV 증명을 통해 해당 트랜잭션이 포함된 블록의 블록 헤더 해시값을 다시 계산함;

계산된 해시값과 라이트 노드에 저장된 해당 블록 헤더 해시값을 비교하여 일치하면 해당 트랜잭션이 실제로 해당 블록에 발생했음을 의미하며, 불일치하면 해당 블록에 존재하지 않음을 의미함;

4.2 양방향 앵커링 라이트 노드

두 체인 모두 메인체인이며, 각각 합의 메커니즘과 고유 토큰을 보유하고 안전성이 보장됨
소스 체인과 대상 체인의 관계는 상대적이며, 두 체인이 서로 소스 체인이 될 수 있음
크로스체인 메시지 전달 이벤트에서 메시지 발신측을 일반적으로 소스 체인, 수신측을 대상 체인이라 함
양측이 서로의 라이트 노드를 내장함으로써 서로의 정보를 읽고 연결되어 상호 운용되며, 이를 양방향 앵커링(Two-Way-Pegging)이라 함
양 방향 모두 메시지 전달을 위한 Relayer 그룹 존재
대표 프로젝트는 MAP Protocol이며, MAP Protocol은 어떤 체인과도 양방향 앵커링 관계임

4.3 서브체인 양방향 앵커링

서브체인과 메인체인은 라이트 노드를 통해 정보를 주고받음. 예: 폴카닷 메인넷과 서브체인 관계, 코스모스 및 서브체인 관계, Aurora와 서브체인 관계
서브체인은 자체 합의 메커니즘과 고유 토큰이 없으며, 보안은 메인체인에 의존하고 단방향적임. 사이드체인은 독립적으로 운영되는 블록체인으로, 메인체인과의 관계는 상대적 개념이며 양방향적임

4.4 리레이 체인

모든 두 체인 사이에 양방향 앵커링 라이트 노드를 구축하면, 체인 수 증가에 따라 연결 수와 적응 비용이 지수급 증가함
리레이 체인: 모든 다른 메인체인의 라이트 노드를 갖춘 리레이 체인을 만들고, 각 체인에 해당 체인의 라이트 노드를 설치함. 그러면 모든 체인이 리레이 체인과 연결되며, 비용이 n(n-1)/2에서 n(체인 수)로 즉시 감소함

4.5 리레이 체인형 라이트 노드의 장점

메인넷 보안 공유

리레이 방식은 양방향 앵커링 방식의 변형으로, 메인체인 보안을 공유함;

블록 헤더로 트랜잭션 정보를 검증하며, 그 신뢰성은 암호학적으로 보장됨. 거래 존재 여부는 검증인과 무관하며, 완전한 탈중앙화임;

라이트 노드 검증 프로그램은 소스 체인 네트워크 검증 프로그램과 동일하여 소스 체인 보안을 공유함;

Relayer가 전달하는 블록 헤더도 위조 불가능하며, 라이트 노드 스마트계약은 풀노드처럼 블록을 엄격히 검증할 수 있어 위조된 블록 헤더는 통과되지 못함;

악의적인 Relayer들이 공모하여 가능한 유일한 방법은 포크된 체인의 블록 헤더를 전달하는 것이나, 건강한 네트워크에서는 포크된 체인이 결국 최장 체인이 되지 못함;

소스 체인 또는 대상 체인 자체가 리오더그루핑(reorg)될 경우에만 라이트 노드 스마트계약의 보안에 영향을 미침;

완전한 탈중앙화

Relayer는 증인과 달리 스마트계약이 제어하며 중심화와 무관함;

특권 제3자나 승인된 제3자에 의존하지 않고 합법성 검증을 수행함;

낮은 운영비용, 더욱 광범위한 탈중앙 미래

라이트 노드 기반 사이드체인의 Relayer는 증인처럼 과도 담보를 할 필요 없이 더 작은 비용으로 더 많은 크로스체인 앵커링 자산 발행 가능함;

라이트 노드는 강력한 하드웨어나 풀노드 운영에 필요한 고대역폭이 필요 없으며, 스마트폰이나 임베디드 장치에서도 참여 가능하여 탈중앙화에 유리함;

