이더리움의 진화: 레이어2 확장과 원클릭 멀티체인의 무한한 잠재력
저자: YBB Capital 리서처 Ac-Core
TL;DR
● 서로 다른 블록체인의 아키텍처와 합의 메커니즘이 다양하여 통합된 표준이 부족하고, 자산 이전 시 복잡하고 비용이 많이 드는 검증 과정이 발생하며 자산 유동성이 제한된다. 기존 타사 브리지 솔루션은 신뢰 및 보안 문제에 직면해 있으며, 중앙화된 브리지는 유동성을 유지해야 하므로 비용이 사용자에게 전가된다. 일클릭 체인 배포(one-click chain deployment)는 삼각형 문제를 해결하는 데 있어서도 자산 브리징의 타협된 방안이다.
● 시장 성숙도 측면에서 OP Stack과 슈퍼체인(Superchain)이 먼저 시장을 선점했으며, Base는 이미 성공적인 대표 사례로 자리 잡았다. AggLayer는 이더리움과의 원시 호환성 덕분에 수용되기 쉬우나, 집계 프로세스의 보안성과 신뢰성을 확보해야 한다. Elastic Chain은 ZKsync 자체의 발전을 평가해야 하며, 단기적으로는 OP를, 장기적으로는 ZK를 주목해야 한다.
● 업계의 혁신이 부족한 상황에서 DeFi는 여전히 롤업(Rollup)의 주요 응용 분야다. 현재 단계에서는 DePIN, RWA, 대규모 GameFi가 롤업에 등장할 가능성은 낮고, SocialFi와 NFT 시장은 롤업에 나타날 수 있으나 시장 반응은 미지수다. 마태 효과는 블록체인 전반에 적합하며, 무제한 발행되는 롤업 트렌드는 장기적으로는 상위 프로젝트를, 단기적으로는 중하류 프로젝트를 주목해야 한다.
일, 고립된 체인 간 연결: 브리지 문제
다른 블록체인 간 자산 이전 시 각 블록체인은 고유한 아키텍처, 합의 메커니즘, 상태 증명, 상태 전환을 가지며, 통합된 표준과 상호 운용성이 부족해 크로스체인 통신 및 데이터 교환이 복잡하다. 이러한 검증 과정은 일반적으로 체인 상에서 실행하기에는 비용이 너무 높아 다중 서명 위원회를 통해 상대 체인의 상태를 인증하는 네트워크가 난립하게 된다. 따라서 모든 블록체인 간 상호 운용성을 실현할 수 있는 범용적이고 탈중앙화된 표준 또는 프로토콜은 존재하지 않으며, 이는 자산이 다양한 블록체인 간 자유롭게 이동하는 것을 제한한다.
크로스체인 자산 이전을 촉진하기 위해 다수의 제3자 브리지가 등장했지만, 운영상 "신뢰 문제"라는 큰 사이버 보안 도전에 직면해 있다. 중앙화된 브리지라도 보안을 완벽히 보장한다고 해도 각 통합된 체인에서 충분한 유동성을 유지해야 하며, 그 비용은 결국 사용자에게 전가된다. 현재 원생 탈중앙화 자산 브리징을 실현하지 못하고 제3자 브리지에 대한 신뢰를 구축하기 어려운 문제가 지속되고 있어, ZKsync, Polygon, Optimism 세 프로젝트는 각각 더 원생적인 Elastic Chain, AggLayer, Superchain Explainer의 지역화된 멀티체인 확장 방안을 제시했다.
이, ZKsync 3.0: Elastic Chain
이미지 출처: zksync.mirror
2023년 ZKsync의 주요 개발사 Matter Labs는 ZK Stack을 발표했는데, 이는 개발자가 ZKsync 기술 기반 위에서 자신만의 블록체인을 구축할 수 있도록 하는 툴킷이다. 본질적으로 이러한 맞춤형 체인들은 탄력적인 체인(Elastic Chain)을 통해 서로 연결되며, 이를 통해 ZKsync 3.0은 단일 이더리움 L2에서 The Elastic Chain으로 진화한다.
ZKsync 3.0 프로토콜의 핵심 업그레이는 2024년 6월 7일 발표되었으며, 현재까지 ZKsync가 진행한 가장 복잡한 업그레이드로, ZKsync L1 브리지를 공유 라우터 컨트랙트로 재구성하여 확장 가능한 상호 운용 가능한 ZK 체인 네트워크를 지원하고, ZK Rollup 프레임워크인 ZK Stack 기반 체인 간 로컬, 무신뢰, 저비용 상호 운용성을 실현한다.
