ZK 하드웨어 가속에 대한 대토론: PoW 채굴업계에 견줄 수 있는 완전히 새로운 시장
진행자: Faust, Geek web3
게스트: Vincent, Scroll의 DevRel;
Leo, Cysic 공동창립자;
Siyuan, ABCDE Capital의 TechLead;
Kiwi, OKX Ventures의 리서처;
Marco, Aleo의 DevRel;
Lynndell, Bitlayer의 암호학 전문가
요약: 5월 23일 저녁, Geek Web3는 Scroll, Cysic, Bitlayer, Aleo, ABCDE Capital 및 OKX Ventures의 게스트들과 함께 ZK 하드웨어 가속을 주제로 트위터 스페이스를 진행했습니다. 참가자들은 ZK 증명의 실시간 생성과 하드웨어 가속의 상업화 및 시장화 문제에 대해 매우 흥미로운 논의를 나누었으며, 새로운 용어인 ‘ZK Depin’에 대해서도 아이디어를 공유했습니다. 다음은 글자 기록입니다.
이번 스페이스에서 다룬 구체적인 질문들:
1. Cysic와 Lumoz 프로젝트 모두 ZK 가속을 핵심 목표로 삼고 있으며, Cysic는 ZK 증명의 실시간 생성을 주장하고 있습니다. 이러한 기술들이 이더리움의 Danksharding 로드맵에 어떤 영향을 미칠까요?
2. Aleo가 채굴 알고리즘을 변경했다는 소문이 있는데, Aleo는 초기에는 프라이버시 중심의 공개 블록체인이며 ZK와 관련된 채굴 알고리즘을 사용했지만, 최근에는 주류 PoW 블록체인과 유사한 해시 알고리즘으로 돌아간 것처럼 들립니다(게스트들이 이를 명확히 설명함).
3. ZK 채굴의 미래 비전은 무엇이며, ZK-DePIN 분야는 어떤 방식으로 발전할 수 있을까요?
4. ZK-DePIN의 상업화와 시장화는 어떻게 보시며, 아직 해결되지 않은 과제는 무엇이 있나요?
5. ZK 채굴 광부들의 수익 모델은 어떠해야 할까요?
6. 서로 다른 광부들 사이의 증명 생성 효율 차이가 너무 큰 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?
본문:1. Faust: ZK 하드웨어 가속이 이더리움의 Danksharding 로드맵에 어떤 영향을 미친다고 보시나요?
배경 보충: Danksharding 로드맵은 Verkle Tree와 무상태 클라이언트(stateless client) 개념을 제안합니다. 이에 따라 일반적인 이더리움 노드/클라이언트는 전체 상태 트리를 로컬에 저장하지 않아도 되며, 블록 내 각 거래와 연관된 상태 데이터를 직접 제공하고, 해당 데이터가 이더리움 상태 트리(Verkle Tree)에서 유래되었음을 ZK 증명으로 입증하게 됩니다. Verkle Tree는 현재의 Merkle Tree 기반 저장 구조를 크게 개선하여, 특정 데이터 조각이 Verkle Tree 내 존재함을 ZK로 증명하기 쉽게 만듭니다.
Leo: 간단히 말해, ZK 증명의 실시간 생성은 경량 클라이언트와 Verkle Tree의 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다. Verkle Tree는 Merkle Tree보다 더 많은 분기/경로를 가지며, Merkle Proof를 통해 Verkle Tree의 특정 분기에 있는 데이터를 입증하려면 여러 다른 분기도 함께 열어야 합니다.
반면 ZK를 Merkle Proof 대신 사용하면 효율성이 극대화되며, 많은 데이터를 매우 작게 압축할 수 있습니다. 하지만 일반적인 CPU나 GPU만으로 ZKP를 생성한다면 실제로 매우 복잡한 작업입니다.
저는 예전에 Algorand에서 Algorand state proof라는 프로젝트를 진행했는데, Merkle Tree의 많은 분기를 Merkle Proof로 열어야 했고, 그 효율은 매우 낮았습니다. 따라서 ZK의 실시간 생성 또는 특수화된 Prover(Specialize Prover)를 활용해 ZK 증명 생성 속도를 획기적으로 높여야 합니다.
