Rollup, 대규모로 DePIN 유틸리티 채택을 위한 초석인가?
글: Arkreen
번역: 백화 블록체인
비트코인은 블록체인 기술의 혁신을 통해 탈중앙화 환경에서 합의를 달성하는 문제를 성공적으로 해결했다. 이후 엔지니어들은 확장성을 향상시키는 복잡한 과제에 착수하였으며, 이는 보안성, 탈중앙화, 확장성 사이에 내재된 갈등으로 인해 어려운 도전이었다. 이러한 딜레마는 일반적으로 '블록체인 트릴레마'라 불린다. 확장성 문제는 블록체인의 광범위한 적용을 가로막는 주요 장애물로 드러났다. 보안성과 탈중앙화라는 블록체인의 무결성에 필수적인 두 요소 사이에서 균형을 유지하는 것은 지속적인 도전이다. 이러한 미묘한 균형을 유지하지 못하면 블록체인은 중앙집중식 시스템과 유사해질 수 있다. 또한 낮은 확장성은 블록체인 사용 비용을 증가시킨다. 따라서 가능성에도 불구하고 블록체인의 대규모 적용은 최근 몇 년간 제약을 받아왔다.
1. 모듈화 블록체인이란?
최근 엔지니어들은 블록체인 트릴레마가 초래하는 도전에 대응하여 실현 가능한 해법을 찾았다. 바로 모듈화 블록체인이다. 이 혁신적인 접근 방식은 블록체인을 서로 다른 모듈과 계층으로 나누며, 각 계층이 특정 요구 사항을 전담하도록 구성한다. 일반적으로 보안성과 탈중앙화는 1단계(L1)에서 우선 고려되며, 확장성은 2단계(L2)에서 해결된다.
개념적으로 L1과 L2는 서로 연결되지만 독립적인 블록체인으로 볼 수 있다. L1은 L2의 보안성과 탈중앙화를 보장하며, 노드 상태는 L1에서 해결된다. L1은 주로 거래를 실행하고 상태를 저장하며, 본질적으로 핵심 역할을 수행한다. 주목할 점은 모든 L2 노드가 오프라인 상태일지라도 커뮤니티는 L1에 저장된 정보를 활용해 L2를 복구할 수 있어, 이러한 모듈화 블록체인 솔루션의 회복력을 강화한다는 것이다.
전형적인 모듈화 블록체인에서는 다음과 같은 핵심 모듈들이 기능을 주도한다:
1) 합의(Consensus): 이 모듈은 블록체인에 포함될 거래를 결정하고 그 순서를 정립하는 중요한 역할을 한다.
2) 실행(Execution): 거래를 실행하고 최종 상태를 얻는 것을 담당한다.
3) 결제(Settlement): 합의 상태를 결정한다. 이 모듈은 상태가 분기될 때 개입하여 해결을 촉진한다.
4) 데이터 가용성(DA, Data Availability): 거래 이력에 대한 커뮤니티 내 보편적 접근을 보장하며, 결제 프로세스와 블록체인 복구 작업에 중요하다.
2. Layer2(L2)란 무엇이며 왜 이더리움이 이를 필요로 하는가?
Layer2(L2)는 주요 블록체인(보통 1단계, 즉 L1) 위에 구축되는 프로토콜 및 솔루션을 의미하며, 확장성과 효율성을 높이는 데 목적이 있다. 선도적인 블록체인 플랫폼 중 하나인 이더리움은 확장성 한계와 높은 거래 수수료 문제를 해결하기 위해 L2 솔루션이 필요하다.
이더리움이 L2가 필요한 이유는 다음과 같다:
1) 과제 1: 거래 세부사항과 순서 명확화
이더리움 네트워크의 성장에 따라 거래량이 증가하며 혼잡과 더불어 수수료가 상승하였다. L2 솔루션은 주요 이더리움 체인 외부에서 거래를 처리함으로써 이 문제를 완화할 수 있다. 이후 이들 거래는 묶여 정기적으로 메인체인에 정산되며, 혼잡과 가스비를 줄이면서도 보안성은 유지된다.
