레이어2가 있는데, 왜 레이어3이 필요할까?
저자: Cynic
TL;DR
1. 레이어1에서 레이어2로: 확장성
-
기술적으로 어떻게 확장을 실현할 수 있는가? 이더리움은 롤업(Rollup)을 유일한 레이어2 솔루션으로 보는데, 이는 탈중앙화와 보안성을 해치지 않으면서도 이더리움의 확장성을 달성하기 때문이다. 모듈화 관점에서 보면, 레이어2는 실행을 담당하고 결제, 합의, 데이터 가용성은 모두 레이어1이 처리한다.
2. 레이어2에서 레이어3로: 맞춤화
-
레이어2-레이어3와 레이어1-레이어2의 차이는 무엇인가? 롤업 기술은 이더리움의 계산 병목 문제를 해결했지만, 데이터 가용성 문제는 여전히 해결하지 못했다. 상위 계층은 하위 계층에 트랜잭션 데이터를 전달하기 위해 압축해야 하지만, 이 압축은 반복될 수 없으므로 레이어2-레이어3 구조로는 성능 향상이 제한적이다.
-
레이어2가 존재하는데도 왜 레이어3가 필요한가? 레이어2는 탈중앙화를 유지하며 범용적인 컴퓨팅 계층으로서 상호 운용성(컴포저빌리티)을 제공하는 반면, 레이어3는 애플리케이션 특화 체인(Application-Specific Chain)으로서 호환성, 효율성, 프라이버시 등 각 애플리케이션의 고유 요구사항을 충족시켜야 한다.
-
같은 앱 체인 생태계임에도 불구하고, 레이어3와 코스모스(Cosmos)는 어떤 점이 다른가? 레이어3는 이더리움 생태계에 의존하므로 사용자와 자금 조달이 더 쉬우나, 동시에 이더리움과의 강한 연계로 인해 일정 부분 주권을 잃게 된다. 예를 들어 토큰 가치 포획(Value Capture) 능력이 제한된다.
3. 레이어3에서 레이어X로?
-
현재 레이어3의 발전 현황: Arbitrum은 6월 22일 Orbit Chain 발표; zkSync는 6월 26일 몇 주 내 ZK Stack 출시 발표; Starknet 생태계의 madara는 해커톤 기간 중 24시간 만에 스타크넷 레이어3 앱 체인을 배포하는 프로젝트를 지원했다.
-
레이어3 시대가 도래했지만, 과연 레이어4, 레이어5는 멀지 않았는가? LK Venture는 기술 원리상으로 볼 때, 레이어3는 단순한 적층만으로는 더 이상 성능의 비약적 향상을 얻을 수 없다고 본다. 비록 레이어1-2-3 간 생태계 연계가 밀접하고(이더리움 생태계), 상호운용성이 기존 이종체인 간보다 훨씬 뛰어나며(크로스체인 비용 저렴), 서로 간의 생태계를 완전히 계승할 수는 없다. 이더리움 확장의 서사는 레이어3에서 마무리될 가능성이 크다.
레이어1에서 레이어2로: 확장성
블록체인에는 보안성, 탈중앙화, 확장성이라는 세 가지 요소를 동시에 달성할 수 없는 삼각형의 딜레마가 존재한다. 이더리움은 앞선 두 가지를 선택했고, 확장성은 부족한 상태다. 평소 이더리움에서 스왑 한 번에 $3~$4의 가스비가 들며, 거래량이 급증하는 불장에는 무려 거의 $100까지 치솟기도 한다. 네트워크 혼잡이 심각하다.
선발 우위로 형성된 방대한 생태계를 바탕으로, 2018년 이후 확장성을 강조하는 새로운 공개 블록체인이 계속 등장했음에도 불구하고, 이더리움은 여전히 시장에서 압도적인 지배력을 유지하고 있다. 따라서 사람들은 이더리움 위에 구축 가능한 확장 솔루션에 관심을 기울이게 되었다.
그중 널리 사용되는 것은 사이드체인(Sidechain), Validium, Rollup 세 가지 방식이며, 신뢰 가정이 각각 다르다.
-
사이드체인은 레이어1과 독립적으로 운영되는 블록체인으로, 양방향 브릿지를 통해 이더리움 메인넷과 연결된다. 사이드체인은 자체적인 블록 파라미터와 합의 알고리즘을 가질 수 있어 거래 처리 효율이 높지만, 이더리움의 보안성을 계승하지 못한다.
