이더리움 쇼핑몰의 '모듈화' 리모델링 공사: 레이어2는 실질적으로 이더리움 실행 계층
저자: 만달로리안
이더리움 쇼핑몰은 매우 번화하고 상점들이 많다. 사용자는 Uniswap, Curve 등의 상점에서 거래를 할 수 있고, Axie Infinity 등의 상점에서 게임을 즐길 수도 있다.
이더리움 쇼핑몰은 탈중앙화 원칙을 준수한다. 사용자가 소비할 때 은행과 같은 기관이 통합된 결제 서비스를 제공하지 않는다.
대신 각각 독립적인 계산대(노드)가 분산 원장을 공동으로 유지하며, 이 분산 원장 자체가 바로 이더리움 블록체인이다.
통합 관리자가 없기 때문에 모든 계산대의 장부가 일치하도록 하고, 일부 계산원이 악의적으로 장부를 조작하는 것을 방지하기 위해 이더리움 쇼핑몰은 각 독립 계산대에 대해 상세한 규칙을 제정했다.
첫째, 각 계산대는 이 장부를 다운로드해야 한다. 즉 처음부터 모두의 장부가 동일한 상태에서 시작된다.
그 후 사용자는 거래를 제출하기 시작한다. 각 계산대는 데이터 패키지를 가지며, 사용자의 거래를 수집하여 그 데이터 패키지를 채우기 위해 노력한다.
그러고 나서 특정 제안 규칙에 따라 어느 한 계산대의 데이터 패키지를 기준으로 삼아 합의를 형성하게 된다. 그러면 해당 계산대에는 새 데이터 패키지(새 블록)가 추가되는 셈이지 않은가?
따라서 그는 자신의 새로운 데이터 패키지 정보를 네트워크 전체에 방송하고, 다른 계산대들은 이를 다운로드함으로써 다시 모두의 장부가 일치하게 된다.
핵심 문제 등장!! 다른 계산대들이 새로운 데이터 패키지를 다운로드한 후에는 그 내부 거래들이 진짜인지 검증해야 하는데, 어떻게 검증할까? 방법은 해당 데이터 패키지 안에 포함된 모든 거래를 시뮬레이션하여 실제로 실행해보는 것이다.
거래를 검증하기 위해 계산대는 현재 상태(사용자 계좌 잔액, 스마트 컨트랙트 상태 등)와 과거 상태 정보들을 유지하고 저장해야 한다.
요컨대 이더리움 쇼핑몰의 계산원들은 다음 네 가지 작업을 수행해야 한다: 합의(장부 일치 보장), 정산(거래 확인), 데이터(사용자 계좌 잔액 및 과거 거래 기록 등 기록), 실행(사용자 거래 실행).
즉 일반적으로 Layer1을 네 계층으로 나눈다:
1) 합의 계층
2) 정산 계층
3) 데이터 계층
4) 실행 계층
이 덕분에 이더리움은 매우 탈중앙화되고 안전하지만 효율성이 낮아 사용자들이 자주 정산 대기열에 줄 서야 하는 상황이 발생한다.
그래서 이더리움 쇼핑몰의 '모듈화' 개축 공사가 시작되었다. ('모듈화' 개념은 최초 Celestia 팀이 제안했으며, 일반적으로 이더리움 확장성을 의미한다)
개축 계획명은 '롤업(Rollup)'이며, 원래 이더리움 쇼핑몰 주변에 새로운 건물을 더 지어 쇼핑센터로 활용한다는 원리이다.
그 후 Arbitrum, Optimism, zkSync, Scroll 등의 고층 빌딩이 차례로 세워졌고, 물론 Manta Network가 건설한 Manta Pacific 빌딩도 있다.
이 고층 빌딩들은 이더리움 본관과 '브릿지(bridge)'로 연결되어 있다.
예를 들어 사용자가 Optimism 빌딩에서 쇼핑할 경우, 일정 시간 후 Optimism 내의 '계산원들'이 정렬된 사용자 거래를 압축하여 패키징한 후 이더리움 본관에 제출한다.
이더리움 본관의 계산대는 최종 정산을 통해 사용자가 Optimism 빌딩에서 쇼핑한 행위가 유효함을 확인한다.
이더리움 본관이 합의(장부 일치 보장), 정산(거래 확인), 데이터(사용자 계좌 잔액 및 과거 거래 기록 등 기록), 실행(사용자 거래 실행)이라는 네 가지 작업을 수행해야 한다는 점을 기억하는가?
