이론에서 실천으로: Based Rollup이 L1 정렬을 주도하는 Rollup 방식을 실현할 수 있을까?
저자: YBB Capital 리서처 Ac-Core
서론
이더리움의 작동 원리는 모든 노드가 사용자가 제출한 모든 트랜잭션을 저장하고 실행하는 것이다. 전체 네트워크의 확장을 위해 이더리움은 롤업(Rollup) 솔루션을 채택했다. 간단히 말해, 대부분의 트랜잭션 처리를 오프체인(L2)으로 옮겨 이더리움 메인넷(L1)의 부담을 줄이고 거래 수수료를 낮추는 방식이다. 즉, 롤업 = L1의 일련의 스마트 계약 + L2의 네트워크 노드로 구성되며, 체인 상의 스마트 계약과 체인 하의 집계기(aggregator)를 의미한다. 자체 정산, 합의 및 데이터 가용성은 이더리움 자체에 의존하며, 단지 트랜잭션 실행만 담당한다. L2 네트워크 노드는 여러 구성 요소로 이루어져 있으며, 그 중 가장 중요한 것은 정렬기(sequencer)이지만 현재 롤업의 정렬기는 모두 중심화 문제에 직면해 있다.
롤업과 정렬기
롤업은 이더리움(L1)의 확장성 해결책 중 하나로, 체인 외부에서 트랜잭션을 실행하고 블록에 트랜잭션을 패키징한다. 각 블록에 대해 롤업은 체인 상태를 재구성하는 데 필요한 데이터(데이터 가용성 소스)를 데이터 가용성 계층에 게시하고, 체인 하의 실행 정확성 증명을 결제 계층에 게시한다(롤업에는 두 가지 유형이 있으며, ZK-롤업의 경우 각 블록마다 제로나 지식 증명을 게시하고, 낙관적 롤업(Optimistic rollup)의 경우 분쟁 발생 시에만 사기 증명을 게시함). EIP-4844 이후 데이터 게시가 blobs로 전환되면 이 계층을 "데이터 게시 계층"이라고 부를 수 있다. 여기서 롤업 스마트 계약은 L1에서 게시된 증명을 검증하며, 각 롤업은 체인 간 데이터 전송 및 입금·출금을 위한 하나 이상의 브릿지를 보유한다.
롤업의 구현 로직에서 정렬기(Sequencer)는 핵심 구성 요소로, 주로 L2의 트랜잭션 요청을 수신하고 실행 순서를 결정하며, 트랜잭션을 배치(batch) 형태로 패키징하여 최종적으로 L1의 롤업 스마트 계약에 전달하는 역할을 하여 트랜잭션 처리 효율성을 높이고 비용을 절감하는 데 중요한 역할을 한다.
정렬기의 기능과 작동 원리는 크게 네 부분으로 나뉜다.
1. 트랜잭션 수신: 정렬기는 사용자 또는 애플리케이션으로부터 트랜잭션 요청을 수신한다. 이러한 트랜잭션은 먼저 L2에서 처리되며, 이더리움 메인넷에서 직접 처리되는 것은 아니다.
2. 트랜잭션 정렬: 정렬기는 수신한 트랜잭션들의 순서를 결정하고 실행 순서를 정한다. 이 과정은 이더리움 마이너가 트랜잭션을 블록에 패키징하기 전에 수행하는 작업과 유사하다.
3. 트랜잭션 패키징: 정렬기는 정렬된 트랜잭션들을 배치로 묶으며, 이 배치는 여러 트랜잭션의 요약 정보를 포함한다.
4. L1 제출: 최종적으로 정렬기는 패키징된 트랜잭션 배치를 이더리움 메인넷(L1)에 제출하여 메인넷에서 정산과 데이터 저장을 수행한다. 이를 통해 L1은 L2의 상태 업데이트를 검증하고 저장할 수 있다.
비록 롤업 기술이 효과적인 확장 방안을 제공하지만, 정렬기 설계 및 구현에는 여전히 몇 가지 문제가 존재하며, 가장 큰 문제는 중심화이다. 대부분의 롤업 프로젝트는 현재 중심화된 정렬기에 의존하며, 일반적으로 단일 실체 또는 소수의 실체가 이를 통제하고 있어 투명성 부족 및 단일 장애점이라는 명백한 위험이 따른다.
