Vitalik이 말하는 L2와 실행 샤딩: 어떤 차이와 과제가 있을까?
글: Vitalik Buterin
번역: Peng Sun, Foresight News
2년 반 전, 나는 「엔드게임(Endgame)」이라는 글에서 블록체인의 미래 확장 경로들이 기술적으로 매우 유사해 보일 수 있다고 언급했다. 두 경우 모두 체인 상에 다수의 거래가 존재하며, 이를 처리하기 위해서는 (1) 방대한 계산량과 (2) 방대한 데이터 대역폭이 필요하다. 내 컴퓨터에 현재 실행 중인 2TB reth 아카이브 노드와 같은 일반적인 이더리움 노드는 강력한 소프트웨어 엔지니어링 성능과 버클 트리(Verkle tree)를 갖추고 있더라도 방대한 데이터와 계산량을 직접 검증하기에는 부족하다. 그 대신, 「L1 샤딩」과 롤업 중심 구조라는 두 가지 접근법 모두에서 ZK-SNARK를 사용해 계산을 검증하고, DAS를 사용해 데이터 가용성을 검증한다. L2 샤딩이든 롤업이든 DAS는 동일하며, ZK-SNARK 기술도 같다. 이들은 스마트 계약 코드이자 프로토콜의 기능이기도 하다. 기술적 의미에서 진정으로 말하면, 이더리움은 이미 샤딩되고 있으며, 롤업 자체가 바로 샤딩이다.
이러한 사실은 자연스럽게 하나의 질문을 제기한다. 두 방식 사이에는 어떤 차이가 있는가? 한 가지 차이는 코드 버그로 인한 결과의 차이다. 롤업에서는 토큰이 도난당할 수 있지만, 샤딩에서는 합의 자체가 붕괴될 수 있다. 그러나 나는 프로토콜이 안정화되고 형식적 검증(formal verification) 기술이 개선됨에 따라 코드 결함의 영향이 점점 줄어들 것으로 예상한다. 그렇다면 장기적으로 지속 가능한 이 두 방안 사이에는 또 다른 어떤 차이점이 있을까?
실행 환경의 다양성
2019년, 우리는 이더리움 커뮤니티에서 실행 환경(Eth Execution Environment)이라는 개념을 간단히 논의한 바 있다. 본질적으로, 이더리움은 계정(UTXO처럼 완전히 다른 방식 포함), 가상 머신의 작동 방식 및 기타 기능에 대해 서로 다른 규칙을 적용하는 여러 개의 '존(zones)'을 갖게 될 것이다. 이를 통해 스택의 각 부분에서 다양한 접근법을 실현할 수 있으나, 이더리움이 모든 기능을 하나의 통합된 시스템으로 구현하려 할 때는 이러한 다양성이 어렵다.
결국 우리는 더 야심 찬 계획 일부를 포기하고 EVM만 유지하기로 결정했다. 그러나 이더리움 L2(롤업, 발디움, 플라즈마 등 포함)는 결국 실행 환경의 역할을 수행한다고 볼 수 있다. 현재 우리는 주로 EVM과 호환되는 L2에 집중하지만, 다른 접근법들이 제공하는 다양성은 종종 간과된다:
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Arbitrum Stylus: EVM 외부에 WASM 기반의 두 번째 VM을 추가;
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Fuel: 비트코인과 유사하지만 더 풍부한 기능을 갖춘 UTXO 기반 아키텍처 사용;
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Aztec: ZK-SNARK 기반의 프라이버시 보호 스마트 계약 설계를 위한 새로운 언어 및 프로그래밍 패러다임 도입.
UTXO 기반 아키텍처, 출처: Fuel 문서
우리는 EVM을 모든 가능성을 포괄하는 초(超) 가상머신으로 만들 수 있을지도 모르지만, 그렇게 되면 각각의 기능 효율성이 크게 저하될 것이며, 각 플랫폼이 자신만의 전문 분야에 집중하는 것이 훨씬 낫다.
보안의 타협: 확장성과 거래 속도
이더리움 L1은 매우 강력한 보안을 제공한다. L1에서 최종적으로 확정된 블록에 특정 데이터가 포함되어 있다면, 전체 합의 메커니즘(극단적인 경우 사회적 합의까지 포함)은 해당 데이터가 변경되지 않도록, 그리고 그 데이터로 인해 발생한 어떠한 실행도 되돌아가지 않고 계속해서 접근 가능하도록 노력한다. 이러한 보안을 보장하기 위해 이더리움 L1은 높은 비용을 감수한다. 본고 작성 시점에서 거래 수수료는 비교적 낮다. 레이어2에서는 거래당 1센트 미만을 청구하며, L1에서도 기본 ETH 전송은 1달러 미만이다. 기술 발전이 충분히 빠르고, 이용 가능한 블록 공간 증가가 수요 증가를 따라잡는다면 앞으로도 수수료는 낮게 유지될 수도 있지만, 반드시 그렇다고 단정할 수 없다. 많은 비금융 애플리케이션(예: 소셜미디어 또는 게임)에게는 여전히 거래당 0.01달러조차도 너무 비싼 수준이다.
