Based Rollup: L2 정렬의 중심화 리스크를 해결하는 새로운 실천 방안
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주요 관점
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현재의 롤업(Rollup) 네트워크는 정렬기(sequencer) 중심화의 위험이 있으며, 이를 해결하기 위해 다양한 정렬 계층 프로젝트가 등장하고 있다.
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이더리움 재단 연구원 저스틴 드레이크(Justin Drake)는 롤업의 정렬 문제를 해결하기 위해 '베이스드 롤업(Based Rollups)'이라는 아이디어를 제안했다. 이 구조에서는 이더리움 네트워크상의 검색자(searcher), 블록 생성자(builder), 제안자(proposer) 모두가 롤업 네트워크의 거래 정렬에 참여한다.
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베이스드 롤업은 고도의 탈중앙화를 실현하고 이더리움의 활성화로부터 직접적인 혜택을 받지만, 경제적 인센티브 부족과 잠재적인 확장성 제약 문제에 직면할 수 있다.
1. 서론
물론 2022년부터 2023년까지는 이더리움 2단계(Layer 2) 기술의 부흥기를 의미하며, 이 기간 동안 다양한 롤업 네트워크가 급속히 성장했다. 옵티미스틱 롤업(Optimistic Rollup) 분야에서는 Arbitrum과 Optimism이 총 예치 가치(TVL) 순위 10위권 내에 안정적으로 자리잡았다. 한편 zk 롤업(zk Rollup) 분야에서는 두 번째 물결의 2단계 기술이 다가오고 있으며, 특히 폴리곤(Polygon)의 zkEVM 도입과 zkSync Era 메인넷 출시와 함께 더욱 주목받고 있다.
1.1 롤업의 다양한 리스크
그러나 이더리움 레이어 2 네트워크의 급속한 성장에도 불구하고 모든 네트워크가 적절한 롤업 표준을 충족하는 것은 아니다. 위 표는 기존 롤업 네트워크의 리스크를 분석한 것이다. 각 항목은 해당 롤업 네트워크의 접근 방식을 설명하며, 노란색은 낮은 리스크, 빨간색은 중대한 리스크를 나타낸다.
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상태 검증: 롤업 네트워크는 체외(off-chain)에서 연산을 수행하므로 그 결과의 유효성을 이더리움에 증명해야 한다. 이 항목은 검증 방식에 따라 분류된다. zk-롤업의 경우 제로지식 증명(zk-SNARKs, zk-STARKs)을 통해 가능하다. 옵티미스틱 롤업의 경우 최소한 하나의 정직한 실체가 사기 증명(fraud proof)을 담당해야 하지만, 많은 네트워크는 아직 사기 증명 시스템을 구축하지 않았으며, 설사 존재하더라도 백리스트된 실체만이 사기 증명을 제출할 수 있어 완전한 보장은 어렵다.
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데이터 가용성: 연산에 사용되는 거래 데이터 저장 위치에 따라 분류된다. 이더리움 체인 상에 저장하는 것이 가장 안전하다. 외부(DAC)의 경우 거래 데이터가 '데이터 가용성 위원회'라 불리는 실체들에 의해 체외에서 관리되며, 옵티미스틱(MEMO)의 경우 분산 스토리지 네트워크에 의해 관리되는데, 이는 Metis Andromeda가 채택한 방식이다.
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업그레이드 가능성: 롤업 네트워크는 이더리움상에 스마트 컨트랙트를 가지며, 이것이 업그레이드 가능한지 여부에 따라 분류된다. 비업그레이드 가능은 코드가 불변임을 의미하며 가장 안전한 방식이며, 일반적으로 업그레이드 결정 후 며칠의 지연 시간이 있거나, 최악의 경우 단일 실체가 승인 없이 롤업 컨트랙트를 업그레이드할 수 있다. 이 마지막 경우 만약 해당 실체가 원한다면 모든 자금을 유용할 수 있다(비록 가능성은 매우 낮지만).
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정렬기 장애: 정렬기는 사용자의 롤업 네트워크상 거래 순서를 결정하는 역할을 하며, 이 항목은 모든 정렬기가 오프라인이 되거나 검열을 가할 때 어떻게 대응하는지를 분류한다. L1을 통한 거래 제출은 사용자가 이더리움을 통해 거래를 제출하여 롤업 네트워크에 추가할 수 있음을 의미하며, 강제 출금(L1으로)은 사용자가 정렬기에 인출 거래를 강제로 삽입하도록 요구할 수 있음을 의미한다. 최악의 경우는 아무런 메커니즘이 없는 것으로, 정렬기가 오프라인이거나 검열될 경우 사용자는 어떤 구제책도 없다.
