비트코인 확장 시대의 도래
글: Biteye 핵심 기여자 Wilson Lee
편집: Biteye 핵심 기여자 Crush
01 개요
비트코인이 범용 컴퓨팅을 구현할 수 없다는 점은 누구나 아는 한계로, 이더리움을 포함한 다수의 초기 공개 블록체인들이 이를 극복하고자 노력해왔으며, 비트코인은 여전히 '디지털 골드'로서의 위치를 고수하고 있다.
아이콘(Inscriptions), 룬(Runes) 등 새로운 비트코인 자산이 인기를 끌게 된 이후 시장은 '디지털 골드'의 확장을 통해 엄청난 잠재력을 인식하게 되었고, 다양한 비트코인 확장 방안들이 속속 등장하며 번성하는 양상을 보이고 있으며, 특히 주목받는 것이 바로 OP_CAT 복구 방안이다.
OP_CAT 도입 조건 하에서 STARK 기술은 비트코인 상에서 제로노울리지 증명(ZKP) 검증을 가능하게 하며, 진정한 의미의 범용 컴퓨팅 능력을 비트코인에 제공할 수 있게 된다.
올해 7월, StarkWare는 비트코인에서 OP_CAT 활성화의 장단점을 연구하기 위한 100만 달러 규모의 OP_CAT 연구 펀드를 설립했다. 이처럼 StarkWare는 비트코인 OP_CAT 시대에 그 실력을 발휘할 거대한 잠재력을 지니고 있음을 쉽게 확인할 수 있다.
02 OP_CAT의 과거와 현재
OP_CAT의 사라짐
OP_CAT은 비트코인 스크립트 내의 하나의 연산 코드(opcode)로, 스택(stack) 내 두 요소를 하나로 연결하는 기능을 한다. 이는 복잡한 트랜잭션 스크립트 작성 시 매우 유용하며, 스크립트의 유연성을 높이는 데 기여한다.
비트코인 스크립트는 스택 기반 프로그래밍 언어이며, 연산 코드(OpCode)는 그 저층의 기본 명령어이다. 비트코인 스크립트는 이러한 연산 코드를 사용하여 조건 판단, 서명 검증 등의 기능을 수행하지만, 계산 능력은 상대적으로 제한적이다.
이더리움은 가상머신(EVM) 도입을 통해 블록체인에 더 강력한 계산 능력을 부여하였다. EVM은 개발자가 임의의 복잡한 스마트 계약을 작성할 수 있도록 허용한다. EVM 역시 컴퓨터에 기본 명령을 내리는 연산 코드에 의존하며, 비트코인의 연산 코드와 유사하지만 기능이 더욱 광범위하다.
핵심 차이점은 비트코인의 연산 코드가 주로 트랜잭션 유효성 검증에 사용되는 반면, 이더리움의 연산 코드는 더 복잡한 논리를 실행하는 데 사용된다는 점이다. 이러한 차이로 인해 이더리움은 범용 컴퓨팅을 가능케 하지만, 비트코인은 계산 능력이 상대적으로 제한된다.
블록체인의 탈중앙화 특성상 계산 자원은 매우 귀중하므로, 악의적인 공격(예: DDOS)으로 인한 자원 남용을 방지해야 한다. 이더리움은 gas limit을 통해 각 트랜잭션의 계산 자원 소모를 제어하며, gas가 소진되면 트랜잭션 실행이 즉시 중단되어 전체 네트워크가 단일 트랜잭션의 무한한 계산에 빠지는 것을 막는다.
OP_CAT은 스택 요소를 연결함으로써 단일 계산에 더 많은 논리를 도입할 수 있지만, 동시에 DDOS 위험에도 노출된다.
나카모토 사토시는 보안상 이유로 2010년 OP_CAT 연산 코드를 삭제하여 공격 면을 줄였으며, 이로 인해 비트코인은 일정 부분의 스크립트 유연성을 상실하게 되었다. 특히 데이터 결합이 필요한 경우 이러한 한계가 두드러진다.