Matter Labs의 설명에 따르면, "Elastic Chain은 ZK 체인(롤업, Validium, Volition)으로 구성된 무한 확장 가능한 네트워크로, 수학적 검증 방법을 통해 보안을 보장하고 통일된 직관적인 사용자 경험 아래 원활한 상호 운용성을 제공함으로써 사용자가 서로 다른 ZKsync 생태계 내에서 더욱 매끄럽게 상호작용할 수 있도록 목표로 한다."
2.1 Elastic Chain 탄력적 체인 아키텍처
Elastic Chain은 순전히 ZK 기술에 의존하는 것이 아니며, 다른 비-ZK 멀티체인 시스템에 ZK 증명이라는 '패치'를 덧붙여서도 달성할 수 없다. 전체 네트워크는 고차원적으로 ZK Router, ZK Gateway, ZK Chains 세 부분으로 구성된다.
1. ZK 라우터(ZK Router):
● 핵심 라우팅 메커니즘: ZK Router는 ZKSync 3.0 아키텍처의 주요 라우팅 구성 요소로, 네트워크 내 다양한 체인 및 노드 간 통신과 데이터 전송을 관리하고 조정한다.
● 크로스체인 커뮤니케이션: 효율적인 크로스체인 통신 프로토콜을 통해 ZK Router는 서로 다른 체인 간 데이터가 신속하고 안전하게 전송되도록 보장하여 전체 네트워크의 상호 운용성과 성능을 향상시킨다.
2. ZK 게이트웨이(ZK Gateway):
● 입구 및 출구 노드: ZK Gateway는 ZKSync 3.0 네트워크의 입구 및 출구 노드 역할을 하며, 외부 블록체인(예: 이더리움 메인넷)과 ZKSync 네트워크 간 상호작용을 처리한다.
● 자산 브리징: 외부 블록체인과 ZKSync 네트워크 간 자산 이전 및 교환을 담당하여 자산이 서로 다른 체인 간에 안전하고 효율적으로 이동할 수 있도록 보장한다.
● 트랜잭션 집계: 사용자의 트랜잭션을 모아 배치로 생성하고 제로노울리지 증명을 생성한 후 외부 블록체인에서 검증하도록 제출함으로써 체인 상 데이터 부하와 거래 수수료를 줄인다.
● 미들웨어: 전체적으로 이더리움과 ZK 체인 사이에 배치된 미들웨어로 이해할 수 있으며, ZK 체인 간의 완전한 상호 운용성을 촉진한다.
3. ZK 체인(ZK Chains): 제로노울리지 증명을 생성하고 검증하여 트랜잭션의 유효성과 보안을 보장하고, 결과를 ZK Router에 제출하여 집계 및 조정을 받는다. 또한 ZK Gateway와 L1 스마트 컨트랙트를 통해 상호 연결되며, ZKStack을 사용하여 완전히 독립적으로 작동하는 맞춤형 롤업, Validium 또는 Volitions를 구축할 수 있다.
ZKsync에 따르면, 게이트웨이는 Elastic Chain의 핵심 구성 요소로서 ZK 체인이 이더리움에 원활하게 정산될 수 있도록 한다. 게이트웨이를 통해 증명과 데이터를 이더리움에 제출하면 다음과 같은 이점이 있다:
● 배치 간 및 체인 간 증명 합성으로 L1 검증 비용 감소;
● 게이트웨이로 보내는 소량 데이터에 대해 상태 차이 압축을 수행하고, 대량 배치 방식으로 L1에 효율적으로 전달;
● 체인 증명을 검증하고 모순을 방지함으로써 낮은 지연 시간의 크로스체인 브리징을 실현하며, 다수의 검증자 스테이킹을 통해 강화된다. ZK 체인은 다른 체인을 신뢰할 필요가 없다;
● 활성성: 각 ZK 체인의 활성성은 해당 검증자가 독립적으로 관리하며, 게이트웨이는 그 활성성에 영향을 주지 않으며, 체인은 게이트웨이를 자유롭게 떠날 수 있다;
● 검열 저항성: 크로스체인 강제 거래는 일반적인 L1 검열 저항 거래보다 저렴하여 모든 사용자에게 접근성이 높아진다.
ZK 체인은 ZK Gateway를 사용하지 않고 직접 이더리움에 정산할 수 있으며, 언제든지 ZK Gateway 네트워크를 자유롭게 떠날 수 있고 체인의 보안성에는 영향을 주지 않는다. ZK 체인은 ZK Gateway 사용과 직접 이더리움 정산 사이를 자유롭게 전환할 수 있다. ZK Gateway는 탈중앙화되고 무신뢰한 검증자 클러스터가 운영하여 네트워크의 탄력성과 신뢰성을 보장한다. 이 탈중앙화 검증 과정에 참여하려면 ERC20 토큰이 필요하다. ZKSync 네트워크 거버넌스는 이를 위해 특정 토큰(예: ZK 토큰)을 지정할 것이다.