-
Validium은 체외(Off-chain)에서 데이터 가용성과 계산을 처리하여 처리량을 증가시키고, 체인(Layer1)에 제로 난스 증명(ZKP)을 제출하여 체인하에서 발생한 거래의 유효성을 검증받아 보안성을 확보한다.
-
Rollup은 체외에서 계산을 수행하지만, 데이터 가용성은 레이어1에서 제공받으며, 사기 증명(Fraud Proof) 또는 유효성 증명(Validity Proof)을 체인에 제출하여 레이어1의 스마트 계약에서 검증함으로써 이더리움의 보안성을 계승한다.
이더리움은 탈중앙화와 보안성을 훼손하지 않으면서 확장을 달성할 수 있기 때문에 롤업을 유일한 레이어2 솔루션으로 본다. 모듈화 관점에서 보면, 레이어2는 실행을 맡고, 결제, 합의, 데이터 가용성은 모두 레이어1이 처리한다.
제출하는 증명의 종류에 따라 롤업은 Optimistic Rollup과 ZK Rollup으로 나뉜다.
Optimistic Rollup의 경우, 롤업이 여러 트랜잭션을 한꺼번에 처리하고, 배치된 트랜잭션과 실행 전·후 상태를 레이어1에 배포된 롤업 스마트 컨트랙트에 제출한다. 레이어1은 상태 전이 과정을 검증하지 않고, 롤업이 제출한 초기 상태가 레이어1 컨트랙트에 저장된 것과 동일하면 낙관적으로 새 상태로 전이한다. 사기 행위 방지는 사기 증명(Fraud Proof)을 통해 이루어진다. 일정한 논쟁 기간(Dispute Period) 동안 다른 검증자가 해당 상태 루트에 이의를 제기할 수 있으며, 레이어1의 롤업 컨트랙트에 사기 증명을 보내면 롤업 상태가 논쟁 이전의 확정된 상태로 되돌아가고, 정당한 상태가 다시 계산되며 결과에 따라 검증자가 처벌된다. 실제로 사기 사례는 드물기 때문에 낙관적인 상태 전이는 검증 리소스를 크게 절약한다.
ZK Rollup은 Optimistic Rollup과 달리 상태 전이를 검증해야 하는데, 이는 레이어1의 롤업 컨트랙트가 아니라 유효성 증명(Validity Proof)을 컨트랙트 내에서 검증함으로써 이루어진다. 검증 완료 후 즉시 최종성이 확보되며, 일주일에 달하는 논쟁 기간을 기다릴 필요가 없다.
Optimistic Rollup 기술을 사용하는 프로젝트 중 가장 성숙한 것은 Arbitrum과 Optimism으로, 이미 메인넷에 올라왔다. Arbitrum은 이미 사기 증명을 구현했지만 화이트리스트 제출에 한정되어 있고, Optimism의 사기 증명은 아직 개발 중이다. 두 프로젝트 모두 정렬기(Orderer)와 검증기(Validator)의 탈중앙화를 추진하고 있다. L2Beat의 데이터에 따르면, 2023년 6월 26일 기준 Arbitrum One과 Optimism의 TVL은 각각 $58.1억, $22.5억이다. 그 외 Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase 등도 Optimistic Rollup을 사용하며, 일부는 Optimism 팀이 오픈소스로 공개한 OP Stack을 기반으로 개발 중이다.
ZK Rollup 기술을 사용하는 프로젝트 중 가상머신을 지원하는 것은 주로 zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM 등이며, 현재 메인넷 운영 중이며 TVL은 각각 $6.18억, $6811만, $4265만이다. 특정 유형의 거래만 지원하는 것은 dYdX, Loopring, zkSync Lite 등이며 TVL은 각각 $3.5억, $9847만, $9769만이다. 현재 ZK Rollup의 개발 방향은 더 나은 이더리움 호환성이며, 개발 중인 zkEVM 프로젝트로는 Taiko, Scroll, Linea 등이 있다.
레이어2에서 레이어3로: 맞춤화
레이어2: 100배, 레이어3: 100배² = 10,000배?
레이어1에서 레이어2로 넘어오면서 비용이 1/100로 감소했다. 따라서 자연스럽게 레이어2 위에 동일한 방식으로 레이어3를 구축하면, 비용이 1/10,000으로 줄어들 것이라고 생각할 수 있다. 아쉽게도 답은 '아니오'다.
