칸쿤 업그레이드를 앞두고 어떤 L2들이 대응했을까?
글: Maggie@Foresight Ventures
TL;DR
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칸쿤 업그레이드는 2024년 3월 13일에 출시되며, EIP4844가 곧 도입될 예정이다. Danksharding은 이더리움 로드맵의 핵심이며, 이번 업그레이는 Danksharding 실현을 위한 첫 번째 단계다.
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이더리움 L2가 EIP4844를 채택한 후 거래 수수료가 크게 감소하고, L2의 TPS가 배 이상 증가한다. 사용자들은 거래 속도가 빨라지고 비용이 줄어들며, 더 원활하고 반응이 빠른 경험을 하게 될 것이다. 이러한 L2 위에는 보다 복잡하고 대규모인 Dapp 애플리케이션이 등장할 수 있다.
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Optimistic rollup이 EIP4844를 채택하는 것은 상대적으로 간단하지만, ZK rollup은 더 복잡하다. 이더리움이 BLS12-381 타원 곡선에 대한 사전 컴파일된 계약을 제공하지 않아 일부 ZKP 검증이 어렵고, 이로 인해 ZK rollup의 EIP4844 채택이 지연되고 있다.
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타원 곡선 문제는 두 가지 방법으로 해결 가능하다. 1. 이더리움이 BLS12-381 타원 곡선에 대해 사전 컴파일을 지원할 때까지 기다린다. 2. 동일한 목적을 달성하기 위해 다른 증명 방식을 사용하며, 이더리움에서 사전 컴파일을 지원하는 BN254를 활용한다.
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현재 Arbitrum, Optimism, Starknet, zkSync, Scroll, Polygon zkEVM 및 신규 L2 Morph 모두 EIP4844 채택을 진행 중이다. 이 중 Arbitrum, Optimism 및 Starknet은 칸쿤 업그레이드 후 EIP4844 채택을 시행하겠다고 밝혔다. Morph는 혁신적인 zkSNARK zkEVM 적합 방안을 가장 먼저 발표했으며, 이는 EIP4844에 최초로 적합된 zkSNARK zkEVM이 될 것이다.
1. 배경
2020년 이더리움이 발표한 'Rollup 중심의 이더리움 로드맵'과 그 다음 해 Vitalik이 'Endgame'에서 묘사한 이더리움의 궁극적 비전은 이더리움의 큰 방향성을 확정했다. 즉, 이더리움 베이스 레이어 인프라를 최적화하여 Rollup에 서비스를 제공한다는 것.
이더리움은 데이터 가용성 레이어로서의 가용성을 향상시키기 위해 Danksharding이라는 샤딩 기술을 설계했다. 이를 통해 L2의 거래 수수료를 크게 낮추고 Rollup의 TPS를 향상시켜 이더리움의 대규모 확장을 실현할 수 있다.
올해에 들어 마침내 이더리움 칸쿤-데네브(Dencun) 업그레이드가 2024년 3월 13일 출시되었으며, EIP4844가 곧 도입된다. 이번 하드포크는 Danksharding 실현을 위한 첫 걸음이자 이더리움 로드맵에서 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있다.
2. 칸쿤 업그레이드가 어떻게 L2에 긍정적인 영향을 미치나?
EIP4844는 blob-carrying 거래라고 불리는 새로운 유형의 트랜잭션을 도입한다. 각 blob-carrying 트랜잭션은 하나 이상의 Blob 목록을 '운반'할 수 있다. Blob은 약 125KB 크기의 데이터 패키지이며, 저장 기간은 4096개의 epoch, 즉 약 18일 이상이다.
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L2 거래 수수료가 크게 감소한다. Blob은 영구 저장이 필요 없고, 블록 공간보다 크고 저렴하다. 동일한 가스 소비로 Calldata보다 10배 많은 데이터를 저장할 수 있다. EIP4844를 채택한 Rollup은 거래 데이터를 Blob에 저장함으로써 거래 수수료를 한 자릿수 수준으로 낮출 수 있다.