검증자는 브리징 수수료와 ZK Gateway에 게시되는 상태 차이 데이터 바이트당 수수료를 수취한다. 이는 점점 더 많은 가치 거래가 체인에 올라올수록 검증자의 수입이 기하급수적으로 증가하므로, ZK Gateway에 가입할 동기를 부여한다. 동시에 검증자가 제공하는 재압축 서비스 덕분에 ZK Gateway를 통한 정산 데이터는 이더리움 네트워크에 직접 정산하는 것보다 저렴하므로, 대부분의 ZK 체인이 가입할 가능성이 높다.
삼, Polygon 2.0: Agglayer
이미지 출처: Polygon Agglayer
3.1 Agglayer 설계 근원
OP Stack과 ZK Stack과 유사하게, Polygon CDK를 사용하여 생성한 블록체인은 Agglayer에 직접 접속할 수 있으며, 통합된 브리징 및 보안 서비스를 활용하여 다른 블록체인과의 상호 운용성을 실현하고, 이것이 Polygon 2.0의 핵심 아키텍처를 구성한다.
Agglayer의 핵심 아이디어는 Umbra Research가 제안한 공유 유효성 정렬(Shared Validity Sequencing) 설계에서 유래하였으며, 이는 여러 Optimistic Rollup 간 원자적 크로스체인 상호 운용성을 실현하는 것을 목표로 한다. 공유 정렬기(sequencer)를 통해 시스템은 여러 롤업의 트랜잭션 정렬과 상태 루트 게시를 통합 처리하여 원자성과 조건부 실행을 보장한다.
구현 논리: 다음 세 가지 구성 요소를 필요로 한다:
1. 공유 정렬기: 크로스체인 트랜잭션 요청을 수신하고 처리한다;
2. 블록 구축 알고리즘: 공유 정렬기가 크로스체인 작업을 포함한 블록을 구축하여 이러한 작업의 원자성을 보장한다;
3. 공유 사기 증명: 관련 롤업 간 사기 증명 메커니즘을 공유하여 크로스체인 작업을 강제 집행한다.
기존 롤업은 이미 Layer 1과 Layer 2 간 양방향 메시지 전달 기능을 갖추고 있기 때문에, Umbra는 세 구성 요소를 보완하기 위해 MintBurnSystemContract 컨트랙트(Burn 및 Mint) 하나만 추가하였다.
작동 흐름:
1. 체인 A 상의 Burn 작업: 어떤 컨트랙트나 외부 계정이라도 호출할 수 있으며, 성공 후 burnTree에 기록된다;
2. 체인 B 상의 Mint 작업: 정렬기가 성공적으로 실행 후 mintTree에 기록된다.
불변성과 일관성:
메르클 루트의 일관성: 체인 A의 burnTree와 체인 B의 mintTree의 메르클 루트는 반드시 동일해야 하며, 이를 통해 크로스체인 작업의 일관성과 원자성을 보장한다.
시스템 운영:
공유 정렬기는 두 롤업의 트랜잭션 배치와 선언된 상태 루트를 이더리움에 게시하는 책임을 진다. 이는 중심화되거나 탈중앙화(Metis 등)될 수 있다. 정렬기는 트랜잭션을 수신하고 롤업 A와 B를 위한 블록을 구성한다. A 상의 트랜잭션이 MintBurnSystemContract와 상호작용하여 성공하면, B 상에서 해당 Mint 트랜잭션을 실행하려 시도한다. Mint 트랜잭션이 성공하면 A의 Burn 트랜잭션과 B의 Mint 트랜잭션을 모두 포함하고, 실패하면 두 트랜잭션 모두 제외한다.
3.2 Agglayer의 핵심 구성 요소
Polygon 2.0의 Agglayer에서 통합 브리지(Unified Bridge)와 비관적 증명(Pessimistic Proofs)은 핵심 구성 요소이다.
1. 통합 브리지(Unified Bridge)
기술 프레임워크:
● 크로스체인 커뮤니케이션: 통합 브리지의 핵심은 서로 다른 체인 간 원활한 통신을 실현하는 것이다. 크로스체인 커뮤니케이션 프로토콜을 통해 서로 다른 Layer2 솔루션과 이더리움 메인넷 간 데이터 및 자산 이전을 실현한다.