위와 같은 딱딱하고 생경한 설명을 제쳐두고, L2 탈중앙화 정렬기 솔루션에 대한 논의를 살펴보면, YBB Capital의 과거 기사에서 언급된 Metis의 시장 개방형 정렬 풀 노드 스테이킹 L2 방식이나 독립 프로젝트 Espresso 방식 모두 본질적으로 정렬의 "이윤 케이크" 분배와 시장 조작 가능성에 대한 기대이며, 따라서 이해관계와 정통성이 회피 불가능한 핵심이다.
Based Rollup의 역사적 배경과 설계
이미지 출처: @drakefjustin
롤업 개념은 이더리움 창시자 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 처음 제안했으며, 초기 구상은 누구나 무제한적으로 거래를 확장할 수 있는 완전히 무제한의 "Total Anarchy(무정부)" 상태를 실현하는 것이었다. 앞서 언급된 현재 정렬기의 문제점을 고려하여 2023년 이더리움 리서처 저스틴 드레이크(Justin Drake)는 정렬기를 이더리움 L1 자체가 관리하는 Based Rollups 솔루션을 제안했다. 그 내용은 다음과 같다(자세한 출처는 확장 링크1 참조).
정의:
"집계의 정렬이 기반 계층(L1)에 의해 구동될 때, 이를 기반 L1 또는 L1에 의해 정렬되는 집계라고 부른다. 구체적으로, 기반 L1 집계란 다음 L1 제안자가 L1 검색자 및 빌더와 협력하여 다음 롤업 블록을 다음 L1 블록에 무허가로 포함시킬 수 있다는 것을 의미한다."
장점:
● 활성성(liveness): Based Rollup은 L1과 동일한 활성성 보장을 갖는다. 탈출구(Escape Hatches)가 있는 비-Based Rollup의 경우 활성성이 낮아진다는 점에 주목할 필요가 있다(탈출구란 롤업 시스템에 문제가 발생했을 때 사용자가 L2 자산을 안전하게 L1 메인체인으로 인출할 수 있도록 하는 보안 메커니즘으로, 비상 출구와 유사하다).
약화된 정산 보장: 정산이 보장되기 전에 탈출구 트랜잭션은 일정 시간 초과 대기 기간을 기다려야 한다.
검열 기반 MEV: 탈출구가 있는 롤업은 초과 기간 동안 정렬기의 단기 검열로 인한 부정적 MEV 영향에 취약하다.
네트워크 효과의 위험: 정렬기 활성 장애로 인한 대규모 탈출(예: 탈중앙화 PoS 정렬 메커니즘에 대한 51% 공격)은 롤업의 네트워크 효과를 파괴한다. L1과 달리 롤업은 사회적 합의를 통해 정렬기 활성 장애에서 우아하게 복구할 수 없다는 점에 유의해야 한다. 알려진 모든 비-Based Rollup 설계에서 대규모 탈출은 다마클레스의 칼날과 같다.
가스 벌칙: 탈출구를 통한 정산 트랜잭션은 사용자에게 일반적으로 가스 벌칙을 부과한다(예: 트랜잭션이 배치되지 않아 비최적의 데이터 압축 때문).
● 탈중앙화(decentralization): Based Rollup은 L1의 탈중앙화를 계승하며, 자연스럽게 L1 검색자 - 빌더 - 제안자 인프라를 재사용한다. L1 검색자와 빌더는 롤업의 MEV를 추출하기 위해 자신의 L1 블록에 롤업 블록을 포함시키도록 유도된다. 이는 다시 L1 블록 제안자가 L1에 롤업 블록을 패키징하도록 유도한다.
● 간결성(simplicity): Based Rollup 정렬은 가장 간단하며 중심화된 정렬보다 훨씬 간단하다. Based Rollup은 정렬기 서명 검증, 탈출구, 외부 PoS 합의가 필요 없다.