OP_CAT의 부활: 확장과 논란
비트코인 네트워크의 확장과 더 많은 기능 요구가 나타나면서 커뮤니티는 OP_CAT을 재검토하기 시작했으며, 이것이 확장 방안에서 중요한 역할을 할 수 있다고 생각하게 되었다.
최근 들어 OP_CAT 재도입에 대한 논의는 계속해서 뜨거워지고 있으며, 특히 비트코인 확장 및 스마트 계약과의 잠재적 연관성 측면에서 그렇다. 또한 Taproot 등 비트코인 프로토콜의 업데이트와 함께 보안성 및 메모리 사용에 대한 우려도 점차 해결되고 있어 OP_CAT 재활성화에 대한 요구가 다시금 높아지고 있다.
2023년 10월, 개발자인 이단 하일먼(Ethan Heilman)과 아민 사부리(Armin Sabouri)가 제안한 OP_CAT 제안서가 널리 주목받았다.
이 제안은 소프트포크를 통해 OP_CAT 연산 코드를 복구하는 것을 목표로 하며, 이는 비트코인 스크립트의 기능성을 크게 향상시키고, 특히 Tapscript(비트코인 Taproot 트랜잭션 스크립트 언어)에서 복잡한 계약 기능을 구현할 수 있게 한다.
아이콘과 룬의 인기가 치솟으면서 올해 OP_CAT에 대한 논의는 더욱 공식화되었다. 커뮤니티의 추진으로 OP_CAT 제안은 정식으로 BIP-420(BIP는 비트코인 개선 제안서) 번호를 부여받았다.
이후 해당 번호는 BIP-347로 변경되었다. BIP-347의 주요 목적은 더 복잡한 조건(즉, '협정')을 도입하여 더 복잡한 스마트 계약, 크로스체인 브릿지, 체인 상 거래 등을 가능하게 하는 것이다. 이러한 협정의 구현은 비트코인 내에서 '금고형' 거래, 역방향 결제, 정기 결제, 에스크로 및 채권과 같은 복잡한 금융 도구 등을 도입할 수 있게 한다.
OP_CAT은 잠재적 이점을 제공하지만 몇 가지 도전 과제도 안고 있다. 예를 들어, 이 개선을 시행하면 비트코인의 복잡성이 증가하고 보안 및 네트워크 포크의 위험이 발생할 수 있다. 또한 일부 커뮤니티 구성원들은 신규 기능이 비트코인의 단순성과 보급성에 영향을 미칠까 우려하고 있다.
따라서 OP_CAT의 부활이 가져올 영향은 계속된 논의와 탐색이 필요하다.
03 왜 STARK인가?
STARK는 StarkWare가 개발한 제로노울리지 증명 시스템이다. 잘 알려진 SNARK와 마찬가지로, STARK는 복잡한 프로그램의 실행 과정을 검증이 용이한 제로노울리지 증명으로 변환함으로써 확장성을 실현한다. 이러한 방식은 다수의 트랜잭션 계산량을 크게 압축하고, 그 정확성을 신속하게 검증할 수 있다.
제로노울리지 증명의 기본 개념
제로노울리지 증명 기술의 핵심 아이디어는 복잡한 계산 결과를 간단하고 빠르게 검증 가능한 '명제'로 전환하는 것이다. 검증자는 계산 과정을 다시 수행하지 않아도 결과의 정확성을 확인할 수 있다.
예를 들어, 복잡한 계산 과정이 몇 초 또는 몇 분이 걸린다고 가정하자. 검증자가 그 결과의 정확성을 확인하고 싶다면 가장 직접적인 방법은 동일한 시간을 들여 다시 계산하는 것이다. 그러나 전체 계산 과정을 제로노울리지 증명으로 전환하면 검증 과정을 밀리초 단위로 줄일 수 있다.