● 유동성 집합: 이 브리지는 서로 다른 Layer2 솔루션의 유동성을 한데 모아 사용자가 서로 다른 체인 간에 자산을 자유롭게 이동할 수 있도록 하며, 유동성 분산 문제를 걱정할 필요가 없다.
구현 논리:
● 메시지 전달: 통합 브리지는 메시지 전달 메커니즘을 통해 크로스체인 커뮤니케이션을 실현한다. 메시지는 트랜잭션 관련 정보를 포함하며, 브리지 프로토콜을 통해 체인 간 전달된다;
● 자산 잠금 및 해제: 사용자가 한 체인에서 자산을 잠글 때, 통합 브리지는 대상 체인에서 동일한 가치의 자산을 해제한다. 이 과정은 스마트 컨트랙트를 사용하여 보안성과 투명성을 보장해야 한다;
● 상호 운용성 프로토콜: 서로 다른 체인 간 상호 운용성을 보장하기 위해 통합 브리지는 표준화된 상호 운용성 프로토콜을 채택한다. 이 프로토콜은 크로스체인 트랜잭션 처리 방법, 트랜잭션 유효성 검증 방법, 잠재적 충돌 처리 방법 등을 정의한다.
이미지 출처: Aggregated Blockchains: A New Thesis
2. 비관적 증명(Pessimistic Proofs)
기술 프레임워크:
● 보안성: 비관적 증명은 사기성 트랜잭션을 방지하기 위한 보안 조치다. 트랜잭션 검증 과정에 추가적인 검증 단계를 도입하여 모든 트랜잭션이 유효함을 보장한다;
● 지연 검증: 낙관적 증명(Optimistic Proofs)과 달리, 비관적 증명은 트랜잭션이 악의적일 수 있다고 가정하고 확인 전에 전면적인 검증을 수행한다.
구현 논리:
● 초기 검증: 트랜잭션이 제출된 후 시스템은 즉시 초기 검증을 수행한다. 여기에는 트랜잭션 기본 정보와 서명 유효성 검사가 포함된다;
● 심층 검증: 초기 검증을 통과한 후, 트랜잭션은 심층 검증 단계로 진입한다. 시스템은 일련의 스마트 컨트랙트를 호출하여 트랜잭션의 복잡성과 잠재적 위험을 점검한다;
● 분쟁 해결: 검증 과정에서 문제가 발견되면 시스템은 분쟁 해결 메커니즘을 트리거한다. 이 메커니즘을 통해 사용자와 검증자가 추가 증명을 제출하여 분쟁을 해결하고 트랜잭션의 최종 유효성을 보장할 수 있다.
통합 브리지와 비관적 증명을 통해 Agglayer는 고도로 안전하고 확장 가능하며 상호 운용 가능한 블록체인 환경을 제공할 수 있다. 이러한 구성 요소들은 시스템의 보안성을 강화할 뿐 아니라 크로스체인 트랜잭션 작업을 단순화하여 사용자가 서로 다른 체인 간에 더욱 쉽게 상호작용할 수 있도록 하며, 자세한 내용은 YBB Capital 과거 기사 『모듈화에서 집합까지: Polygon 2.0의 Agglayer 핵심 탐색』(1) 참조
사, Optimism: Superchain Explainer
Optimism은 2023년 일클릭 체인 배포의 길을 가장 먼저 열었으며, 첫 번째 작업은 OP Stack을 통합 네트워크의 표준으로 만드는 것이었다. OP Stack은 이더리움 확장 솔루션인 The Optimism Superchain의 출발 플랫폼이며, 동시에 OP Stack을 사용해 구축된 모든 L2들이 상호작용하고 거래하는 허브 역할을 한다.
OP Stack에 대해서는 이미 잘 알려져 있겠지만, 간략히 설명하자면 Optimism Superchain은 공통 OP Stack 개발 스택, 브리지, 커뮤니케이션 계층 및 보안성을 공유하여 각 체인이 조율된 통신을 하고 하나의 단위처럼 작동하도록 한다. 이 구조는 다섯 가지 서로 다른 계층으로 나뉘며, 각 계층은 특정 목적과 기능을 가진다:
● 데이터 가용성 계층(DA): OP 스택 기반 체인의 원시 입력이 주로 이더리움 DA를 통해 획득됨을 결정한다;
● 정렬 계층: 사용자 트랜잭션 수집 및 전달 방식을 제어하며, 일반적으로 단일 시퀀서(sequencer)가 관리한다;
● 파생 계층: 원시 데이터를 롤업을 주로 사용하여 실행 계층의 입력으로 가공한다;
● 실행 계층: 시스템 상태 구조와 전환 기능을 정의하며, 이더리움 가상 머신(EVM)이 중심 모듈이다;
● 결제 계층: 외부 블록체인이 기반된 증명을 통한 오류 증명(fault proof)을 통해 OP 스택 체인의 유효한 상태를 확인할 수 있게 한다.