Vincent: 4월 홍콩 Web3 컨퍼런스에서 Vitalik은 ZK 증명이 프로토콜 효율 극대화에 중요한 역할을 한다고 언급했으며, 과거에도 ZK에 대한 중요성을 강조해 왔습니다. 과거 Scroll이 full compatible zkevm의 증명을 생성하는 데는 약 2~3시간이 걸렸지만, 현재의 하드웨어 가속 솔루션을 적용한 후에는 10분으로 단축되었습니다. 그러나 여전히 우리가 원하는 생성 속도에는 미치지 못합니다.
이상적인 환경에서는 ZK의 채택률이 매우 높아져 모든 영역에 스며들겠지만, 지금까지 ZK 생성 속도가 부족해 광범위한 채택을 뒷받침하지 못했습니다. 만약 ZK 증명의 실시간 생성이 현실화된다면, 보안성, 신뢰 없음(trustlessness), 검증 가능성 등에서 타협할 필요 없이 지금까지 해결되지 않았던 많은 문제들을 바로 해결할 수 있습니다. 이후의 프로젝트 혁신과 애플리케이션 개발도 훨씬 가벼워질 것입니다. ZK 하드웨어 가속 관련 커뮤니티는 모두 자신감을 갖고 있으며, 이 방향에서 돌파구를 찾기 위해 노력하고 있습니다.
Siyuan: 저는 특히 ZK를 활용하는 L2가 가장 핵심적으로 해야 할 것은 빠른 Finality(거래 최종 확정)라고 생각합니다. L2의 거래 흔적(trace)을 더욱 빠르게 ZK 증명으로 만들어 L1에 검증을 요청해야만 L2의 최종 상태가 결정됩니다. 일부 회사는 비용 절감을 위해 매 L2 블록마다 증명을 생성하지 않고 드물게만 증명을 생성하기도 합니다. 또한, Vitalik의 비전에 따르면, L1이 Verkle Tree로 전환되면 각 블록마다 즉시 ZKP를 생성하는 것이 목표인데, ZK 하드웨어 가속 없이는 이런 비전을 실현하기 어렵습니다. 그래서 우리는 Cysic에 매우 주목하고 있습니다.
2. Faust:Aleo가 채굴 알고리즘을 변경했다는 소문이 있는데, Aleo는 처음에 프라이버시 중심의 공개 블록체인이며 ZK 관련 채굴 알고리즘을 사용했지만, 최근에는 주류 PoW 블록체인의 해시 알고리즘으로 돌아간 것 같다는 이야기가 있습니다. 이 소문에 대해 게스트들의 의견을 듣고 싶습니다.
Marco: 맞는 이야기인데, 최근 Aleo의 Testnet Beta 버전은 POW 알고리즘이 실제로 해시 알고리즘을 사용하며, 이를 Merkle Tree에 추가해 Root Data를 계산하는 방식입니다. 그러나 이 버전은 일시적인 것이며 최종 버전이 아닙니다. 최종 버전은 Aleo 공식에서 7월에 발표될 예정이니 기다려주시기 바랍니다.
또한 Aleo 재단의 CEO Alex는 한 회의에서 이상적인 PoW 알고리즘은 두 가지 요구사항을 충족해야 한다고 밝힌 바 있습니다. 하나는 ZK 알고리즘의 실제 응용 발전을 촉진하고 실질적인 문제를 해결하는 것이며, 다른 하나는 채굴의 공정성을 보장하는 것입니다. 이 방향으로 조정을 진행할 예정이니 지속적인 관심 부탁드립니다.
Leo: 이 주제에 대해 보충하자면, Aleo의 이전 Coinbase puzzle은 MSM(Multi-Scalar Multiplication) 기반 다항식 커밋을 사용했고, 현재는 Merkle Tree 기반 다항식 커밋으로 전환된 것입니다. 기술적으로 보면 ZK 관점에서 큰 차이는 없습니다. 구성 요소 중 하나가 MSM 기반에서 해시 기반으로 바뀐 것뿐이며, 이 해시 기반은 다양한 해시 함수의 조합(a mix of hash function)입니다.
Vincent:저도 Marco 선생님께 여쭤보고 싶은데요, Aleo 입장에서 ZK 하드웨어 가속 생태계에 대해 어떤 견해를 가지고 계신가요? 현재 Cysic의 ASIC 칩이나 Ingonyama의 FPGA 기반 ZK 가속 솔루션 같은 제품들이 Aleo의 발전이나 향후 계획에 어떤 영향을 미치고 있나요?