따라서 다른 쇼핑센터들이 실행 기능을 담당하게 되며, 즉 실행 계층이 이더리움 본관에서 분리되어 본관의 부담이 줄어든다. 말하자면 각각의 Layer2는 실질적으로 이더리움의 실행 계층이며, Manta Pacific 역시 마찬가지다.
결국 이더리움 본관은 '정산 센터' 역할을 하게 되어 다른 건물 내 거래의 최종성을 확인하게 된다.
사용자 거래를 별도의 건물로 이전하고 이더리움 본관을 정산 센터로 전환하는 이 방법은 매우 영리하다. 다른 건물에서 제출된 사용자 거래를 압축하여 배치(batch) 형태로 이더리움 본관 정산 센터에 제출하면 본관의 거래 처리 효율을 크게 높일 수 있다.
문제는, 이더리움 본관이 다른 쇼핑센터들이 제출한 거래가 올바른지 어떻게 판단하느냐는 점이다. 다른 쇼핑센터의 계산원이 사기 치거나 악의적으로 사용자 거래를 조작하면 어떻게 할 것인가?
그래서 이더리움 본관은 두 가지 방식으로 거래의 정확성을 검증한다: 사기 증명(Fraud Proof / Optimistic Rollup)과 유효성 증명(Validity Proof / ZK Rollup).
사기 증명은 경제학적 가정에 기반한다. 다른 계산원들이 악의적인 계산원을 도전하여 그의 거래 조작을 입증할 수 있으며, 도전에 성공하면 도전자에게 악의 계산원의 벌금이 지급된다.
사기 증명 방식을 채택한 쇼핑센터에는 Optimism, Arbitrum 등이 있다.
유효성 증명은 암호학적 가정에 기반한다. 사용자가 zkSync, Starknet, Scroll, Linea 등의 쇼핑센터에서 거래할 때, 해당 쇼핑센터의 계산원들은 여러 거래 정보를 취합하여 암호학 기반의 제로 kiến식 증명(ZK 증명이라고 약칭함)을 생성하여 사용자의 잔액 등 상태 정보가 변경되었음을 증명한다.
계산원은 이 ZK 증명을 이더리움 본관 정산 센터로 전송하고, 정산 센터는 암호학적 방법으로 이 ZK 증명을 검증함으로써 해당 증명이 나타내는 거래 정보의 정확성을 확인할 수 있다.
즉, Optimistic / ZK란 이더리움 본관이 각 쇼핑센터의 거래 정확성을 검증하는 방식을 의미하며, Rollup은 각 쇼핑센터가 자신 안에서 발생한 거래를 압축하여 패키징한 후 이더리움 본관 정산 센터로 전송한다는 의미이다.
또 다른 점은, ZK 증명이 암호학과 수학 원리를 이용해 생성되기 때문에 암호화 방식이 기존 이더리움 본관과 큰 차이가 있어, 이더리움 본관의 정산 시스템은 실제적으로 ZK 증명 생성을 잘 지원하지 못한다는 것이다.
결과적으로 zkSync, Starknet, Scroll, Linea 등의 쇼핑센터는 자체 정산 시스템을 개조해야만 한다.
이러한 개조로 인해 이더리움 본관의 기존 상점들도 zkSync, Starknet, Scroll, Linea 등의 새로운 정산 시스템을 학습하고 적응해야 하며, 이는 기존 상점들에게 그리 친숙하지 않다.
반면에 Optimism, Arbitrum을 중심으로 한 Optimistic Rollup 쇼핑센터는 정산 시스템 호환성 문제가 거의 존재하지 않는다.
둘째, ZK Rollup 쇼핑센터가 이론상 Optimistic Rollup보다 더 안전하다고 해도, ZK 정산 시스템 자체의 보안성, ZK 정산 시스템을 작성하는 언어의 보안성, 그리고 ZK 프로그래밍 언어를 기존 이더리움 언어로 컴파일하는 컴파일러의 보안성은 아직 시간이 지나야 검증될 수 있다.
또한 현재 Optimistic과 ZK 간 전환이 이미 매우 모듈화되어 있으므로, 사실상 쇼핑센터가 제공하는 서비스, 사용자 경험, 규모 효과 및 네트워크 효과가 더욱 중요할 수 있다.
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