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검증자 장애: 검증자는 롤업 네트워크의 상태를 이더리움 네트워크에 제출하는 역할을 하며, zkRollup의 경우 제로지식 증명(ZKP)도 포함된다. 이 항목은 검증자가 오프라인이 될 때 취해지는 조치에 따라 분류된다. 블록 제안 허용은 일정 시간 후 누구든지 검증자가 될 수 있도록 하며, 비상 출구(MP)는 사용자가 머클 증명(Merkle Proof)을 제출함으로써 안전하게 자산을 인출할 수 있게 해주는 방법으로, 모두 매우 안전하다. 비상 출구(ZK)는 사용자가 ZKP를 제출해야 하며 개인에게는 상당히 어려운 작업이고, 블록 제안(ZK)은 노드가 ZKP를 실행하고 생성해야 한다. 다시 말하지만, 최악의 경우는 아무런 메커니즘이 없어 검증자가 실패하면 모든 사용자의 자산이 동결된다.
1.2 정렬기의 중요성
지금까지 다양한 리스크를 논의했지만, 많은 롤업 네트워크의 규모가 커지면서 정렬기 및 검증자의 장애 문제가 주목받고 있다. Optimism 네트워크는 TVL 6위의 대규모 네트워크로 성장했지만, 백리스트된 검증자 중 한 명이 오프라인이 되면 사용자의 자금이 동결될 수 있으며, 최근 출시된 zkSync Era에서는 정렬기와 검증기가 오프라인이 되었을 때 대응할 방법이 없다.
이러한 우려가 생기는 이유는 대부분의 기존 롤업 네트워크가 중심화된 정렬기를 사용하고 있기 때문이다. 주요 롤업 네트워크들이 정렬기를 어떻게 운영하는지 살펴보자:
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Optimism: 정렬기와 검증자 모두 재단이 중심적으로 운영하고 있다(정렬기 주소: 0x68...2985, 검증자 주소: 0x47...3A33). 중심화된 정렬기가 오프라인이 되거나 검열을 가해도, 위에서 언급한 "L1을 통한 거래 제출" 방식이 작동하므로 사용자는 여전히 L1을 통해 L2 네트워크에 거래를 강제 제출할 수 있다. 그러나 검증자가 오프라인이 되면 사용자는 L2에서 L1으로 인출할 수 없다. Optimism은 미래에 정렬기의 탈중앙화를 계획하며, 경제 게임 이론과 거버넌스 메커니즘을 도입해 이 문제를 해결할 예정이다.
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Arbitrum: 정렬기는 재단이 중심적으로 운영하고 있으며(정렬기 주소: 0xC1...47cc), 검증자는 13개의 백리스트된 실체들로 구성되어 있다. 중심화된 정렬기가 오프라인이 되거나 검열을 가해도, 위에서 언급한 "L1을 통한 거래 제출" 방식이 작동하므로 사용자는 여전히 L1을 통해 L2 네트워크에 거래를 강제 제출할 수 있다. Optimism과 달리 Arbitrum은 사기 증명 시스템도 구축했지만, 백리스트된 검증자들에게만 접근 권한이 있으며, 모든 검증자가 오프라인이 되고 7일 이상 지속되면 누구든지 검증자가 되어 인출할 수 있다. Arbitrum 역시 미래에 정렬기의 탈중앙화를 계획하고 있다.
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zkSync Era: 정렬기와 검증자 역할을 하는 중심화된 운영자(operator)가 존재한다(운영자 주소: 0x11...2211). 이 프로젝트는 초기 단계이기 때문에 운영자에 문제가 발생할 경우 수정할 방법이 없다. zkSync Era는 미래에 검증자와 감시자(guardian)라는 역할군을 만들어 운영자를 탈중앙화할 계획이다.
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Polygon zkEVM: 정렬기는 재단이 중심적으로 운영하고 있으며(정렬기 주소: 0x14...2800), ZKP를 제출하는 검증자(Polygon zkEVM에서는 집계기(aggregator)) 또한 중심화되어 있다(집계기 주소: 0xdA...86eA). 정렬기가 실패하면 사용자의 자금이 동결되지만, 집계기가 실패하더라도 누구나 ZKP를 제출하여 L2에서 L1으로 인출할 수 있다. Polygon zkEVM은 나중에 PoE라는 합의 알고리즘을 사용해 정렬기와 집계기를 탈중앙화할 계획이다.