가벼운 방식으로 전체 장부에서 특정 거래의 유효성을 빠르게 검증 가능
서로의 라이트 노드를 내장하여 스마트계약으로 검증하며, 독립적 자기 검증 특성 보유
확장성이 매우 높으며, 현재 가장 널리 사용되는 크로스체인 방안임

4.6 리레이 체인의 단점

접속하는 각 체인의 특성에 따라 다른 적응 방안을 수립하고 능동적으로 호환해야 하며, 작업량이 큼
다른 체인의 보안 수준이 다르므로 접속 체인 간 크로스체인 신용 문제를 고려하여 전체 크로스체인 네트워크 보안을 보호해야 함
새로운 블록체인이 계속 등장하며, 새로운 특징의 체인이 나타나면 새로운 적응 방안을 개발해야 함

4.7 리레이 체인의 비전 - 풀체인(Full-chain)

풀체인은 다중 체인의 미래이며, 크로스체인 문제를 일회성으로 해결함
진정한 의미의 만연결 실현
특정 리레이 체인이 블록체인 세계의 레이어0이 되고, 다른 체인들이 레이어1, 레이어2 등 형태로 접속함
리레이 체인은 단순한 다리 역할을 넘어 중추(체인허브)가 되어야 하며, 크로스체인 메시지 전달뿐 아니라 체인 간 메시지 라우팅, 메시지 순서 등 문제도 해결해야 함
다양한 메인체인 상의 dApp, 프로토콜, 사용자들이 무감각하고 매끄럽게 상호작용하며 사용자 경험 우수함
모든 블록체인의 사용자와 자산을 연결하여 다중 체인 장부의 단절 종료
다중 체인 공존 구조 하에서 dApp의 최적 성장 방안이며, Web3 성장의 핵심
다중 체인 경쟁이 점점 치열해지는 미래에 풀체인 인프라는 L2보다 더 중요한 블록체인 확장 방안일 수 있음

4.8 지배적 리레이 체인 폴카닷과 코스모스

폴카닷의 평행 슬롯, 코스모스의 허브는 전형적인 "양방향 앵커링" 관계이며, 모두 리레이 아이디어를 포함하고 있으며 만연결 실현을 목표로 함
코스모스의 크로스체인 메시지 전달 프로토콜 IBC는 여전히 수신 체인에 내장된 라이트 노드 스마트계약을 통해 크로스체인 메시지를 검증하며, 반면 폴카닷의 크로스체인 메시지 전달 프로토콜 XCMP는 라이트 노드 방식을 사용하지 않고 공유 검증인을 채택함
폴카닷 리레이 체인과 코스모스 허브는 튜링 완전성이 없어 스마트계약 컴파일 불가능함. 폴카닷은 Substrate를, 코스모스는 Cosmos SDK를 창조하였으며, 크로스체인 SDK는 다른 체인이 체인 저수준에 삽입해야 함. 즉, 이더리움, BNB, Klaytn, Polygon, Avax 등 비체인 생성 도구로 만들어진 블록체인은 저수준 구조를 수정하여 둘과 동형이 되도록 한 후 SDK를 체인 저수준에 삽입해야 크로스체인을 실현할 수 있음. 그러나 저수준 구조 수정은 극도로 복잡한 도전이므로 현재까지 번영한 L1 중 폴카닷 리레이 체인과 코스모스 허브와 연결된 사례는 없음
폴카닷 리레이 체인과 연결하려면 장부 기록 권한을 리레이 체인에 넘겨야 하며, 이는 보안을 리레이 체인에 맡긴다는 것을 의미함. 이는 다른 생태계가 번성한 L1들이 받아들일 수 없는 사항임
dApp 개발자 입장에서 폴카닷과 코스모스를 사용하려면 먼저 자신만의 전용 L1을 구축한 후 dApp을 그 L1에 배포해야 함. 그러나 L1 구축은 dApp의 핵심 요구가 아니며, 더 많은 사용자와 자산을 포괄하는 것이 중요함. 개발 비용, 학습 비용, 보안 측면에서 모두 L1을 먼저 구축한 후 다른 체인의 사용자와 자산을 확보하려는 경로는 비효율적임
폴카닷과 코스모스는 라이트 노드(light client) 크로스체인 메커니즘을 활용하여 매우 안전하지만, 전반적으로 보면 방대한 내부 생태계를 구축한 것에 가깝고, 진정한 의미의 상호 연결과 dApp 생태계 확장에서는 부족함. 설계 구조와 기술 메커니즘이 이더리움, BNB 등 번성한 블록체인과의 상호 운용을 어렵게 만들었으며, dApp 입장에서는 편리한 체인 생성 도구를 제공하지만 사용자와 자산 포괄도 요구는 충족시키지 못함
어떤 메인체인도 폴카닷 또는 코스모스에 연결하려면 능동적으로 호환해야 함
현재까지 양측이 서로 호환하려는 동기나 움직임은 보이지 않음