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L2의 TPS가 배 이상 증가한다. 현재 각 블록은 평균 3개의 Blob을 목표로 하며, 최대 6개까지 허용된다. 블록 자체는 90KB지만, 각 Blob은 약 125KB이다. Blob 도입은 롤업 데이터 저장을 위해 블록에 몇 배 더 많은 여유 공간을 추가하는 효과를 가져오므로, 롤업의 TPS도 배 이상 증가하게 된다. 또한 Toni와 Vitalik이 작성한 'On Increasing the Block Gas Limit'에서는 블록 가스 리밋을 늘리고, non-zero Calldata 바이트의 가격을 조정해 더 작고 변동성이 적은 블록 크기를 실현함으로써, 향후 더 많은 Blob을 추가할 수 있다고 언급했다. Blob이 많을수록 저장 공간도 커진다.
최종 사용자 입장에서 보면, 이더리움 L2가 EIP4844를 채택하면 거래 속도가 빨라지고 비용이 줄어들며, 사용 경험이 더 매끄럽고 반응이 민감해진다. 이러한 L2 위에는 보다 복잡하고 대규모인 Dapp 애플리케이션이 등장할 수 있다.
3. L2는 어떻게 EIP4844를 채택하나?
L2는 어떻게 EIP4844를 채택할까? 우리는 이를 Optimistic Rollup과 ZK Rollup으로 나누어 살펴볼 필요가 있다.
Optimistic Rollups의 EIP4844 채택
Optimistic rollup은 부정 증명(Fraud Proof)을 통해 rollup 실행의 정확성을 보장한다. 즉 노드는 상태 전환이 올바르다고 우선 가정하며, 정해진 기간 내에 누군가 부정 증명을 제출해 이전 제출된 상태 전환이 불법임을 입증할 경우, 해당 상태 전환은 취소된다.
Optimistic Rollup의 EIP4844 채택은 ZK rollup에 비해 상대적으로 간단하다. L2의 거래들을 Blob-carrying 트랜잭션을 통해 L1에 제출하는 것으로 채택이 완료된다. 추가로 부정 증명을 EIP4844에 맞게 조정해야 하지만, 이 작업은 서서히 진행해도 무방하다. 사실 많은 optimistic rollup들이 아직까지 부정 증명을 도입하지 않았으며, 이미 도입한 경우에도 2년 넘도록 부정 증명이 제출된 사례가 없다.
L2 거래 제출: Rollup 제출 시 Blob-carrying 트랜잭션을 사용해 Rollup 데이터를 Blob에 저장한다. Blob-carrying 트랜잭션의 페이로드는 rlp([tx_payload_body, blobs, commitments, proofs]) 형태이며, 여기서
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tx_payload_body - 표준 EIP-2718 blob 트랜잭션의 TransactionPayloadBody.
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blobs - Blob 목록. 하나의 트랜잭션은 최대 두 개의 blob을 포함할 수 있다.
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commitments - Blob의 KZG 커밋 목록.
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proofs - Blob과 해당 KZG 커밋의 증명 목록. 이 증명은 ETH 노드에 의해 검증된다.
부정 증명 조정:
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먼저, 증명자와 도전자 사이의 다단계 상호작용 등을 통해 논쟁 포인트를 찾아낸다.
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그런 다음 논쟁 포인트를 L1에 제출하여 판별을 받는다. EIP4844를 채택하면, 해당 논쟁 포인트의 데이터가 특정 Blob에 저장되어 있음을 추가로 증명해야 할 수도 있다.
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Blob 데이터는 약 18일 후 삭제되므로, 도전 기간은 삭제되기 전에 끝나야 한다. 현재 대부분의 optimistic rollup은 이를 만족하고 있으며, 일반적으로 도전 기간은 7일 이내다.
ZK Rollups의 EIP4844 채택
ZK rollup은 ZKP를 통해 L2 상태 전환이 올바름을 증명한다. ZK rollup의 EIP4844 채택은 optimistic rollup에 비해 더 복잡하다.
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L2 거래 제출: 이 단계는 Optimistic Rollup과 유사하다.
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ZK 증명 제출: 기존 ZK Rollup과 비교해 상태 전환에 대한 ZKP 증명 외에 추가로 하나의 과정을 증명해야 한다. 즉, blob 커밋과 transaction batch가 일치함을 증명하여, 상태 전환 증명의 입력이 올바르다는 것을 보장해야 한다.