정렬기와 검증자의 중심화로 인해 최근에는 롤업 네트워크의 정렬 작업을 탈중앙화하려는 시도들이 나타나고 있다. Astria, Espresso, Radius, OP Stack, Suave 등이 이에 해당한다. 이들은 롤업 네트워크에 자체 정렬기 네트워크를 제공하여, 롤업 내 노드는 계산만 수행하고 정렬된 거래를 전달받는 구조를 제안한다. 반면 이더리움 재단의 연구원 저스틴 드레이크는 베이스드 롤업(Based Rollups)이라는 다른 접근법을 제안했다.
2. 베이스드 롤업(Based Rollups)
"베이스드 롤업은 토큰이 없는 탈중앙화를 실현할 수 있다." — 저스틴 드레이크
이는 저스틴 드레이크가 베이스드 롤업을 소개할 때 남긴 마지막 문장이다. 즉 코인베이스(Coinbase)가 출시한 롤업 네트워크도 베이스드 롤업 형태를 통해 토큰 없는 탈중앙화를 실현할 수 있다는 의미인가? (참고로 베이스드 롤업과 코인베이스의 Base는 이름만 유사할 뿐 관련은 없다).
2.1 소개
베이스드 롤업(Based Rollups, 또는 L1 정렬 롤업)은 롤업 네트워크의 정렬이 기반으로 하는 L1에서 이루어진다는 것을 의미한다(대부분의 경우 이더리움 네트워크). 보다 구체적으로 이더리움의 경우, 네트워크상의 검색자(searcher), 블록 생성자(builder), 제안자(proposer) 모두가 롤업 네트워크의 정렬에 참여한다는 것이다.
2.2 블록 생성 참여자
현재 대부분의 이더리움 네트워크 블록은 MEV-Boost 미들웨어를 통해 생성되고 있으며, 미래에는 이 과정이 이더리움 프로토콜 자체에 내장되어 제안자-생성자 분리(PBS) 방식으로 구현될 예정이다. 이 방식에서 검색자는 먼저 메모리풀(mempool)을 모니터링하여 MEV 기회를 식별하고 번들을 만들어 생성자에게 제출한다. 생성자는 메모리풀의 거래들과 검색자로부터 받은 번들을 취합하여 자신의 알고리즘으로 MEV 수익을 극대화하는 완전한 블록을 만들고, 이를 제안자에게 넘겨 이더리움 네트워크에 추가한다.
이 과정에서 검색자와 생성자는 자신들의 번들과 거래가 선택될 기회를 얻기 위해 거의 자신들이 창출할 수 있는 MEV 수익과 동일한 금액으로 입찰하며, 이로 인해 MEV 수익이 검색자에서 생성자로, 다시 생성자에서 제안자로 흘러간다.
2.3 베이스드 롤업의 장점
자체 정렬을 처리하는 기존 롤업 네트워크와 비교할 때, 베이스드 롤업은 여러 가지 장점을 가진다. 첫째, 거래 정렬을 이더리움에 의존하므로 이더리움의 활성화로부터 직접적인 혜택을 받을 수 있다. 앞서 다양한 롤업의 리스크를 논의할 때, 정렬기나 검증자가 장애가 발생하면 많은 문제가 생길 수 있다고 했지만, 베이스드 롤업의 경우 이더리움 네트워크 자체에 문제가 생기지 않는 한 그러한 리스크는 존재하지 않는다.
둘째, 탈중앙화이다. 베이스드 롤업은 여전히 이더리움 네트워크에서 블록을 생성하는 다양한 참여자들을 활용할 수 있으며, 누구나 베이스드 롤업의 메모리풀에서 MEV 기회를 발견하면 권한 없이 정렬에 참여할 수 있다.
셋째, 이더리움과의 경제적 일관성이다. 베이스드 롤업 내에서 MEV 기회가 발견되면, 이더리움상의 검색자와 생성자가 정렬을 위한 입찰을 제출하게 되고, 따라서 베이스드 롤업의 MEV 수익 가치가 자연스럽게 이더리움 L1으로 흘러간다.