하지만 소셜미디어와 게임은 L1과 동일한 보안 모델을 필요로 하지 않는다. 누군가 백만 달러를 들여 체스에서 진 기록을 취소하거나, 자신의 트윗이 실제로 게시된 지 사흘 후에 올라온 것처럼 보이게 만든다고 해도 큰 문제가 되지 않는다. 따라서 이러한 애플리케이션은 동일한 보안 비용을 지불할 필요가 없다. L2 솔루션은 롤업, 플라즈마, 발리디엄(validium)에 이르는 다양한 데이터 가용성 방법을 지원함으로써 이를 실현한다.
다양한 L2 유형은 서로 다른 용도에 적합하다. 자세한 내용은 추가로 참고하시기 바란다.
또 다른 타협은 L2에서 L2로의 자산 이전 문제에서 비롯된다. 나는 앞으로 5~10년 내 모든 롤업이 ZK 롤업이 될 것으로 예상하며, Binius와 lookups를 활용한 Circle STARKs와 같은 초고효율 증명 시스템, 그리고 증명 집계 레이어 덕분에 각 슬롯(slot)마다 최종 상태 루트를 제공하는 것이 가능해질 것으로 본다. 하지만 현재로서는 복잡하게 혼합된 옵티미스틱 롤업과 ZK 롤업을 사용해야 하며, 서로 다른 증명 시간 윈도우를 활용해야 한다. 우리가 2021년에 실행 샤딩을 구현했다면, 샤드의 정직성을 유지하는 보안 모델은 ZK가 아닌 옵티미스틱 롤업이 되었을 것이며, 따라서 L1은 체인 상에서 복잡한 사기 증명 로직을 관리해야 하고, 샤드 간 자산 이전을 위해 일주일 이상의 인출 대기 시간이 필요했을 것이다. 그러나 코드 버그와 마찬가지로, 나는 이 문제 역시 일시적인 것이라고 생각한다.
거래 속도는 보안 타협의 세 번째 측면이며, 더 오래 지속될 수 있는 측면이다. 이더리움은 12초마다 블록을 생성하며, 더 빠르게 생성하면 중앙집중화 위험이 커진다. 그러나 많은 L2는 블록 생성 시간을 수백 밀리초로 줄이는 것을 실험하고 있다. 12초는 나쁘지 않다. 사용자가 거래를 제출한 후 평균 약 6~7초 정도 기다리면 블록에 포함된다(다음 블록이 즉시 포함하지 않을 수 있기 때문에 정확히 6초보다는 길다). 이것은 내가 신용카드로 결제할 때 기다리는 시간과 비슷하다. 그러나 많은 애플리케이션이 더 빠른 속도를 요구하며, L2는 이를 충족시킬 수 있다.
속도를 높이기 위해 L2는 사전 승인(preconfirmation) 메커니즘을 갖는다. L2 자체의 검증자는 디지털 서명을 통해 특정 시간 내에 거래를 포함하겠다고 약속하며, 만약 거래가 포함되지 않으면 처벌받는다. StakeSure 메커니즘은 이러한 방식을 더욱 일반화한다.
L2 사전 승인
이제 우리는 L1에서 이러한 모든 기능을 구현하려 시도할 수 있다. L1은 「빠른 사전 승인」과 「느린 최종 승인」 시스템을 포함할 수 있다. 서로 다른 보안 수준을 가진 다양한 샤드를 포함할 수도 있다. 그러나 이는 프로토콜의 복잡성을 증가시킨다. 또한, 모든 작업을 L1에서 수행하면 합의 과부하의 위험이 있으며, 더 큰 규모 또는 더 높은 처리량을 요구하는 방법들은 중심화 위험이 크거나 더 강력한 「거버넌스」 형태를 필요로 하므로, L1에서 구현될 경우 이러한 요건의 영향이 프로토콜의 다른 부분에도 파급된다. L2를 통해 타협점을 제공함으로써 이더리움은 이러한 위험 대부분을 피할 수 있다.