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예를 들면, 상태 전환의 ZK 회로는 a + a = b라는 계산 증명을 생성할 수 있다. (a=1,b=2)일 때와 (a=2,b=4)일 때 생성되는 ZKP 모두 유효하다. 따라서 내가 제공한 입력값이 (a=2,b=4)가 아니라 (a=1,b=2)였음을 증명하는 추가 증명이 필요하다.
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이러한 증명은 EIP4844 도입 전에는 필요 없었다. 왜냐하면 데이터가 Calldata에 직접 저장되어 있어 입력값이 조작되지 않음을 보장할 수 있었기 때문이다. 그러나 EIP4844를 사용하면 Blob 데이터를 직접 읽을 수 없으므로, 새로운 회로를 통해 이를 증명해야 한다.
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STARK를 사용하는 ZK rollup(예: Starknet)은 이러한 증명 메커니즘을 구현하기가 더 쉽다. 반면 SNARK를 사용하는 ZK rollup은 어려움을 겪는데, 이유는 다음과 같다. EIP4844의 blob 커밋에 사용되는 타원 곡선은 BLS12-381이지만, ETH의 사전 컴파일된 계약은 BN254만 지원한다. 곡선이 다르기 때문에 스마트 계약 내에서 blob 커밋을 직접 검증하고 증명을 완성하는 것이 어렵다.
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SNARK 기반 zkEVM/zkVM은 위 2번에서 언급된 곡선 불일치로 인해 ZK 증명 생성이 불가능한 문제를 해결해야 한다.
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이더리움이 BLS12-381에 대한 사전 컴파일 계약을 지원할 때까지 기다린다. 그러나 이는 오랜 시간이 걸릴 수 있다.
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다른 증명 방식을 채택한다. 새로운 회로를 설계해야 하며, 사전 컴파일 계약이 지원하는 BN254 타원 곡선을 사용해야 한다. 현재 Morph가 이 방법을 채택한 것으로 알려져 있다. 이로 인해 Morph는 EIP4844 채택을 완료한 최초의 zkEVM이 되었다.
Morph의 EIP-4844 zkEVM 통합 솔루션은 다음을 참조하세요: 링크
4. 어떤 L2들이 EIP4844를 채택했는가?
Optimistic rollup 중 Optimism과 Arbitrum은 EIP-4844 채택을 추진 중이며, 커뮤니티와 긴밀히 협력해 필요한 업데이트를 테스트하고 배포할 계획이다. Arbitrum은 Stage 1의 Rollup에 속해 보안성이 상대적으로 우수하다. 다만 EIP4844에 맞춰 부정 증명을 조정해야 하는 문제가 있다. Optimistic rollup은 Stage 0 Rollup에 속해 현재 부정 증명이 없어 채택이 더 쉬우나, 보안성이 낮은 편이다.
ZK rollup 중 STARK와 SNARK를 사용하는 rollup의 채택 난이도는 다르다. STARK 기반 rollup은 EIP4844 채택이 더 간단하며, 대표적인 예가 Starknet이다. Starknet은 칸쿤 업그레이드 이후 EIP4844 채택을 시행하겠다고 공식 발표했다. SNARK 기반 rollup인 zkSync도 blob을 운반하는 트랜잭션을 활용해 비용을 추가로 절감하고 성능을 향상시키는 방안을 모색 중이다. Scroll 역시 작년에 EIP4844 채택 방안에 대한 글을 게재한 바 있다.
가장 주목할 만한 것은 Morph이다. 이는 Optimistic ZK Rollup으로, zkEVM이 EIP4844에 적합하는 방안을 가장 먼저 발표했다.말하자면 EIP4844 채택을 완료한 최초의 zkEVM Rollup이라 할 수 있다.
Optimistic ZK Rollup은 두 종류의 Rollup 장점을 결합한다. Sequencer가 제출한 실행 결과를 우선 신뢰하되, 의문을 제기하는 사람이 도전을 시작할 수 있도록 허용한다. 도전이 발생할 경우에만 증명자가 ZKP를 생성해 실행 결과의 정확성을 입증한다. 즉, Optimistic rollup의 효율성과 함께 ZK rollup의 ZK 증명이 가진 신뢰성을 동시에 갖춘다.
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