2) 과제 2: 거래 실행 후 최신 상태를 전달하고 그 정확성을 검증할 방법 존재 여부
L2에서 거래를 실행한 후에는 이더리움이 최신 상태를 메인체인(Layer 1)으로 전달하는 메커니즘이 필요하다. 이는 일반적으로 암호화 증명 또는 커밋을 사용하여 상태 전환이 유효하고 검증 가능하도록 한다. 사기 증명(Fraud Proof)이나 zk-rollup과 같은 검증 메커니즘은 보안성을 저해하지 않으면서도 거래의 정확성을 확인하는 데 도움을 준다.
3) 과제 3: 크로스체인 호출을 촉진하기 위한 지정된 메커니즘 존재 여부
이더리움이 다른 블록체인 또는 L2 솔루션과 원활하게 상호작용하려면 크로스체인 호출을 촉진하기 위한 지정된 메커니즘이 필요하다. 브릿지나 크로스체인 통신 표준과 같은 상호 운용성 프로토콜은 자산과 데이터가 서로 다른 체인 사이에서 안전하고 효율적으로 이동할 수 있게 하며, 이더리움의 기능과 생태계를 확장한다.
결론적으로, L2 솔루션은 이더리움이 확장성 문제를 해결하고 거래 처리량을 늘리며 수수료를 낮추는 동시에 다른 블록체인과의 상호 운용성과 보안성을 유지하는 데 매우 중요하다.
3. Rollup이 어떻게 세 가지 과제를 수행하는지 살펴보기
Rollup은 L2로 알려져 있으며, 위의 세 가지 과제를 어떻게 수행하는지 살펴보자.
1) 과제 1: 데이터 가용성(DA)
먼저 L2 네트워크에 일정량의 ETH를 보내 가스 수수료를 지불하는 것으로 프로세스를 시작한다. 이를 L1→L2 브릿지를 통해 수행하며, '입금(deposit)'이라 부른다. 일반적으로 L2 네트워크는 L1 노드도 운영한다. 입금 거래가 포함된 L1 블록의 최종 승인이 완료될 때까지 기다리면 되며, 승인이 완료되면 입금은 안전하게 보관된다.
다음으로 거래를 L2 시퀀서에게 보낸다. L2 시퀀서 노드는 이러한 거래를 효율적으로 관리한다. 이를 표준 블록체인 프로세스로 간주하자. 시퀀서는 거래를 포함한 블록을 생성하고, 이를 실행하며 체인의 최신 상태를 유지한다. 일반적으로 2분마다 또는 충분한 수의 거래가 수집되었을 때, L2 시퀀서는 거래를 압축하여 안전하게 L1 체인에 제출한다. 이러한 전략적 접근은 L1이 L2 거래와 그 특정 순서를 완전히 인지하도록 보장한다. 과제 1을 완료한 후 이 전체 과정을 '데이터 가용성(DA)'이라 부른다.
2) 과제 2: 옵티미스틱(OP) 및 제로노울리지(ZK) Rollup
이제 L1과 L2 노드 모두 L2 시퀀서가 실행한 거래를 확인할 수 있다. 이 거래들은 크게 압축되어 calldata에만 저장되므로 최소한의 가스 비용이 발생한다. 다른 L2 노드들은 신뢰할 수 있는 출처로서 L1에서 DA(데이터 가용성) 데이터를 가져오는 것을 선호하며, L2 피어투피어 네트워크에 의존하지 않는다(비록 L2로부터 블록을 받긴 하지만 완전히 신뢰하지는 않는다). 일반적으로 예를 들어 매시간마다, L2 시퀀서 노드는 L2 상태의 머클 루트를 L1 Rollup 컨트랙트에 제출한다. 이 작업은 L1이 L2의 최신 상태와 동기화되도록 보장한다. 그러나 이 시점에서 L1은 해당 정보를 자동으로 신뢰하지 않는다. L2는 OP와 ZK 두 가지 방법을 사용하여 L1에게 정확성을 설득하는데, 이 세부 내용은 뒤에서 다룬다. 과제 2를 완료했으니 환호하자!
3) 과제 3: L2에서 인출(withdrawal)
L2에서 활동을 마치고 ETH를 L1으로 다시 인출하기로 결정하면, 이를 '인출'이라 한다. 다른 시나리오의 크로스체인 작업과 유사할 수 있으나, 핵심 차이점은 인출이 L2에서 시작된다는 점이며, 이로 인해 보안 메커니즘이 다른 크로스체인 작업과 다르다. L1 측에서는 인출 작업을 신중하게 처리해야 한다. 왜냐하면 L1 외부 세계에서 시작되기 때문에 이 작업을 시작하면 L1 거래(예: 토큰 이전)가 트리거되기 때문이다. 이 거래가 잘못 실행되면 L1 상태가 변경될 수 있다.