롤업은 실행을 체외로 이전함으로써 이더리움의 계산 병목을 해결했다. 이제 L1 노드는 배치 안의 각 트랜잭션을 직접 실행하여 상태 전이의 정확성을 검증할 필요가 없다. 암호학의 재귀 증명 기술 덕분에 계산은 무제한으로 재귀 가능해져 성능을 무한히 확장할 수 있지만, 데이터 가용성은 중첩되지 않는다. 레이어2는 트랜잭션 데이터를 calldata 형태로 이더리움의 스마트 컨트랙트에 전달해야 하며, 압축을 적용하더라도 같은 방법으로 두 번 압축할 수는 없다. 레이어3의 트랜잭션 데이터 역시 궁극적으로 레이어1에 제출되어야 한다(그렇지 않으면 보안성을 계승할 수 없음). 그러나 트랜잭션 압축 정도는 더 이상 줄일 수 없기 때문에, 데이터 가용성 측면에서는 중첩을 통해 비용 절감을 기대할 수 없다.
따라서 레이어3은 단순한 적층을 통한 경로를 걸을 수 없으며, StarkWare 팀이 제안한 대안은 맞춤화(customization)로서, 레이어3와 레이어2가 서로 다른 기능을 맡도록 하는 것이다.
레이어2가 있는데도 왜 레이어3가 필요한가?
이더리움은 보안성과 탈중앙화를 제공하고, 레이어2는 확장성을 제공한다. 이는 블록체인 삼각형 딜레마를 해결했다고 볼 수 있다. 그런데 왜 레이어3가 필요할까?
레이어3 개념은 최초로 StarkWare 팀이 글 Fractal Scaling: From L2 to L3에서 제안했다. StarkWare는 이러한 계층화된 구조와 캡슐화 사상이 바로 컴퓨터 과학이 활력을 유지하는 핵심이라 보았다. 또한, 레이어2는 탈중앙화를 유지하며 범용적인 컴퓨팅 계층으로서 상호 운용성을 제공해야 하고, 레이어3는 애플리케이션 특화 체인으로서 다양한 애플리케이션의 고유한 요구를 충족시켜야 한다고 주장한다. 튜링 완전성은 계층화에 좋은 기반이 되며, 일단 튜링 완전성을 갖추면 이론상 어떤 애플리케이션이든 구현할 수 있다.
실제로 레이어2는 범용성을 유지하기 위해 반드시 일부를 포기하게 되며, 모든 애플리케이션의 요구를 만족시킬 수 없다. 가장 직접적인 예는 StarkWare가 증명 생성을 더 효율적으로 하기 위해 이더리움과 호환되지 않는 Cairo 언어와 CairoVM을 개발한 점인데, 이런 경우 레이어3 체인이 이를 해결할 수 있다.
가능한 레이어3 활용 사례는 다음과 같다:
-
호환성: 레이어2 가상머신 위에 다른 언어의 인터프리터를 구현하여 다른 가상머신과 호환
-
효율성: 애플리케이션이 초고속 TPS(예: 게임, 소셜)를 추구한다면, Validum 방식을 사용하여 일부 보안성을 양보하고 레이어2에서 결제 처리 가능; 애플리케이션은 자신의 요구에 맞춰 트랜잭션 형식을 커스터마이징하여 더 높은 압축률 달성 가능
-
프라이버시: 전용 프라이버시 체인을 구성하고 레이어2에서 결제 처리하되, 공개적으로 관찰되지 않도록 함
또한 앱 체인은 전용이므로 다른 애플리케이션의 영향을 직접 받지 않아 성능과 비용이 비교적 예측 가능하다. 동시에 브릿지 거래를 레이어1에 직접 전송할 필요가 없어 비용이 낮으며, L2-L3 및 L3-L3 브릿지 비용도 저렴하다. 트랜잭션 일괄 제출 측면에서도 레이어3는 분명한 장점이 있는데, 일괄 제출 시 필요한 고정 가스비가 낮아 더 많은 트랜잭션을 모아 평균 가스비를 낮추기 위해 오랫동안 기다릴 필요가 없다. 이는 레이어2에서 발생하는 확인 시간과 비용 간 딜레마를 상당히 완화할 수 있다.
같은 앱 체인 생태계에서 레이어3과 코스모스의 차이점은?