STARK와 SNARK의 기술적 차이
STARK와 SNARK의 핵심 차이는 그들이 사용하는 수학적 기반이다. 즉, 어떤 수학적 방법을 사용하여 제로노울리지 증명을 계산하고 검증하는가의 문제이다.
SNARK는 주로 타원곡선 페어링 연산(elliptic curve pairing operations)에 의존한다. 이 연산 방식은 간결한 제로노울리지 증명을 가능하게 하지만, 해시 연산은 포함하지 않는다. 또한 SNARK 연산은 타원곡선의 성질에 의존하기 때문에 특정 응용 시나리오에서는 제약을 받을 수 있다.
반면 STARK는 해시 함수와 다항식 커밋먼트(polynomial commitment)에 완전히 의존하여 핵심 연산을 수행한다. 해시 함수는 비트코인 등 블록체인 시스템에서 널리 사용되는 암호학적 도구로, 임의 길이의 입력을 고정 길이 출력으로 매핑함으로써 효율적인 계산과 강력한 보안성을 제공한다.
적합성: STARK와 비트코인
비트코인 시스템 자체가 해시 계산을 중심으로 구축되어 있기 때문에, STARK의 연산 방식은 비트코인의 원생 연산 방식과 매우 높은 호환성을 갖는다.
STARK의 해시 연산은 비트코인의 기존 해시 계산 로직과 더욱 직접적으로 통합될 수 있다. 이러한 적합성은 STARK가 비트코인 네트워크에서 제로노울리지 증명을 더 효율적으로 구현할 수 있음을 의미하며, 비트코인의 기존 연산 메커니즘에 큰 수정 없이도 가능하다는 장점을 가진다.
왜 OP_CAT이 전제조건인가?
OP_CAT의 역할은 스택 내 요소들을 연결하는 것으로, 복잡한 제로노울리지 증명 검증 스크립트 작성에 필수적이다. OP_CAT을 통해 비트코인 스크립트는 여러 데이터 세그먼트의 조합을 보다 유연하게 처리할 수 있으며, 검증 과정에서 더욱 복잡한 논리 구조를 지원할 수 있게 된다. 이는 STARK 도입을 가능하게 하며, OP_CAT이 STARK 증명 검증을 구현하기 위한 필수적인 스크립트 능력을 제공하기 때문이다.
구체적으로 말하면, OP_CAT 도입은 비트코인이 STARK 증명 생성 및 검증 과정에서 불가결한 결합, 검증, 반복 연산과 같은 복잡한 데이터 조작을 지원할 수 있게 한다. OP_CAT을 통해 비트코인은 튜링 완전성을 도입하지 않더라도 효율적인 검증과 보안성을 유지하면서 STARK 기술을 비트코인 네트워크에 적용할 수 있게 된다.
04 결론과 전망
업계의 새롭게 부상한 주축인 비트코인 확장은 업계의 지속 가능한 발전에 있어 매우 중요하다. 이 분야에서 StarkWare는 제로노울리지 증명과 확장 기술 분야의 선도적 위치를 바탕으로 강력한 혁신 능력을 보여주고 있다.
그러나 STARK의 성공적인 적용은 여전히 OP_CAT과 같은 기능들의 추가적 발전에 의존하고 있다. 우리는 다양한 기술 팀들이 이 분야에서 끊임없이 노력하고 탐색해 나가며, 공동으로 비트코인 생태계의 진화를 이끌어가기를 기대한다.
미래를 전망해보면, OP_CAT 도입과 함께 StarkWare는 새로운 시대에 빛을 발할 수 있을 것이며, 블록체인 확장 분야에서의 선두 위치를 더욱 공고히 할 것으로 기대된다. 우리는 StarkWare가 비트코인 확장과 네트워크 효율성 향상에 기여할 잠재력을 긍정적으로 평가하며, 블록체인 기술에 더 많은 돌파구와 혁신을 가져올 것을 기대한다.
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