역사적 주석: 2021년 1월 비탈릭은 기반 L1 정렬 방식을 「완전 무정부」라고 불렀으며, 이는 여러 롤업 블록을 동시에 제출할 위험이 있어 가스와 작업량 낭비가 발생할 수 있었다. 현재의 제안자-빌더 분리 방식(PBS)은 L1 정렬을 엄격히 제어하여 각 L1 블록당 최대 하나의 롤업 블록만 포함되며 가스 낭비가 없도록 한다. 롤업의 n+1 블록(또는 k >= 1일 경우 n+k)이 블록 n의 SNARK 증명을 포함하면 ZK-롤업 증명 작업 낭비를 피할 수 있다.
● 비용: Based Rollup의 가스 오버헤드는 제로이며, 탈중앙화 또는 중심화된 정렬기의 서명 검증도 필요 없다. Based Rollup의 간결성은 개발 비용을 낮추고 출시 시간을 단축시키며 코드 취약점 노출 면적을 줄인다. Based Rollup 정렬은 또한 토큰이 필요 없어 토큰 기반 정렬기의 규제 부담을 피한다.
● L1 경제 일치(L1 economic alignment): Based Rollup에서 유래한 MEV는 자연스럽게 기반 L1로 흘러간다. 이 흐름은 L1의 경제적 안전성을 강화하며 MEV 소각 시 L1 네이티브 토큰의 경제적 희소성을 높인다. 이러한 L1과의 긴밀한 경제적 연계는 Based Rollup의 정당성을 구축하는 데 도움이 될 수 있다. 중요하게도, MEV 수익을 희생하더라도 Based Rollup은 L2 혼잡료(예: EIP-1559 형식의 L2 기본 수수료)에서 수익을 얻는 옵션을 유지한다.
● 주권성(sovereignty): 정렬을 L1에 위임했음에도 불구하고 Based Rollup은 주권성을 유지한다. Based Rollup은 거버넌스 토큰을 가질 수 있으며 기본 수수료를 징수하고 적절한 시기에 이러한 기본 수수료 수익을 사용할 수 있다(예: Optimism이 공공재에 자금 지원).
단점:
● MEV 수익 없음: Based Rollup은 MEV를 L1에 넘겨주어 수익이 기본 수수료로 제한된다. 반직관적이게도 이는 Based Rollup의 총 수입을 늘릴 수도 있다. 이유는 롤업 시장이 승자독식 구조이며, 승리한 롤업이 Based Rollup의 보안성, 탈중앙화, 간결성, 일관성을 활용해 지배적 위치를 차지하고 궁극적으로 수익을 극대화할 수 있기 때문이다.
● 제한된 정렬: 정렬을 L1에 위임하면 정렬의 유연성이 낮아진다. 이로 인해 일부 정렬 서비스가 더 어려워지거나 심지어 불가능해질 수 있다.
○ 사전 확인: 빠른 사전 확인은 중심화된 정렬에서는 문제가 되지 않으며 외부 PoS 합의를 통해 실현 가능하다. L1 정렬을 이용한 빠른 사전 확인은 열린 문제이며, EigenL, 거래 포함 목록(Inclusion Lists), 빌더 보증금(Builder Bonds) 등 많은 유망한 연구 방향이 있다.
○ 선착순(FCFS): Arbitrum 방식의 FCFS 정렬이 Based Rollup에서 실현 가능한지는 불확실하다. EigenL은 L1 정렬 Based Rollup에 FCFS 커버링 레이어를 제공할 수 있다.
명칭:
「Based Rollup」이라는 이름은 기반 체인(Base L1)과의 밀접함에서 유래되었다. 이는 최근 Coinbase가 발표한 Base 체인과 충돌하는 흥미로운 우연이다. 실제로 Coinbase는 Base 발표에서 두 가지 설계 목표를 공유했다.
● 토큰 없음(tokenlessness): "우리는 새로운 네트워크 토큰 발행 계획이 없다."
● 탈중앙화(decentralisation): "우리는 시간이 지남에 따라 블록체인을 점진적으로 탈중앙화할 계획이다."
Base는 Based Rollup이 되어 무토큰 탈중앙화를 실현할 수 있다.
이미지 출처: @jchaskin22
이상의 이론에 따르면 Based Rollup은 누구나 롤업 블록을 확장할 수 있으며, 정렬된 트랜잭션 상태 변화를 L1에 게시함으로써 L2에서 MEV를 추출할 수 있게 한다. 모든 정렬과 보안은 이더리움 L1에 의해 제공되므로 외부 지분 증명 합의 및 특정 롤업 토큰 요구를 회피할 수 있으며, 다른 롤업이 자산 보안을 위해 필수로 갖춰야 하는 "비상 탈출구" 기능과 비교할 때 Based Rollup의 비전에서는 이를 제거할 수 있다. 이 과정은 이더리움의 안전한 운용만 보장되면 롤업 상의 트랜잭션이 원활히 완료될 수 있다.