코스모스는 말하자면 가장 먼저 앱 체인 개념을 제안한 프로젝트로, Cosmos SDK를 통해 사용자는 쉽게 자신만의 앱 체인을 맞춤화 발행할 수 있다. Cosmos IBC는 인터넷의 TCP/IP 프로토콜을 목표로 삼아 Cosmos SDK로 구축된 앱 체인들 간 원활한 상호 운용성을 제공한다. 간단히 말해, 코스모스의 비전은 수많은 체인이 서로 연결된 '블록체인 우주'를 구축하는 것이다.
레이어3도 상호 운용성에 상당한 노력을 기울이고 있다. 동일한 기술 아키텍처와 낮은 거래 비용 덕분에 레이어3 간 크로스체인은 무신뢰적이며 빠르고 저렴한 특성을 가진다. 따라서 레이어3 간 유동성은 공유된다고 볼 수 있다. 상호 운용성 측면에서 보면, 레이어3와 코스모스가 제공하는 기능은 거의 동일하다.
LK Venture 연구팀은 레이어3와 코스모스의 가장 큰 차이점은 바로 이더리움 생태계와의 연계성에 있다고 보며, 이것이 장점이자 단점이 된다고 분석한다.
장점은 주로 이더리움 생태계의 방대한 유동성과 사용자 기반에 있다.
강력한 기술력을 지닌 코스모스라 할지라도 많은 거물급 프로젝트들의 체인 발행 우선 선택지이지만, 여전히 시장 점유율이 낮은 운명을 벗어나지 못했다. DeFiLlama 데이터에 따르면 2023년 6월 26일 기준 이더리움의 TVL은 $262억이지만, 코스모스 생태 전체를 합쳐도 약 $10억에 불과하다. 레이어3가 성공하기 위해서는 이더리움 생태계가 핵심 요소다.
단점은 이더리움과의 과도한 연계로 인해 일부 주권을 상실한다는 점이다.
코스모스 체인의 경우, 토큰 모델은 프로젝트 팀이 필요에 따라 완전히 설계 가능하며, 토큰에 부여할 수 있는 가치가 강하다. 그러나 레이어3 체인의 네이티브 토큰은 이더리움의 제약을 받는다. 비록 프로젝트 팀이 네이티브 토큰을 가스 토큰으로 사용할 수 있겠지만, 결국 트랜잭션 데이터를 이더리움에 제출할 때 소비되는 것은 $ETH라는 점은 부정할 수 없다. 따라서 가스 토큰으로 $ETH가 아닌 자체 발행 토큰을 사용한다면, 프로젝트 팀은 네이티브 토큰을 계속해서 $ETH로 교환해야 하며, 궁극적으로는 가치가 $ETH로 이전된다.
레이어3의 또 다른 특징은 레이어3에서 하는 모든 일이 사실상 레이어2로 이전 가능하다는 점이며, 이는 본질적으로 데이터 가용성(DA) 계층의 선택에 달려 있다.
레이어3가 결제를 맡은 레이어2에 보안 취약점이나 활성도 저하 문제가 발생하면, 레이어3는 저비용으로 다른 레이어2로 이전하거나, 심지어 직접 레이어1에 DA와 결제를 위탁하여 레이어2로 전환할 수 있다. 이더리움 생태계와의 강한 연계성 덕분에 레이어3에서는 다수의 혁신적인 활용 사례가 탄생할 가능성이 있다.
레이어3에서 레이어X로의 전망
레이어3 발전 현황
6월 22일, Offchain Labs는 Arbitrum Orbit Chain 발행을 위한 도구를 공개했다. Orbit Chain은 Arbitrum 레이어2 위에 위치한 레이어3로, Arbitrum One, Arbitrum Nova, Arbitrum Goerli 중 하나를 선택해 결제를 처리할 수 있다. 사용자는 Rollup 또는 Anytrust 기술을 선택할 수 있는데, Anytrust는 DAC(데이터 가용성 위원회)를 사용해 트랜잭션 데이터를 체인에 제출하지 않기 때문에 비용이 더 저렴하지만 보안성이 약간 떨어진다. Orbit Chain의 장점은 간편한 체인 발행 프로세스, Arbitrum 생태계와의 상호 운용성, Nitro의 즉각적인 업데이트, Stylus가 제공하는 EVM+ 호환성(Rust, C, C++ 작성 및 WASM 가상머신에서 실행 가능) 등이다. 누구나 권한 없이 Orbit Chain을 자유롭게 맞춤화 발행할 수 있으나, 반드시 Arbitrum 레이어2에서 결제 처리해야 하며 그렇지 않을 경우 Offchain Labs 또는 Arbitrum DAO의 승인을 받아야 한다.