넷째, 간단함이다. 베이스드 롤업 형태로 구축된 롤업 네트워크는 중심화된 정렬기를 가진 네트워크보다 더 간단하다. 정렬기 서명 검증, 비상 출구(검증자 오프라인 시 안전한 자금 인출 시스템) 구축, 혹은 이후 정렬기 탈중앙화를 위한 새로운 알고리즘 도입 등이 필요하지 않기 때문이다.
다섯째, 토큰이 필요 없다. 기존의 롤업 네트워크는 정렬기의 탈중앙화를 위해 토큰이 필요하다. 그러나 베이스드 롤업은 정렬이 이더리움 네트워크에서 이루어지기 때문에 토큰이 필요하지 않다.
2.4 베이스드 롤업의 단점
베이스드 롤업은 몇 가지 단점도 가지고 있다. 첫째, 롤업 네트워크 자체의 MEV 수익이 이더리움 L1으로 흘러가며 L2에서 가치가 축적되지 않는다. 그러나 MEV 수익 외에 거래 제출 기초 수수료는 L2 측에서 축적될 수 있다.
둘째, 정렬의 제약이다. 베이스드 롤업은 정렬에 있어 완전히 이더리움 네트워크에 의존하므로 자체 정렬 프로세스를 도입하기 어렵다. 또한 이더리움에 정렬을 의존하는 단점은 이더리움의 최종성을 따르게 되어 사용자 경험 측면에서 불리할 수 있으나, 현재 많은 연구자들이 EigenLayer, 포함 목록(inclusion list), 생성자 보증금 등을 통해 사전 최종성(pre-finality)을 구현하려는 방법을 연구 중이다.
3. 사례
베이스드 롤업 기술이 실제로 적용될지는 미정이나, Ethresearch에는 유명한 레이어 2 zkEVM 프로젝트 중 하나인 Taiko가 발표한 연구 글이 있다.
L2가 베이스드 롤업 기술을 적용할 경우, MEV의 흐름은 다음과 같다:
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L2 검색자가 L2 거래를 번들링하여 L2 블록 생성자에게 전송한다.
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L2 블록 생성자가 L2 블록을 생성한 후 이를 L1 검색자에게 보내며, L1 번들의 일부로 사용될 수 있다.
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L2 블록을 L1에 전송할 때는 사설 주문 흐름(private order flow)을 통해 전송해야 하며, 그렇지 않으면 MEV가 도난당할 수 있음에 유의해야 한다.
요약하면, L1 검색자가 L2와 L1의 메모리풀을 동시에 모니터링한다면, 베이스드 롤업을 통해 이더리움과 L2 사이의 크로스체인 MEV를 추출할 수 있으며, L2의 MEV 가치가 이더리움 내에서 축적될 수 있다.
4. 결론
다양한 롤업 네트워크의 발전과 함께 정렬기의 중심화에 대한 우려가 점점 커지고 있다. 이 문제를 해결하기 위한 많은 프로젝트들이 있지만, 저스틴 드레이크의 베이스드 롤업 접근법은 신선한 아이디어로 보인다.
앞서 언급한 단점들 외에도, 필자의 견해로는 베이스드 롤업의 가장 큰 약점은 수익성 부족과 느린 최종성이다. 이더리움 네트워크의 블록 생산자가 베이스드 롤업의 정렬에 참여할 유일한 동기는 MEV 수익뿐인데, 이는 크게 매력적이지 않을 수 있다. 현재 중심화 문제를 가진 정렬기도 이더리움이 처리한다면 진정한 롤업에 더 가까워질 수 있지만, 베이스드 롤업이 널리 쓰이기 전에 인센티브 메커니즘과 사전 최종성 방법에 대한 추가 연구가 필요하다.
미국 최대 암호화폐 거래소 코인베이스는 자체 롤업 네트워크인 Base를 출시했는데, 그 목표는 1) 토큰 없이 운영 2) 탈중앙화 구현이다. Base는 Optimism의 OP Stack을 활용해 이 목표를 달성하려는 로드맵을 갖고 있지만, 이 두 목표는 이름이 유사한 베이스드 롤업 방식을 채택함으로써 쉽게 달성할 수 있다. 만약 여러분이 블록체인 네트워크를 구축하는 기업이라면, 높은 확장성과 탈중앙화를 추구하면서 토큰 발행을 원하지 않는다면 베이스드 롤업은 좋은 선택지가 될 수 있다.
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