B²Network 메커니즘 심층 분석: ZK+BitVM의 도전이 비트코인 레이어2의 새로운 기준이 될 수 있을까?
글: Haotian
이더리움은 Plasma에서 Validium을 거쳐 주류 Rollup에 이르기까지, 비트코인은 사이드체인에서 상태 채널로 나아가 클라이언트 검증에 이르기까지, 본질적으로 Layer2는 보안성, 확장성, 탈중앙화 간의 균형(Tradeoff)를 맞추는 방안을 끊임없이 모색하고 있습니다.
이러한 맥락에서 최근 화제가 되고 있는 @BsquaredNetwork의 기술 설계와 ZK-Rollup을 비교하여 DA 구현 방식, 상호 운용성, 보안상의 과제 등 다양한 기술적 측면에서 비트코인 Layer2의 차별성과 복잡성을 분석해보고자 합니다.
보다 명확한 비교를 위해 다음과 같은 대응 관계를 먼저 개략적으로 설정할 수 있습니다:
ETH Plasma = BTC 상태 채널; ETH Validium = BTC 사이드체인; ETH Rollup = BTC 클라이언트 검증.
즉, 이더리움의 Plasma는 비트코인 생태계의 Lightning Network에 대응되며, 비트코인의 보안성을 활용하지만 현재 HTLC 계약은 소액 결제(Payment) 용도에 한정되어 있습니다. 이더리움의 Validium은 비트코인의 사이드체인과 유사하며 확장성이 뛰어나지만 독립된 합의 메커니즘으로 인해 주류에서 인정받지 못하고 있습니다. 반면 이더리움의 Rollup은 비트코인의 클라이언트 검증과 대응되며, 보안성, 확장성, 탈중앙화 세 가지 요소를 종합적으로 조율하는 점에서 균형을 잡았다는 평가를 받으며 주류 트렌드로 자리매김했습니다.
이더리움 ZK-Rollup의 접근 방식을 따르면, 비트코인 클라이언트 검증을 출발점으로 삼아 비트코인 Layer2 Rollup 솔루션은 어떻게 구성될 수 있을까요? @BsquaredNetwork 사례를 중심으로 살펴보겠습니다.
1) 클라이언트 검증 부분:
완전한 이더리움 ZK-Rollup 시스템에서는 체외 환경에서 Sequencer가 거래를 수집 및 배치 처리한 후 ZK SNARK 증명과 Merkle 트리를 생성하여 이를 메인넷 Calldata에 패키징하여 전송합니다. 이후 Prover 시스템을 통해 ZK SNARK 증명을 검증하고 최종 State diff를 메인넷에 업로드하게 됩니다. 메인넷은 State root와 Calldata 내 블록 데이터를 기반으로 데이터의 무결성과 일관성을 검증하여 최종적으로 Finality 상태를 확정합니다.
Bsquare의 클라이언트 검증 구성은 크게 Rollup layer와 DA layer로 나뉘며, Rollup layer의 작업 흐름은 다음과 같습니다. Sequencer가 거래를 수집하고 배치 처리한 후, 이를 탈중앙화 저장소에 먼저 백업합니다. 이후 zkEVM을 통해 증명을 생성하고, 동시에 거래 Raw data, Merkle 트리, Bitcoin state 등의 데이터를 Aggregator가 통합한 Proof 형태로 만들어 DA layer의 B²nodes에 전달합니다.
여기서 두 가지 차이점이 존재합니다. 첫째, 비트코인은 TXs 원본 데이터를 탈중앙화 저장소에 반드시 동기화해야 하지만, ZK-Rollup은 로컬 환경 저장을 기본으로 합니다. 둘째, 이더리움은 데이터를 바로 메인넷 Calldata에 전송할 수 있지만, 비트코인 메인넷은 저장 용량이 제한되어 있고 검증 기능이 부족하기 때문에 Bsquare는 이러한 데이터를 클라이언트 환경의 B²nodes에 동기화합니다.
2) 데이터 가용성(DA) 부분
이더리움 시스템에서는 메인넷이 Rollup 체인에 대해 DA(데이터 가용성) 기능을 제공하며, Rollup이 데이터를 Calldata에 기록하는 목적 역시 메인넷의 DA 검증 능력을 활용하기 위해서입니다. 반면 비트코인 메인넷은 자체적인 검증 기능이 없으므로, DA 기능은 클라이언트 환경에서 구성된 DA layer가 담당하게 됩니다.
DA layer의 B²nodes는 Rollup 데이터를 수신한 후 회로 컴파일(circuit compilation)을 수행하고, 데이터를 압축하여 Inscription(각인) 형태로 비트코인 메인넷에 기록합니다. 동시에 B²nodes는 Prover 시스템을 운영하여 ZK 증명을 탈중앙화 방식으로 검증하고, 그 결과로 비트코인 커밋먼트(Bitcoin Commitment)를 생성합니다. 이 커밋먼트는 Rollup 데이터와 함께 각인(Inscription) 프로세스를 통해 메인넷에 영구 기록됩니다.
여기서 두 가지 의문이 제기될 수 있습니다.
첫째, 왜 Celestia와 같은 제3자 DA 솔루션이 아닌 자체 DA layer를 구축하는가? 이는 비트코인 생태계의 특수성 때문입니다. B²node는 비트코인 메인넷에 각인된 Inscription을 탈중앙화 방식으로 파싱하고 인덱싱하기 위한 indexer를 필요로 하며, 생성된 ZK Proof는 커밋먼트 형태로 메인넷에 기록되어야 합니다. 또한 각인 시에는 데이터를 Circuit 회로를 통해 미리 컴파일하여 압축함으로써 메인넷 저장 공간 사용을 최소화해야 합니다.