Marco: 개인적으로는 분명 영향이 있다고 봅니다. 현재 ZK 분야 전체를 고민하게 하는 핵심 문제는 ZK 증명 생성 속도가 너무 느리다는 점입니다. 얼마 전 Vitalik이 언급했듯, SNARK 증명 시스템을 이용해 이더리움 블록 하나의 증명을 생성하는 데 20분이 걸리지만, 이더리움은 12초마다 새 블록을 생성하므로 큰 격차가 존재합니다. 이런 문제를 해결할 수 있는 좋은 ZK 가속 솔루션이 더 많이 등장하길 기대합니다.
3. Faust : 다음으로 ZK 채굴 또는 ZK-DePIN 관련 주제를 논의해보겠습니다. 먼저 Leo 선생님께 ZK 채굴의 비전과 ZK-DePIN 분야가 어떤 방식으로 발전할지 여쭤보고 싶습니다.
Leo:저희는 여러 ZK 프로젝트에 ZK 증명 생성 서비스를 제공하고 있습니다. Cysic 자체는 스타트업이라 서버를 사거나 빌릴 돈이 많지 않으므로, 커뮤니티의 힘을 모아 자원을 통합하기로 했습니다. 현재 수백 대의 서버를 운영 중이며, 모두 풀 가동 상태입니다. 이것은 전통적인 AI-DePIN 프로젝트와 큰 차이가 있습니다.
AI-DePIN의 경우 많은 장비가 실제로는 유휴 상태(idle)로 돌아가며, 사용자들은 단지 높은 uptime을 추구하고 에어드랍을 받기 위한 목적입니다. 반면 Cysic Network에서는 장비가 실제 애플리케이션에 진정으로 기여하며 유휴 상태가 없고, 자원 활용률이 높으며, 보상도 Cysic 토큰뿐만 아니라 다양한 ZK 프로젝트로부터의 인센티브도 받을 수 있습니다.
또한 이는 ZK Prover의 탈중앙화에도 도움이 됩니다. 여러 Prover가 하나의 증명을 생성함으로써 특정 단일 Prover에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 우리는 대규모 광부의 장비에만 의존하지 않고, 커뮤니티 구성원들이 유휴 장비를 네트워크에 연결하도록 유도해 전체 ZK 생태계에 서비스를 제공하고자 합니다.
Siyuan: Cysic는 사실 두 가지 고객군을 가지고 있습니다. 하나는 전문적인 ToB 대형 고객이고, 또 다른 하나는 흥미로운데, Cysic는 소형 ZK 가속 카드를 출시하여 집 컴퓨터에서도 빠르게 ZKP를 생성할 수 있도록 하고 있습니다. 개발자뿐 아니라 일반 사용자에게도 편리합니다.
Leo: 방금 Siyuan이 언급한 것은 아마 저희 자체 장비일 텐데, 내년에 Cysic는 자체 ZK 하드웨어를 대규모로 출하할 예정입니다. 이 하드웨어는 두 가지 형태가 있는데, 첫 번째는 ZK air로서, Siyuan이 말한 것처럼 애플 노트북 충전기 정도 크기이며 Type-C로 컴퓨터에 연결해 로컬에서 ZK 생성을 수행할 수 있습니다. 성능도 매우 빠르며, RTX 4090 그래픽카드보다 8~10배 빠르므로 개발자가 다양한 작업을 수행하는 데 유리합니다.
Vincent: ZK-DePIN에 대해 말씀드리면, 전통적인 DePIN은 휴대폰 채굴, 시계 채굴 등의 상상력에 국한되는 경우가 많지만, ZK 하드웨어 가속은 전혀 다릅니다. 저희 Scroll은 곧 탈중앙화된 Prover Market을 출시할 예정이며, 이는 로드맵에 공개되어 있습니다. 향후 Prover 부분은 Permissionless한 시장 모델이 될 것이며, 복잡한 수익 모델이 포함되겠지만 현재 세부 사항은 계속 정교화되고 있습니다. 그러나 방향성은 분명합니다. ZK의 빠른 생성을 향해 나아가며 마타효과(Matthew effect)를 최대한 피하려 합니다.
Marco: 방금 Cysic의 ToC 소형 장비에 대해 보충하자면, Aleo의 송금은 클라이언트 로컬에서의 ZK 생성 수요가 있습니다. 자신의 브라우저에서 로컬로 ZKP를 생성하면 매우 느려서 수십 분 이상 걸릴 수 있기 때문입니다. 하지만 Aleo는 프라이버시 거래를 주로 하므로 ZKP 생성에 대한 필수 수요가 있으므로, Cysic의 ToC 소형 장비는 의미가 큽니다.