MAP Protocol 프로젝트 분석

일, 프로젝트 소개

MAP Protocol 메인체인 리레이 체인은 리레이 체인으로, 모든 다른 메인체인의 라이트 노드를 보유함
또한 메인체인에 MAP Protocol 라이트 노드를 설치함
MAP Protocol은 메인체인 리레이 체인 상에서 주요 번성한 L1들의 서명 알고리즘과 해시 알고리즘을 사전에 컴파일된 스마트계약 형태로 능동적으로 내장함
Ethereum/Polygon/BNB Smart Chain/Klaytn/NEAR 등 주류 EVM 및 Non-EVM을 포괄적으로 연결하고, MAP Protocol 메인체인 리레이 체인의 라이트 노드를 스마트계약 형태로 각 L1에 배포함
라이트 노드와 리레이 체인 라이트 노드가 설치된 메인체인 간 연결을 통해 모든 L1과 리레이 체인이 동형 체인이 되며, 동시에 라이트 노드 간 크로스체인 유효성 검증도 실현함

이, 프로젝트 아키텍처

1. 프로토콜 계층(Protocol Layer) - 기초 핵심

MAP 리플레이 체인, 각 체인에 배포된 라이트 노드, 체인 간 메시지 전달 프로그램 Maintainer로 구성됨
MAP 리레이 체인 가상머신 계층은 주요 L1들의 서명 알고리즘, 해시 알고리즘, Merkle Tree 증명을 사전 컴파일된 스마트계약 방식으로 성공적으로 내장하여, 마치 여러 나라 언어를 모두 이해하는 슈퍼 언어 머신처럼, 체인 간 상호 소통이 가능하게 하며, 체인 간 상호 운용을 위한 동형 기반을 마련함

라이트 노드는 독립적 자기 검증과 즉각적인 최종성 보장을 특징으로 하며, MAP 리레이 체인의 동형 기반 덕분에 라이트 노드 교차 검증 네트워크는 동일한 데이터 언어를 공유할 수 있고, 스마트계약 형태로 어떤 L1에도 쉽게 배포되어 탈중앙화된 크로스체인 유효성 검증을 수행할 수 있음

Maintainer는 독립된 체인 간 메시지 전달 프로그램으로, 라이트 노드의 최신 상태를 업데이트하며, 각 체인의 합의 계층 블록 헤더(Validator 서명) 정보를 트랜잭션 형태로 대상 체인의 소스 체인 라이트 노드 스마트계약에 기록하여, 대상 체인의 소스 체인 라이트 노드와 소스 체인 Validator 정보의 일치를 보장함

2. MOS 풀체인 서비스 계층

MAP Omnichain as a Service Layer
안드로이드 생태계를 위한 Google Mobile Service와 유사하며, dApp 개발자에게 풀체인 개발 서비스를 제공함
이 계층은 각 블록체인에 배포된 크로스체인 자산 잠금 스마트계약과 체인 간 메시지 전달 구성 요소 Messenger를 보유하고 있으며, 개발자는 이를 직접 활용해 풀체인 애플리케이션을 구축하거나 자신의 요구에 따라 추가로 컴파일하여 풀체인 개발 및 학습 비용을 절감할 수 있음
이 계층의 스마트계약은 모두 CertiK 감사를 받은 오픈소스 구성 요소로, dApp 개발자는 바로 사용 가능하며 보안과 개발 비용 문제를 걱정할 필요 없음