6월 26일, zkSync는 기존 오픈소스 코드를 수정해 몇 주 내 ZK Stack을 출시하겠다고 발표했다. 이를 통해 사용자가 자신만의 ZK 슈퍼체인을 맞춤화 구축할 수 있게 된다. Arbitrum의 Orbit Chain과 달리 ZK Stack은 주권과 상호 운용성을 강조하며, 사용자는 필요에 따라 완전한 맞춤화를 수행할 수 있고, ZK Stack으로 구축된 체인은 브릿지 없이도 상호 운용이 가능하다. ZK Stack은 레이어2와 레이어3 모두를 구축하는 데 사용 가능하며, 공식적으로 제한을 두지 않아 zkSync 위에서 결제를 처리할 필요도 없다. 이 점에서 ZK Stack이 제공하는 주권은 더욱 강력해 보인다.
레이어3 개념을 최초로 제안한 StarkWare 팀 역시 Starknet 생태 내에서 레이어3 발전을 적극 육성하고 있으며, Madara는 일반 대중용 스택을 테스트 중이다. @PragmaOracle 해커톤에서 한 팀이 Madara를 이용해 24시간 만에 앱 체인을 발행했다. 다만 Starknet은 독특한 zk-STARK 증명 기술을 사용해 기술적 성숙도가 상대적으로 낮아 제품 완성도를 높이기 위해 더 많은 개발 시간이 필요하며, 이후에야 일반 대중용 Starknet Stack을 공개할 것으로 보인다.
현재 레이어3 생태계는 초기 단계에 머물러 있지만, 각 레이어2들이 편리한 체인 발행 도구를 잇달아 출시함에 따라 곧 레이어3가 정식 운영될 것으로 기대된다. 인프라가 점차 완비됨에 따라, 이제 모든 체인의 최대 관심사는 사용자를 어떻게 유치할 것인지이다.
레이어3가 왔다, 레이어X는 멀지 않았는가?
기술 원리상으로 보면, 레이어3은 더 이상 단순한 적층을 통해 성능의 비약적 향상을 얻을 수 없다. 물론 레이어3은 맞춤화를 통해 특정한 이점을 얻을 수 있지만, 범용성의 손실로 인해 추가적인 중첩이 어려워진다. 물론 원한다면 이러한 계층적 중첩을 무한히 반복할 수 있지만, LK Venture 연구팀은 현재로서는 이러한 중첩이 어떤 실제 수요도 충족하지 못하며 시스템 복잡성이 기하급수적으로 증가할 것이라고 본다.
가장 중요한 점은, 비록 레이어1-레이어2-레이어3 간 생태계 연계가 밀접하고(이더리움 생태계), 상호 운용성이 기존 이종 체인보다 월등히 뛰어나며(크로스체인 비용 저렴) 하지만 서로 간 생태계를 완전히 계승할 수 없다는 것이다. Arbitrum One에 배포된 컨트랙트는 Orbit Chain에서 직접 호출할 수 없으며, zkSync에 배포된 DEX의 유동성도 ZK Stack에 직접 집약되지 않는다.
현재 상황은 마치 상업용 건물이 지어졌고 점점 더 높아지고 있지만, 상인과 고객은 거의 없다는 것이다. 1층 상가는 붐비지만(이더리움), 사람들은 상층부로 소비를 하러 가기를 꺼린다. 왜냐하면 상층부의 상점 수가 하층보다 훨씬 적기 때문이다.
따라서 LK Venture 연구팀은 블록체인 기술이 초대규모로 채택되기 전까지는 레이어3가 높은 사용자 수를 얻기는 어려울 것이라고 본다. 레이어4, 레이어5...레이어N에 이르기까지, 비록个别 애플리케이션이 특정한 요구를 가질 수는 있겠지만, 굳이 '레이어N'이라는 이름을 내세워 마케팅하지는 않을 것으로 보인다.
고전에 이런 말이 있다. "도(道)가 하나를 낳고, 하나가 둘을 낳으며, 둘이 셋을 낳고, 셋이 만물을 낳는다." 이더리움 확장의 서사는 레이어3에서 마무리될 것인가? 아마도 시간이 검증해 줄 것이다.
TechFlow 공식 커뮤니티에 오신 것을 환영합니다
Telegram 구독 그룹:https://t.me/TechFlowDaily
트위터 공식 계정:https://x.com/TechFlowPost
트위터 영어 계정:https://x.com/BlockFlow_News
LK Venture