인출 과정은 다음 단계를 포함한다:
1) 다른 크로스체인 시나리오와 마찬가지로 L2에서 인출 거래를 시작한다.
2) 데이터 가용성(DA)과 상태를 포함하여 L1에 롤업될 때까지 기다린다. OP 또는 ZK 방법을 사용하여 상태의 정확성을 검증한다.
3) 다른 크로스체인 시나리오와 마찬가지로 L1에서 인출 거래를 실행한다.
4. OP와 ZK Rollup
OP와 ZK에 대해 깊이 파고들어 L2가 L1에 제출한 상태의 정확성을 어떻게 보장하는지 이해해보자. 이는 Rollup의 보안성 기반이다.
OP는 '낙관적(Optimistic)'을 의미한다. L1은 L2 시퀀서 노드가 정직하다고 낙관적으로 가정하지만 맹목적으로 신뢰하지는 않는다. 일반적으로 7일간의 '도전 창(challenge window)'을 설정한다. 이 도전 기간 내에 어떤 L2 노드라도 주장된 머클 루트의 정확성을 도전할 수 있다. 도전된 거래는 L1에서 재실행되며 시퀀서 노드와 도전자 노드 간의 정확성이 판단된다. 성공적인 도전은 시퀀서 노드의 벌칙과 함께 L1에서 도전자에게 담보된 자금이 지급된다. 상태는 올바른 값에 따라 조정되지만, 거래 목록이 아니라 상태 루트만 수정된다는 점에 주의해야 한다.
전형적인 설정에서 L2 DApp 운영자는 자체 L2 노드를 관리하며 잠재적 도전자에게 문을 연다. 도전자의 입장에서 보면 시퀀서 노드가 부정확한 정보를 제공할 경우, 성공적인 도전은 L1의 시퀀서 노드 담보금에서 상당한 보상을 얻을 수 있다. 따라서 잘못된 상태가 발생할 경우 도전을 시작하는 것이 중요하다. 반대로 시퀀서 노드 입장에서는 오류가 있는 상태 루트를 제출하면 도전이 불가피하며, 이는 벌칙과 L1에서 담보금 상실, 그리고 오류 상태 루트의 복원을 초래한다. 이를 통해 부정확한 상태 루트 제출을 방지하여 낙관적 솔루션의 안전한 작동을 보장한다.
그러나 OP 솔루션에는 단점이 있다. 7일간의 도전 창이 그것인데, 이는 공식 OP 브릿지를 통해 토큰을 L1으로 인출하려는 경우 L2에서 인출 작업을 시작한 후 7일을 기다려야 함을 의미한다. 다만 교환 가능한 토큰(예: ERC20 토큰) 인출 시에는 제3자 DApp을 사용해 최소 비용으로 이 과정을 가속화할 수 있다.
반면 ZK, 즉 제로노울리지(Zero-Knowledge)는 제로노울리지 증명이라는 암호 알고리즘에 의존한다. 시퀀서 노드는 L2에서 zk-EVM을 실행하며, 일련의 거래 적용 후 L2 상태가 초기 상태에서 최종 상태로 전환됨을 검증하는 ZK 증명을 생성한다. 이 증명은 L1 컨트랙트에서 검증 가능하며, L1이 상태 전환의 정확성을 신뢰할 수 있도록 보장한다. ZK 증명 생성은 도전적일 수 있으며 몇 시간이 소요될 수 있다. 그러나 검증 과정은 간단하며 EVM에서의 간단한 거래만 포함된다. OP와 비교해 ZK를 사용하는 인출 지연은 일반적으로 시간 단위이며 더 효율적인 선택지를 제공한다. 또한 더 강력한 컴퓨터를 사용하면 지연을 더욱 단축할 수 있다.
OP와 ZK를 면밀히 분석하면 둘 다 L1의 거래에서만 신뢰하고 L2의 어떠한 내용도 신뢰할 필요 없이 L1을 확장할 수 있음을 알 수 있다. L1과 L2로 구성된 Rollup 시스템을 고려할 때 보안성과 탈중앙화는 L1과 긴밀하게 맞춰지고, 확장성은 L1과 L2의 통합된 잠재력으로 확장된다. 여러 개의 L2를 동일한 L1에 롤업하면 확장성이 현저히 증대된다.