조직과 문화 측면에서의 L2의 이점
한 나라가 두 개로 나뉘었다고 상상해보자. 절반은 자본주의 국가가 되고, 나머지 절반은 정부의 고도로 통제된 국가가 된다(실제로 북한이나 동서독처럼 외상적인 전쟁의 결과가 아니라, 이 사고 실험에서는 어느 날 갑자기 국경이 생겨났다고 가정하자). 자본주의 지역에서는 식당들이 각각 분산된 소유권, 블록체인, 선거권으로 구성된다. 정부 주도 지역에서는 모두 경찰서처럼 정부 산하 기관이다. 첫날에는 큰 변화가 없을 것이다. 사람들은 기존의 습관을 따르며, 무엇이 작동하고 무엇이 그렇지 않은지는 노동 기술과 인프라 같은 기술적 현실에 따라 결정될 것이다. 그러나 1년 후에는 극적인 변화를 목격하게 될 것이다. 서로 다른 인센티브와 통제 구조는 행동 양식에 큰 변화를 가져오며, 사람들이 어디에 머무르고 떠나는지, 무엇이 건설되고 유지되며 무엇이 방치되는지를 결정할 것이다.
산업 조직 이론은 이러한 차이점들을 깊이 있게 설명한다. 정부 운영 경제와 자본주의 경제의 차이뿐만 아니라, 대규모 프랜차이즈 기업이 주도하는 경제와 각 슈퍼마켓이 독립된 기업가에 의해 운영되는 경제의 차이도 다룬다. 나는 L1 중심 생태계와 L2 중심 생태계 사이의 차이도 이와 유사하다고 생각한다.
「핵심 개발자들이 모든 것을 관리하는」 아키텍처는 심각한 문제를 안고 있다
나는 이더리움이 L2 중심 생태계로서 다음의 주요 이점을 갖고 있다고 본다:
이더리움은 L2 중심 생태계이기 때문에, 자신만의 독특한 기능을 가진 하위 생태계를 자유롭게 독립적으로 구축하면서도 동시에 더 큰 이더리움의 일부가 될 수 있다.
이더리움 클라이언트를 개발하는 것은 물론 이더리움의 일부이지만, 혁신의 여지는 L2만큼 크지 않다. 반면, 완전히 독립된 체인을 구축한다면 창조의 자유는 매우 크겠지만, 공유 보안과 네트워크 효과 같은 이점을 잃게 된다. L2는 좋은 균형점을 제공한다.
이것은 새로운 실행 환경과 보안 타협을 시험해볼 수 있는 기술적 기회를 제공할 뿐 아니라, 확장성, 유연성, 속도를 실현할 수 있을 뿐 아니라, 개발자들이 구축하고 유지하도록 유도하며 커뮤니티가 지지하도록 유도하는 인센티브 메커니즘도 제공한다.
사실 각 L2는 격리되어 있기 때문에, 새로운 방법을 배포하는 것은 허가 없이 가능하다. 모든 핵심 개발자들에게 당신의 새로운 방법이 전체 체인의 다른 부분에 대해 「안전하다」고 설득할 필요가 없다. 만약 당신의 L2가 실패한다면, 그것은 당신의 책임이다. 누구든지 기발한 아이디어(예: Intmax의 Plasma 방법)를 제안할 수 있으며, 이더리움 핵심 개발자들이 전혀 관심을 두지 않더라도 계속해서 구축하고 결국 배포할 수 있다. L1 기능과 사전 컴파일은 그렇지 않으며, 이더리움 내에서도 L1 개발의 성패는 종종 우리가 원하는 것보다 정치적 요소에 크게 좌우된다. 이론적으로 무엇이든 구축할 수 있다고 해도, L1 중심과 L2 중심 생태계가 만들어내는 서로 다른 인센티브는 궁극적으로 실제로 구축되는 내용, 품질 수준, 우선순위 순서에 큰 영향을 미친다.
이더리움의 L2 중심 생태계가 직면한 도전은 무엇인가?
L1 + L2 아키텍처는 심각한 문제를 안고 있다.
출처: Reddit
이러한 L2 중심 접근법은 L1 중심 생태계가 거의 직면하지 않는 중요한 도전에 직면해 있다: 조정(coordination). 즉, 이더리움에는 많은 L2가 있지만, 여전히 「이더리움처럼」 느껴지고 이더리움의 네트워크 효과를 유지하는 것이 도전 과제가 된다. 그렇지 않으면 N개의 독립된 체인에 불과하게 된다. 현재 이 상황은 여러 면에서 만족스럽지 못하다:
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L2 간 교차 체인은 일반적으로 중심화된 브릿지에 의존하며, 일반 사용자에게 매우 복잡하다. Optimism에 있는 토큰을 가지고 있다면, 다른 사람의 Arbitrum 주소를 지갑에 복사해서 자금을 보낼 수 없다.