3. 풀체인 애플리케이션 계층

Omnichain Application Layer
탈중앙화 파생상품과 합성 자산을 예로 들면, 현재는 다른 체인의 자산 가격, 수량에 제약을 받아 체외 오라클로는 정확하고 즉각적인 자산 데이터를 얻을 수 없어 유동성과 사용자 경험 모두 부족함.
다중 체인 배포로 이 문제를 해결할 수 있지만, 이 과정은 시간과 노력이 많이 들며 불필요한 개발 비용도 증가함.
MAP 리플레이 체인에 배포하면 탈중앙화 파생상품과 합성 자산은 MAP Protocol 체인의 오라클로부터 정확한 다중 체인 데이터를 얻을 수 있어 데이터 흐름 장애에 더 이상 제약받지 않고 자산의 풀체인 흐름을 쉽게 실현할 수 있음
유사한 애플리케이션 사례로는 풀체인 DID, 풀체인 대출, 풀체인 Swap, 풀체인 GameFi, 풀체인 DAO 거버넌스, 풀체인 토큰 및 풀체인 NFT가 있으며, dApp의 주요 비즈니스 스마트계약이 어느 L1에 배포되었든 MAP Protocol을 통해 모든 체인의 사용자와 자산을 포괄할 수 있는 풀체인 애플리케이션을 쉽게 구축할 수 있음

4. zk 기술 적용

서명 검사: 특정 Merkle 루트에 대한 Merkle 증명 검사, 해시 연결 및 누적 작업 검사는 zkSNARK를 통해 인증하기 적합함
라이트 노드 구축 측면에서 다수의 검증인 그룹 정보 또는 블록 헤더 저장을 간소화함
커밋은 검증인 집합(PoS) 또는 최신 블록 헤더 집합(PoW)에 관한 것이며, 집합이 변경될 때마다 커밋이 업데이트됨.
zkSNARK를 사용하여 이전 커밋에서 새 커밋으로의 변화가 검증인 집합 또는 블록 헤더 집합의 유효한 변화를 반영하는지 증명함
zkSNARK가 부과하는 제한은 주로 충분한 수의 이전 검증인이 새 집합을 승인했는지, 그리고 투표 권한이 일정 임계값을 초과했는지를 확인하는 것임

삼, 풀체인 애플리케이션 사례

1. 크로스체인 대출

현재 사용자가 A 체인에 자산이 있고 B 체인에서 마이닝을 하고 싶다면 다음 9단계를 거쳐야 함

A 체인에서 스테이킹 → 차입 → 크로스체인 브릿지(수수료) → 교환(수수료) → 목적 체인에서 마이닝 → 교환 환전(수수료) → 크로스체인 복귀(수수료) → 대출 상환 → 스테이킹 해제;

MAP Protocol을 통해 A 체인에서 스테이킹하고 목적 체인에서 차입, 마이닝, 상환, 스테이킹 해제를 하며, 네 번의 크로스체인 브릿지 및 교환 수수료를 생략 가능

2. 풀체인 Swap

풀체인 Swap은 최고의 크로스체인 DeFi 프로토콜을 연결하여 기존 DeFi 거래소보다 훨씬 낮은 비용으로 코인을 교환함.
MAP Protocol을 통해 개발자는 진정한 탈중앙화 풀체인 거래소를 구축하여 사용자가 어떤 체인의 어떤 토큰도 교환할 수 있게 함
풀체인 SWAP은 주류 DEX의 유동성을 연결하여 풀체인 집계 교환을 실현할 수도 있음
기존 AMM은 수정 없이 래핑되어 한 자산에서 다른 자산으로의 풀체인 교환을 실행할 수 있음
사용자는 소스 체인에서 한 번의 트랜잭션으로 이더리움의 ETH를 NEAR의 Near로 교환할 수 있음
MAP Protocol 기반 풀체인 스왑에서 사용자는 하나의 풀에 다중 체인 코인의 유동성을 추가할 수 있으며, 이는 서로 다른 체인의 토큰 쌍에 유동성을 제공할 수 있음을 의미함
사용자는 안정화폐 같은 중간 토큰을 사용하지 않고 한 토큰을 다른 체인의 토큰으로 직접 교환할 수 있어 풀체인 교환의 최단 경로를 실현함
Butter Swap은 사용자가 어떤 체인의 어떤 토큰도 교환할 수 있는 진정한 탈중앙화 크로스체인 네트워크로, 현재 테스트 중이며 곧 출시 예정임