ZK-Rollup은 거래를 배치로 패키징하며, Chainlink
5. 대규모 채택을 위한 개척: DePIN 실용성에서 Rollup의 역할
일반적으로 Rollup을 활용하면 이더리움의 TPS가 수천에 이를 수 있다. 그러나 현재 병목은 데이터 가용성(DA)에 있다. L2 거래가 L1에 제출되기 전에 효과적으로 압축되지만, 거래량이 증가함에 따라 가스 비용도 상승한다. 또 다른 방법은 거래를 제3자 탈중앙화 스토리지 서비스에 제출하는 것으로, L1 블록에서 큰 가스 절감 효과를 얻을 수 있다. 이는 다른 솔루션들과 결합될 경우 거의 무한한 확장성을 제공할 수 있다. 그러나 이는 제3자 탈중앙화 스토리지 서비스가 시스템 보안에 미치는 영향을 고려해야 하므로 일정한 타협을 수반한다. 결론적으로 블록체인은 보안성과 탈중앙화를 유지하면서도 엄청난 확장성을 달성할 수 있다. 블록체인 트릴레마는 해결된 것이다. 이 돌파구는 대규모 채택의 가능성을 열었으며, 따라서 Rollup은 DePIN 실용성의 광범위한 채택을 위한 핵심 이정표가 된다.
DePIN(Decentralized Physical Infrastructure Networks, 탈중앙화 물리 인프라 네트워크)은 블록체인 보상을 활용해 물리 인프라 네트워크 발전을 촉진한다. Arkreen을 예로 들면, 블록체인 보상을 통해 개인이 청정 에너지 네트워크 구축에 기여하도록 유도한다. 이 경우 채굴자는 태양광 시스템을 설치하고 발전 데이터를 수집하여 Arkreen 네트워크에 제출한다. Arkreen 네트워크는 정직하고 가치 있는 데이터를 식별하고 선별하여 데이터에 따라 채굴자에게 토큰 보상을 제공한다. Arkreen 네트워크는 탈중앙화 방식으로 운영되며, 현재 12,000명 이상의 채굴자를 보유하고 있으며 곧 수백만 명으로 성장할 것으로 예상된다. 따라서 이 거대한 채굴자 집단을 수용하기 위해 고도로 확장 가능한 블록체인 인프라가 필요하다. 과거에는 이런 수준의 확장성을 기술적·경제적으로 실현하는 것이 도전적이었다. 그러나 모듈화 블록체인(Rollup 등)이 제공하는 확장성 덕분에 이제 가능해졌다.
모듈화 블록체인(Rollup 등) 위에서 구축된 DePIN 프로젝트는 최소 비용으로 고도의 확장성을 달성하면서도 이더리움과 같은 기반 블록체인의 보안성과 탈중앙화 혜택을 누릴 수 있다. DePIN 프로젝트가 발행하는 토큰은 RWA(Real World Assets, 현실 세계 자산)라 불리며, 그 가치는 실제 자산에서 비롯된다. 이 체인상 유동성을 갖춘 자산은 채굴자에게 자금을 제공하며, 이들을 유인해 DePIN 네트워크 성장에 기여하게 하고, 가치 순환 고리를 창출한다. 여러 DePIN 프로젝트는 현실 세계에서 협력하며 체인상에서 DePIN 생태계를 형성하고, DePIN의 가치를 추가로 증가시킨다. 현실 세계에서의 다수 DePIN 프로젝트 간 협력은 체인상 DePIN 생태계를 구축함으로써 전체 가치를 강화한다. 이러한 협력 방식은 블록체인이 현실 경제에 봉사하게 하며, 블록체인 분야의 새로운 성장을 촉진한다.
6. 요약
모듈화 블록체인(Rollup 등)은 블록체인 트릴레마를 효과적으로 해결하며 확장성을 향상시키고 광범위한 채택의 길을 열었다. DePIN 프로젝트 맥락에서 고성능과 비용 효율적인 블록체인 서비스에 대한 수요는 모듈화 블록체인에서 적절한 해답을 찾았다. 모듈화 블록체인의 지원 아래 DePIN 프로젝트는 거대한 가치를 얻을 것으로 기대된다.
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