4. Faust: 현재 ZK 하드웨어 가속 분야에서 상업화 또는 시장화 측면에서 해결되지 않은 과제는 무엇이 있나요?
Leo : 실제로 ZK 가속은 일종의 작업증명(PoW)이라고 볼 수 있습니다. 보상을 얻기 위해 가장 빠르게 ZKP를 생성하려는 것이며, 이는 전통적인 PoW 블록체인의 해시 알고리즘 ASIC과 본질적으로 큰 차이가 없습니다. 하지만 ZK 관련 알고리즘은 매우 다양합니다. 해시 함수처럼 비교적 고정된 것이 아니라, ZK 생태계 내에서 각 프로젝트마다 사용하는 ZK 증명 시스템이 거의 다릅니다. 일부는 KZG 커밋 기반, 일부는 FRI 기반 등으로 기본적으로 모두 다릅니다.
하드웨어 업체로서 Cysic는 모두가 특정한 ZK 증명 시스템으로 통일되기를 바라며, 이를 지속적으로 최적화해 극한의 가속 비율을 달성하고자 합니다. 현재처럼 다원화된 상태는 ZK 가속에 매우 불리합니다.
Marco: 저는 알고리즘 개선과 성능 최적화 측면에서 도전과 기회가 공존한다고 봅니다. 작년 ZPrize 대회에서 MSM의 최고 GPU 구현 방안을 보면, 2023년 ZPrize의 MSM GPU 최고 실천 사례인 StorSwift와 yrrid이 2^20 데이터 규모 계산에서 여전히 360밀리초 이상 소요됩니다. 이를 한 수준 더 낮출 수 있다면 ZK의 보급이 훨씬 쉬워질 것입니다. 앞선 게스트가 언급한 증명 시스템의 비통일성은 하드웨어 가속 분야에서 실제로 우려되는 문제입니다. 투입 대비 산출 비율을 고려할 때 각 프로젝트들은 큰 투자를 망설이고 있습니다.
Leo: 저희는 올해 ZPrize의 MSM 가속 트랙의 아키텍트였으며, 올해 성능은 작년 대비 약 20~30% 향상되었습니다. 하지만 MSM은 여전히 ZK 증명 생성의 다른 모듈과 상호작용해야 하며, PCIe의 효율이 데이터 이동의 병목 현상이 됩니다. 작년에 저희는 매우 강력한 FPGA 머신을 만들어 2의 26승 크기의 MSM 계산을 약 10밀리초 안에 완료했습니다. 이것이 가능한 최고 속도이지만, 여전히 진정한 실시간 ZK 증명 생성에는 못 미칩니다. 많은 계산 단계가 여전히 몇 분이 소요됩니다. 저희가 말하는 '실시간 생성'은 임의의 ZK 회로의 증명 생성 시간을 1~5초 내로 제어하는 것을 의미하며, 이를 위해서는 더 뛰어난 방법이 필요합니다.
5. Faust: ZK Prover Market 혹은 ZK 채굴 광부들의 수익 모델에 대해 어떻게 생각하시나요?
Leo: 광부들의 주요 수익은 프로젝트 측에서 제공하는 토큰에서 나오며, 예를 들어 Scroll, Zksync, Starknet 등에서 발생합니다. 광부들의 수익은 장기적으로 프로젝트의 토큰 가격에 크게 좌우됩니다. 장기적으로는 매우 큰 시장이 될 것이며, 특히 비트코인 반감기 이후에는 ZK 관련 하드웨어 또는 ZK 채굴 시장이 점점 확대될 것으로 봅니다.
Vincent: 저희 Scroll은 ProverMarket에 대한 연구를 진행하고 있습니다. ProverMarket의 규모는 ZK 프로젝트의 수와 수요에 따라 결정됩니다. 점점 더 많은 프로젝트가 제로지식 증명 기술을 채택함에 따라 Prover에 대한 수요도 자연스럽게 증가할 것입니다. 이 수요는 상호 보완적이며, 제로지식 증명 기술의 보급과 응용이 ProverMarket의 성장을 견인한다는 의미입니다.