Elastic Chain과 Agglayer에 비해 Optimism Superchain은 가장 먼저 등장하여 시장을 선점했으며, Base를 성공시키고 매일 가스 지출에서 대부분의 비용을 차지함으로써 Base의 체인 상 활성화 정도를 직관적으로 반영했다.
이미지 출처: Dune Optimism - Superchain Onchain Data
오, 일클릭 체인 배포에 대한 주관적 고찰
5.1 AggLayer, Superchain, Elastic Chain 경쟁 전망
(본 장은 필자의 개인적 견해임)
위 세 가지 확장 방안은 모두 각자의 롤업 확장 서사를 연장한 것으로, 시장 성숙도 측면에서 OP Stack과 Superchain이 먼저 시장을 선점했으며, Base는 이미 가장 성공적인 대표 사례가 되었다.
AggLayer는 원시 호환성에서 우위를 가지며, 기존 이더리움 네트워크에서 바로 실행 가능하고, 하위 프로토콜에 대규모 수정이 필요 없으므로 기존 이더리움 사용자와 개발자에게 수용되기 쉽다. 이 방안의 장점은 기존 이더리움 네트워크를 효과적으로 활용할 수 있다는 것이며, 도전 과제는 집계 프로세스의 보안성과 신뢰성을 어떻게 보장할 것인지에 있다.
Elastic Chain은 현재 단계에서 우선 ZKsync 생태계 발전과 커뮤니티 건설 여부를 판단해야 한다. 만약 ZKsync 자체가 성장하지 못한다면, Elastic Chain이 후에 개발자를 유치하고 커뮤니티 열정을 유지하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 시장과 기술 관점 모두에서 단기적으로는 OP를, 장기적으로는 ZK를 주목해야 한다.
또한 위 세 가지 방안은 모두 롤업의 원생 문제인 중앙집중화 정도가 높다는 문제를 야기한다. 최근 등장한 Based Rollup 확장 방안은 미래에 잠재적 경쟁자로 떠오를 수 있는데, 이는 정렬기를 직접 L1인 이더리움 자체에 맡겨 L2가 추가적인 정렬기나 복잡한 검증 단계를 필요로 하지 않게 한다. 이러한 보다 원시적인 확장은 일부 잠재적 MEV 문제를 초래할 수 있지만, 이후 발전은 여전히 주목할 만하다.
이미지 출처: ZKsync - Introducing the Elastic Chain
5.2 롤업의 미래 발전 추세와 응용 혁신
전반적으로 보면 "일클릭 체인 배포"의 추진으로 인해 이더리움의 주류 확장 방식인 롤업의 수는 계속 증가할 것이다. 2023년 비트코인 생태계의 대폭발조차도 원생 확장이 아닌 많은 이더리움 확장 로직을 참고했다. 시장의 혁신이 부족한 상황에서 롤업의 응용 혁신과 영향력은 제한적일 수 있다.
각 VM 체인마다 시장 변화와 관계없이 TVL이 여전히 주요 지표이므로 가장 먼저 등장하는 응용은 각종 DeFi 프로토콜이 될 것이다. 그 외에도 SocialFi 프로토콜과 NFT 거래 시장이 등장할 수 있다.
기타 분야에서는 DePIN이 롤업과 L1에서 발전하기 어렵고, 선두는 솔라나(Solana)에 등장할 가능성이 높다. RWA 개념은 L1에서 발전할 가능성이 크나 롤업에서는 자신감이 부족하다. GameFi도 등장할 수 있으나 대형 게임은 GameFi에 특화된 롤업에서만 기회가 있을 것이다. 따라서 현재 단계에서 가장 확실한 응용은 여전히 DeFi 계열이다.
그러나 블록체인의 마태 효과는 명확하며, 멀티체인 시대의 도래로 자원은 선두 프로젝트에 집중되고 강자는 더욱 강해지며 약자는 도태될 것이다.
참조 링크
(1) 모듈화에서 집합까지: Polygon 2.0의 Agglayer 핵심 탐색
참고 문헌
【1】Introducing the Elastic Chain
https://zksync.mirror.xyz/BqdsMuLluf6AlWBgWOKoa587eQcFZq20zTf7dYblxsU
【2】zkSync Protocol Upgrade v24: New precompiles, more blobs, Validiums, and more. #519
https://github.com/zkSync-Community-Hub/zksync-developers/discussions/519
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