Based Rollup 상의 Taiko Labs
이미지 출처: Taiko 공식 웹사이트
Taiko Labs는 Based Rollup을 개발하고 홍보하는 주요 팀으로, Based Rollup은 이더리움 2층 확장 솔루션 분야에서 Taiko Labs의 프로젝트이다. 그 비전은 Based Rollup과 같은 혁신 기술을 통해 이더리움 메인넷의 확장성 문제를 해결하는 것이다. 주요 특징은 세 가지이다.
1. 완전히 이더리움 EVM(Type 1)과 동일한 ZK-EVM: 사용하는(Type1) zkEVM은 완전한 이더리움 호환성을 갖추고 있어 개발자가 스마트 계약 실행 실패 위험 없이 이더리움과 Taiko 사이에서 탈중앙화 애플리케이션(dApps)을 원활하게 이전할 수 있다.
2.오픈소스: Taiko의 모든 소스 코드는 GitHub에 공개되어 있어 누구나 조회, 구축 또는 수정할 수 있다. 이러한 오픈소스 모델은 블록체인 기술 발전이 소규모 팀의 노력에만 국한되지 않고 전 세계 커뮤니티 및 개발자를 포괄하도록 한다.
3.완전한 탈중앙화: EVM과의 높은 호환성을 보장하는 것 외에도 Taiko는 프로토콜의 완전한 탈중앙화를 실현하기 위해 노력하고 있다. Taiko는 탈중앙화된 제안자와 검증자를 통해 블록 제출 및 zkPs 생성을 계획하고 시스템의 탈중앙화 특성을 보장한다.
Taiko는 비탈릭 부테린이 《The different types of ZK-EVMs》(확장 링크2 참조)에서 언급한 완전하고 타협 없는 이더리움과의 동등성을 추구하는 Type 1 완전 이더리움 동등 ZK-EVM 구축을 목표로 한다. 목적은 이더리움과 완전히 호환되어 이더리움 블록을 검증하는 것으로(적어도 실행 계층은 검증 가능하며, 비콘체인 합의는 제외하지만 모든 트랜잭션, 스마트 계약 및 계정 로직을 포함하며 해시, 상태/거래 트리 및 기타 합의 로직을 대체하지 않음) 다른 유형과 비교할 때 원시 솔루션에 가장 근접하기 위해 Type 1은 가장 복잡하고 도전적인 유형이다.
이미지 출처: Vitalik Buterin: 《The different types of ZK-EVMs》
기타 핵심 구조:
경쟁 가능한 롤업(BCR - Base Competitive Rollup)
Taiko Labs가 개발한 혁신적인 블록체인 확장 솔루션이다. BCR은 다양한 참여자가 자유롭게 블록 제출 및 증명 생성을 경쟁할 수 있도록 함으로써 롤업의 효율성과 보안성을 향상시키고, 전체 네트워크 성능과 탈중앙화 수준을 높이는 것을 목표로 한다. 종합적으로 요약하면 다음과 같다.
● 특징
개방 경쟁: 자격을 갖춘 모든 참여자가 블록 제출 및 증명 생성을 경쟁할 수 있도록 허용하며, 이러한 개방 메커니즘은 중심화 통제를 줄이고 네트워크의 탈중앙화 수준을 높인다. 경쟁자는 더 나은 서비스를 제공함으로써 보상과 거래 수수료를 얻는다.
효율적 확장: 블록 생성 및 검증 효율을 효과적으로 향상시킨다. 다수의 경쟁자가 병렬 작업을 수행할 수 있으므로 단일 병목 현상을 피하고 거래 처리 속도와 네트워크 확장성을 높인다.
보안성: 다자간 참여 경쟁 메커니즘을 통해 시스템의 공격 저항력을 높인다. 다자간 경쟁을 통해 생성된 블록과 증명은 시스템의 투명성과 보안성을 높이며, 단일 실체의 통제나 공격을 어렵게 만든다.