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개인용 스마트 계약 지갑과 조직 지갑(DAO 포함) 모두에서 cross-chain 지갑 지원이 부족하다. L2 하나에서 키를 교체하면 다른 모든 L2에서도 키를 교체해야 한다.
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탈중앙화된 검증 인프라는 일반적으로 부족하다. 이더리움은 마침내 Helios와 같은 제대로 된 라이트 클라이언트를 갖추기 시작했다. 그러나 모든 활동이 L2에서 발생하고 각각 중심화된 RPC를 필요로 한다면, 그 의미는 퇴색한다. 원칙적으로 이더리움 블록 헤더를 얻은 후라면 L2용 라이트 클라이언트를 구축하는 것은 어렵지 않다. 그러나 실제적으로는 이에 대한 관심이 너무 적다.
커뮤니티는 이 세 가지 측면을 개선하기 위해 노력하고 있다. cross-chain 토큰 교환을 위해 ERC-7683 표준이 새롭게 제안되었으며, 기존의 「중심화된 cross-chain 브릿지」와 달리 고정된 중심화된 노드, 토큰, 거버넌스가 전혀 없다. cross-chain 계정을 위해 대부분의 지갑은 단기적으로 cross-chain 재생 가능한(replayable) 메시지를 통한 키 업데이트를 사용하고, 장기적으로는 keystore rollups를 사용하는 방향이다. L2용 라이트 클라이언트도 등장하고 있는데, 예를 들어 Starknet용 Beerus가 있다. 또한 최근 차세대 지갑을 통해 사용자 경험을 개선하여, 사용자가 수동으로 네트워크를 전환하지 않고도 DApp에 접근할 수 있도록 하는 더 기본적인 문제들도 해결되고 있다.
Rabby의 멀티체인 자산 잔액 통합 보기—이전 지갑은 불가능했던 기능!
그러나 L2 중심 생태계가 조정을 시도할 때는 어쩔 수 없이 어려움을 겪는다는 점을 인정해야 한다. 왜냐하면 각 L2는 조정 인프라를 구축할 자연스러운 경제적 인센티브가 없기 때문이다. 소규모 L2는 자신이 얻는 이익이 적기 때문에 그러한 일을 하지 않을 것이며, 대규모 L2 역시 더 강한 자체 로컬 네트워크 효과로부터 얻는 이익이 같거나 더 많기 때문에 하지 않을 것이다. 만약 각 L2가 자신에게만 집중하고, 더 광범위한 이더리움 시스템과 어떻게 맞물릴지 아무도 신경 쓰지 않는다면, 우리는 위의 사진들처럼 무질서한 도시화처럼 실패하게 될 것이다.
이 문제를 해결할 완벽한 방법이 있다고 말하기는 어렵다. 내가 말할 수 있는 것은, 생태계가 cross-L2 인프라가 L1 클라이언트, 개발 도구, 프로그래밍 언어와 마찬가지로 이더리움 인프라의 일종임을 더 충분히 인식하고, 이를 존중하고 자금을 지원해야 한다는 것이다. 우리는 Protocol Guild가 있지만, 아마도 Basic Infrastructure Guild도 필요할 것이다.
결론
공개 토론에서 「L2」와 「샤딩」은 종종 블록체인 확장의 상반된 두 가지 전략으로 여겨진다. 그러나 기술적 기반을 살펴보면 오히려 난제가 나타난다: 실제 하부 확장 방법은 완전히 동일하다. 데이터 샤딩이든, 사기 검증기든, ZK-SNARK 검증기든, 혹은 「롤업, 샤딩」 간 통신 해결책이든, 주요 차이는 누가 이러한 구성 요소를 구축하고 업데이트하는지, 그리고 그들이 얼마나 큰 자율성을 갖는지에 있다.
L2 중심 생태계는 기술적으로 말하면 바로 샤딩이다. 다만 여기서는 자신만의 규칙으로 자신만의 샤드를 구축할 수 있다. 이것은 매우 강력하며, 무한한 창의성과 방대한 수준의 자율적 혁신을 가능하게 한다. 그러나 조정과 같은 핵심적인 도전 과제도 존재한다. 이더리움처럼 L2 중심 생태계가 성공하려면 이러한 도전을 이해하고 이를 해결하기 위해 노력해야 하며, L1 중심 생태계의 이점을尽可能 많이 획득하고 두 접근법의 최상의 상태에尽可能 가까워져야 한다.
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@VitalikButerin