범용성 문제와 관련해서는 다양한 애플리케이션과 알고리즘 모두 ZK 하드웨어 가속 수요가 있지만, 대표적인 예로 Snark 알고리즘이 있습니다. 그러나 ZK 시스템의 대동단결이 가능하려면 모든 ZK 프로젝트를 포괄하는 범용 응용 시나리오를 개발해야 하며, 이를 통해 컴퓨팅 파워의 배분을 평가하고 최적화하여 소규모 프로젝트의 자원 부족을 방지하면서 동시에 이미 강력한 컴퓨팅 파워를 가진 프로젝트의 자원 집중도 막아야 합니다.
Marco：Aleo의 관점에서 보면, 저희도 Prover Market 방안을 고민하고 있습니다. 프라이버시 송금을 하려면 누군가가 제 ZKP를 계산해줘야 합니다. 제가 로컬에서 계산하면 너무 느려서 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. 누가 제 ZKP를 계산해 준다면 저는 그에 대해 비용을 지불할 의사가 있습니다. 일부 제품들이 점차 등장하고 있지만, 핵심 문제는 보안 보장입니다. 남에게 ZKP 계산을 맡기려면 데이터를 제공해야 하므로 개인정보 유출 위험이 따릅니다. 현재 이를 해결하기 위한 다양한 제안이 논의되고 있습니다.
6. Faust：마지막으로 CKB/Nervos 공개 블록체인 공동 창립자 Jan이 물었던 질문입니다. Lumoz나 Polygon도 Prover Market 개념을 제시했지만, 여기서 마타 효과가 발생할 수 있습니다. 하드웨어 장비가 다른 사람들보다 월등한 광부는 항상 먼저 ZK 증명을 생성하게 되며, 대부분의 채굴 보상은 소수의 대형 광부들에게 집중됩니다. 서로 다른 광부들 사이의 증명 생성 효율 차이가 너무 큰 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요?
Leo: 효율과 공정성 사이의 균형을 어떻게 맞출 것인지, 이는 오래된 주제라고 생각합니다. 단계별로 다른 접근법을 취할 수 있는데, 초기 단계에서는 효율성을 우선시할 수 있습니다. 즉, 고객에게 더 우수하고 빠른 서비스를 제공해 더 많은 고객을 유치함으로써 눈덩이를 점점 더 크게 만들 수 있습니다. 눈덩이가 커지면 이제 공정성에도 주목할 수 있습니다. Cysic 자체의 하드웨어도 이미 출하를 시작했으며, 초기에는 가성비 좋은 장비를 구매해 다른 사람들과 비슷한 수준의 효율을 달성할 수 있습니다.
프로토콜 설계 측면에서도 조정이 가능합니다. 당시 모든 사람들의 하드웨어 속도가 어느 정도 향상되었기 때문입니다. 속도가 향상되면, 예를 들어 a가 가장 빠르고, b가 두 번째, c가 세 번째라고 가정할 때, a, b, c 각각이 하나의 그룹일 수 있습니다. 스케줄링을 통해 약간 느린 그룹도 여전히 참여할 수 있고, 이익을 분배받을 수 있도록 할 수 있습니다.
물론 공정성을 강제로 요구할 수는 없습니다. 투입이 대형 광부의 prover만큼 크지 않다면, 공정성 측면에서도 큰 수익을 얻을 수 없다고 봅니다. 이것이 우리가 향후 사용할 디자인 철학입니다.
Marco: 이건 정말 어려운 질문입니다. PoW 관점에서 보면 장벽을 낮추는 것이 목표입니다. 예를 들어 Aleo의 testnet3에서는 4090 GPU뿐 아니라 모바일 기기로도 증명을 계산할 수 있으며, 보상은 능력 비율에 따라 산정됩니다. 실제 비즈니스 수요를 위한 서비스라면 빠르고 잘 수행하는 것이 중요하며, 누가 먼저 계산을 완료하느냐에 따라 인센티브를 받는 것이므로, 대형 광부들이 하드웨어 경쟁을 벌이는 것은 ZK 수요 측에 유리합니다. 하지만 공정성 문제를 진정으로 해결하는 것은 매우 어렵습니다.
Lynndell：저는 이 문제는 자연스럽게 흘러가는 것이 좋다고 봅니다. 지금 비트코인도 마찬가지로, 누구의 해시파워가 크거나 광산 풀의 파워가 크면 그만큼 더 많은 채굴 보상을 받습니다. 일반 사용자는 기회조차 없고, 결국 광산 풀에 해시파워를 제공하는 방식밖에 없습니다. ZK 분야도 마찬가지이며, PoW와 거의 동일하게 해시파워에 의존하므로 자연스럽게 흘러가게 하는 것이 맞습니다.
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