● 장점
EVM 호환: BCR은 이더리움 가상머신(EVM)과 완전히 호환되므로 기존 이더리움 스마트 계약 및 탈중앙화 애플리케이션(DApps)이 큰 수정 없이 BCR에서 쉽게 실행될 수 있다.
고처리량: BCR은 트랜잭션을 병렬 처리하고 블록을 생성할 수 있으므로 네트워크 처리량이 크게 향상되어 더 많은 거래량을 처리할 수 있으며, 거래 비용과 지연을 낮춘다.
탈중앙화: 탈중앙화된 블록 생성 및 증명 메커니즘을 통해 네트워크의 탈중앙화 특성을 보장하며 중심화 실체의 통제 위험을 낮춘다.
● 단점
복잡성 증가: 시스템 복잡성은 여러 경쟁자 간의 블록 생성 및 검증을 조율하기 위해 복잡한 알고리즘과 프로토콜을 필요로 하며, 스마트 계약도 경쟁 결과를 처리하기 위한 추가 로직이 필요할 수 있다.
잠재적 문제: BCR의 경쟁 메커니즘 하에서 다수의 경쟁자가 동시에 계산하고 블록을 제출할 경우 비용 상승을 초래할 수 있으며, 사용자는 네트워크 혼잡 또는 경쟁이 치열할 때 높은 거래 수수료를 부담할 수 있다. 동시에 자원이 풍부한 대형 노드가 경쟁에서 우위를 점해 중심화를 초래할 수 있다.
부스터 기반 롤업(BBR-Based Booster Rollup)
부스터(Booster)는 BBR에서 특별한 참여자로, 거래 배치를 최적화하고 거래 데이터를 압축하며 여러 거래 배치를 병렬 처리하는 역할을 한다. 실제 역할은 실행과 저장을 분리하여 L2 실행을 유지하면서 L1이 탈중앙화를 유지하고, 스마트 계약이 L1 및 모든 BBR 상의 주소를 일치시키는 것이다.
동시에 시스템 복잡성 증가, 자원 소모, 잠재적 중심화 등의 문제에 직면한 도전도 있다. 미래에 BBR은 블록체인 기술의 지속적인 발전 수요를 충족시키기 위해 더욱 최적화되고 확장되어야 할 것이다.
이미지 출처: Taiko Labs
결론
현재 전반적인 관점에서 보면 Based Rollup은 이더리움 2단계 확장 방식의 큰 전환으로 평가할 수 있으며, 롤업의 정렬을 직접 1단계 제안자에게 위임하고 제안자와 빌더의 분리 설계를 활용해 1단계가 롤업의 모든 정렬자 역할을 수행하도록 한다. 또한 MEV를 확장하여 L2 검색자가 거래 번들을 L2 빌더에게 보내고, 후자는 동시에 L1 검색자로서 완전한 L2 블록을 L1 블록의 일부로 만들며, 결국 L1 빌더와 이더리움 메인넷이 처리하게 된다.
Based Rollup을 롤업의 최종 해답으로 간주할 수 있을지는 아직 검증이 필요하지만, 현재 단계에서 이더리움 2단계 확장의 중대한 혁신이라는 점은 부인할 수 없으며, 확장을 위한 더 안전하고 탈중앙화된 솔루션을 제공한다. 동일한 사고를 비트코인 생태계에 적용한다면 강력한 확장성을 갖춘 이더리움과 원시적이고 탈중앙화된 VM을 실현하는 것과 비교할 때 그 난이도는 어느 쪽도 무시할 수 없으므로, 현재 산업 전체가 진정한 탈중앙화 확장 문제를 해결하는 데는 여전히 긴 여정이 남아 있다.
확장 링크:
【1】Based rollups—superpowers from L1 sequencinghttps://ethresear.ch/t/based-rollups-superpowers-from-l1-sequencing/15016/1
【2】The different types of ZK-EVMs
참고 문헌
TechFlow 공식 커뮤니티에 오신 것을 환영합니다
Telegram 구독 그룹:https://t.me/TechFlowDaily
트위터 공식 계정:https://x.com/TechFlowPost
트위터 영어 계정:https://x.com/BlockFlow_News
@YBBCapital
