전용 ZK와 일반 ZK, 어느 쪽이 미래를 열 것인가?
글: mo
번역: Luffy, Foresight News
전문화와 일반화, ZK의 미래는 어느 쪽일까? 한 장의 그림으로 이 질문에 답해보려 합니다.
그림에서 보듯이, 미래에 우리가 전용과 일반화 사이의 어떤 마법 같은 최적점으로 수렴할 수 있을까요?
아니요. 오프체인 검증 가능한 컴퓨팅의 미래는 연속적인 곡선이며, 전용 ZK와 일반 ZK 간의 경계를 흐릿하게 만듭니다. 먼저 이러한 용어들의 역사적 발전과 향후 통합 방식을 설명드리겠습니다.
2년 전만 해도 '전용' ZK 인프라는 circom, Halo2, arkworks 등의 저수준 회로 프레임워크를 의미했습니다. 이러한 프레임워크로 구축된 ZK 애플리케이션은 본질적으로 수작업으로 작성된 ZK 회로였습니다. 특정 작업에서는 빠르고 비용 효율적이었지만 개발 및 유지보수가 어려웠습니다. 이들은 현재 IC(집적회로) 산업의 다양한 전용 집적회로 칩(물리적 실리콘 칩), 예를 들어 NAND 칩이나 컨트롤러 칩 등에 비유할 수 있습니다.
하지만 지난 2년간 전용 ZK 인프라는 점차 더 '일반화'되어 왔습니다.
현재 우리는 ZKML, ZK 코프로세서, ZKSQL 프레임워크를 보유하고 있으며, 이들은 단 한 줄의 ZK 회로 코드도 작성하지 않고도 다양한 유형의 ZK 애플리케이션을 쉽게 만들 수 있는 사용자 친화적이고 고도로 프로그래밍 가능한 SDK를 제공합니다. 예를 들어 ZK 코프로세서는 스마트 계약이 신뢰 없이 블록체인의 과거 상태, 이벤트, 거래에 접근하고, 이 데이터를 기반으로 임의의 계산을 수행할 수 있게 해줍니다. ZKML은 스마트 계약이 AI 추론 결과를 신뢰 없이 활용하여 다양한 머신러닝 모델을 처리할 수 있도록 지원합니다.
이러한 진화된 프레임워크는 여전히 성능과 비용 면에서 우수성을 유지하면서도 추상화 계층(SDK/API)이 얇고 거의 베어메탈 회로에 가까워, 목표 분야 내에서 프로그래밍 가능성을 크게 향상시켰습니다.
이는 IC 시장의 GPU, TPU, FPGA와 유사합니다. 즉, 특정 분야에 특화되면서도 프로그래밍 가능한 전문가입니다.
지난 2년간 ZKVM(ZK 가상머신) 또한 급격한 발전을 이루었습니다. 주목할 점은 모든 일반 ZKVM들이 저수준의 전용 ZK 프레임워크 위에 구축되고 있다는 사실입니다. 여기서 핵심 아이디어는 고급 언어(심지어 SDK/API보다 더 사용자 친화적)로 ZK 애플리케이션을 작성하면, 이를 RISC-V 또는 WASM과 유사한 전용 회로 및 명령어 세트 조합으로 컴파일할 수 있다는 것입니다. 이들은 IC 산업의 CPU 칩과 같습니다.
ZKVM은 저수준 ZK 프레임워크 위에 존재하는 추상화 계층이며, ZK 코프로세서 등과 마찬가지입니다.
한 현명한 사람이 말했듯이, 추상화 계층 하나면 컴퓨터 과학의 모든 문제를 해결할 수 있지만 동시에 새로운 문제도 발생시킵니다. 트레이드오프(trade-off)가 바로 핵심입니다. 근본적으로 ZKVM은 성능과 일반성 사이에서 트레이드오프를 선택합니다.
2년 전만 해도 ZKVM의 '베어메탈' 성능은 매우 열악했습니다. 그러나 짧은 2년 만에 ZKVM의 성능은 눈부신 발전을 이뤘습니다.
왜 그럴까요?
왜냐하면 이러한 '일반' ZKVM들이 점점 더 '전문화'되고 있기 때문입니다. 성능 향상의 핵심 요소 중 하나는 '사전 컴파일(pre-compile)'입니다. 사전 컴파일은 SHA2나 각종 서명 검증과 같은 일반적인 고급 프로그램을 계산하는 특수 목적의 ZK 회로인데, 이를 일반적인 명령어 회로 조각들로 나누는 것보다 훨씬 빠른 속도로 실행됩니다.
따라서 현재의 추세는 매우 명확합니다.
전용 ZK 인프라는 점점 더 일반화되고 있고, 반대로 일반 ZKVM은 점점 더 전문화되고 있습니다.
지난 몇 년간 두 가지 접근 방식 모두 이전보다 훨씬 더 나은 트레이드오프 지점을 달성했습니다. 즉, 다른 요소를 희생하지 않고도 한 요소의 성능을 개선했습니다. 그래서 각자 모두 "우리가 확실히 미래다"라고 주장하는 것입니다.
하지만 컴퓨터 과학의 지혜는 우리에게 언젠가는 '파레토 최적 벽(Pareto Optimal Wall, 녹색 점선)'에 도달하게 될 것이라고 알려줍니다. 즉, 다른 성능 요소를 희생하지 않고는 한 요소의 성능을 더 이상 개선할 수 없는 지점입니다.
따라서 백만 달러짜리 질문이 생깁니다. 결국 한 기술이 다른 기술을 완전히 대체하게 될까요?
IC 산업을 참고해 생각해보겠습니다. CPU 시장 규모는 1260억 달러이고, 전체 IC 산업(모든 '전용' IC 포함)은 5150억 달러입니다. 미시적 관점에서 보면 역사가 여기서도 반복될 것이며, 서로 완전히 대체하지는 않을 것이라 확신합니다.
하지만 오늘날 아무도 "저기, 제가 전적으로 일반 CPU로 구동되는 컴퓨터를 쓰고 있어요", 혹은 "저기, 전용 IC로 구동되는 멋진 로봇이에요"라고 말하지 않습니다.
맞습니다. 우리는 이 문제를 거시적인 관점에서 바라봐야 하며, 미래에는 개발자들이 자신의 요구에 따라 유연하게 선택할 수 있는 트레이드오프 곡선이 존재할 것입니다.
미래에는 전용 ZK 인프라와 일반 ZKVM이 협력할 수 있습니다. 이는 여러 형태로 구현될 수 있으며, 가장 간단한 방법은 이미 현실화되었습니다. 예를 들어, ZK 코프로세서를 사용해 블록체인 거래 이력에서 일부 계산 결과를 생성할 수 있습니다. 하지만 그 위의 비즈니스 로직이 너무 복잡해서 SDK/API로 표현하기 어려울 수도 있습니다.
이 경우 고성능·저비용의 ZK 증명을 통해 데이터와 중간 계산 결과를 얻은 후, 증명 재귀(proof recursion)를 통해 이를 일반 VM에 통합할 수 있습니다.
저는 이런 논쟁이 흥미롭다고 생각하지만, 우리 모두가 체인 외부의 검증 가능한 컴퓨팅 기반의 비동기 컴퓨팅 미래를 블록체인 상에 구축하고 있다는 점을 알고 있습니다. 앞으로 몇 년 안에 대규모 사용자 채택을 이끌 사례들이 등장함에 따라, 이 논쟁도 자연스럽게 결론이 날 것이라 믿습니다.
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