둘째, DA 기능이 메인넷이 아닌 클라이언트에서 제공되는 것인데, 왜 굳이 모든 Rollup 데이터를 각인 형태로 메인넷에 기록하는가? 이는 메인넷에 위변조 불가능한 거래 기록을 남겨두어 추후 Challenge(도전) 과정에 대한 기반을 마련하기 위해서입니다.
3) Challenge(도전) 메커니즘
ZK-Rollup에서는 메인넷의 Rollup 스마트계약이 Calldata의 패키징 데이터와 Prover가 업로드한 State diff를 기반으로 재검증함으로써 거래의 무결성과 일관성을 보장합니다. 이는 메인넷이 자체 검증 능력을 갖추고 있으며 ZK 기술의 장점을 활용할 수 있기 때문입니다.
그러나 비트코인 Rollup 환경에서는 메인넷이 검증 기능을 갖추지 못했기 때문에 ZK 기술의 본질적 가치는 SNARKs를 통한 데이터 압축과 일관성 유지에 국한됩니다. 만약 체외 환경의 Sequencer가 거래 수집 단계부터 데이터를 조작한다면, 전체 체인의 데이터는 모두 잘못된 것이 되며, Finality 상태 확인도 조작된 데이터를 거부할 수 없습니다. 따라서 이런 '조작' 행위에 대응할 수 있는 도전 메커니즘이 필요합니다.
그러면 어떻게 해야 할까요? 제가 이전에 작성한 BitVM 관련 글을 참고하시면 아시겠지만, BitVM은 비트코인을 이론적으로 튜링 완전(Turing-complete) 컴퓨팅이 가능한 시스템으로 만드는 가설적 방안입니다. 다만 Taproot Tree를 통해 TXs를 메인넷에 전송하는 방식이 과도한 마이닝 수수료를 요구해 실용성이 낮습니다. 그러나 BitVM의 구현 로직을 도전 메커니즘 설계에 응용한다면 이야기가 달라집니다.
Challenge 메커니즘은 메인넷 UTXO에 BTC를 예치(lock-up)한 상태로 시작되며, 사용자가 BitVM 형식으로 Layer2 체인에 도전을 제기하면 해당 예치 자산을 가져갈 수 있습니다. 비트코인 메인넷에 각인된 Inscription 데이터와 공개된 B²nodes의 Raw data, Merkle 트리, Commitment 커밋 등은 사용자의 도전을 뒷받침하는 증거 자료가 됩니다. 만약 도전 결과, B²nodes의 데이터와 메인넷에 기록된 Inscription 간에 불일치가 입증된다면, 해당 노드는 메인넷 UTXO에 예치된 자산을 잃게 되며, 거래 롤백과 함께 인덱서 및 역사적 데이터를 재갱신해야 합니다.
이상과 같이, 비트코인 생태계의 Layer2 Rollup 솔루션은 상당한 기술적 복잡성과 고유의 특수성을 지니고 있음을 알 수 있습니다.
예를 들어, 클라이언트 검증 단계에서는 Sequencer가 생성한 모든 데이터를 탈중앙화 저장소에 반드시 보존하여 추적 가능성을 확보해야 하고,
또한 DA 단계에서는 체외 환경에 탈중앙화된 데이터 검증 시스템을 구축하고, 커밋먼트와 각인을 통해 데이터 일관성을 보장해야 하며,
심지어 ZK 기술을 사용하더라도 공개적이고 투명한 도전 메커니즘이 추가로 필요합니다. 결국 이 모든 과정은 탈중앙화, 보안성, 확장성이라는 세 가지 상충되는 목표 사이에서 균형 잡힌 해결책을 찾아내는 것입니다. 지금까지의 탐색을 통해 드러난 초기적 해답은 명확합니다. 비트코인 메인넷이 자체적으로 검증이나 DA를 제공할 수 없다면, 제한된 DA를 각인을 통해 메인넷에 기록하고, BitVM 회로 기반의 튜링 완전 도전 시스템을 결합함으로써 Rollup 체인의 투명성과 보안성을 실현하는 것입니다. 즉, ZK 기술과 BitVM 도전 시스템을 활용해 비트코인이 결여한 DA 및 검증 능력을 보완하는 방식입니다.
이더리움 Rollup도 Rollup 스마트계약이 다중 서명(Multi-sig)을 통해 업데이트 가능한 governance 리스크를 안고 있어 100% 보안을 보장하지는 못합니다. 하지만 사람들은 상대적으로 투명하고 공개된 계약 상호작용 메커니즘을 신뢰하는 것입니다. 그렇다면 지금 비트코인의 절대적 합의 보안에 도달하지 못하더라도, BitVM 기반의 투명하고 공개된 도전 메커니즘이 제시된다면, 비록 기술적 구현이 훨씬 복잡하고 논리적이라 할지라도 충분히 수용 가능합니다. 결국 비트코인 Layer2가 ZK 기술 + 클라이언트 검증 + DA 각인 + BitVM 도전 메커니즘을 하나의 패러다임으로 정착시키고 시장의 인정을 받게 된다면, 이것이 새로운 세대의 비트코인 Layer2 Rollup 표준이 될 수 있을까요?
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Haotian | CryptoInsight
