Rollup 상호 운용성 발전 연구: 왜 ZK Rollup이 최적의 해법인가?
번역: 백화블록체인
롤업이 이더리움 확장성의 핵심으로 자리 잡음에 따라, L2 간 상호운용성은 롤업 중심 로드맵 성공을 위해 필수적이다. L2의 단편화는 비효율성을 초래하고 채택 속도를 저하시킬 수 있다.
몇 달 전 우리는 「2024년 롤업 상호운용성 현황」에 대한 연구를 발표했다. 아래는 그 결과 요약이다.
1. 현재 문제: L2 단편화
Arbitrum, zkSync, Optimism 등의 L2 롤업은 서로 독립적으로 작동하며, 체인 간 통신은 비용이 높고 느리다. 원활한 크로스-롤업 거래가 없다면 이더리움 생태계는 지속적으로 단편화되어 유동성과 조합성이 제한될 것이다.
2. 옵티미스틱 롤업: 표준 브릿지의 문제점
롤업 브릿지는 이더리움 L1에 상태를 증명함으로써 보안을 계승한다. 그러나 OP 롤업은 '챌린지 윈도우'로 인해 지연(일반적으로 7일)이 발생한다.
이러한 지연은 크로스체인 거래의 병목 현상이 된다. 누구도 DEX 거래를 완료하기 위해 일주일을 기다리고 싶어하지 않는다!
3. ZK 대안
ZK 롤업은 제로지식 증명을 사용하여 더 빠른 최종성을 제공하지만, 여전히 브릿지 최종성에 몇 시간이 소요된다(@zksync Era: 21시간, @Starknet: 9시간). 지연은 주로 실행 버퍼와 L1에서의 고비용 증명 검증에서 비롯된다. ZK 증명 검증은 OP 롤업보다 빠르지만 여전히 계산량이 크다.
출처: @l2beat
4. 키스토어 롤업: 계정 관리 간소화
작년, @VitalikButerin 은 VM(가상머신) 전체가 아닌 계정 키 저장에 집중하는 키스토어 롤업을 제안했다. L1에 저장된 키의 Merkle 증명을 사용해 트랜잭션을 검증하면, 다양한 롤업 간 지갑 상호작용이 간소화된다. 사용자는 메인 지갑에서 여러 L2 계정을 검증하고 관리할 수 있어 UX가 향상된다.
그러나 비탈릭의 초기 설계 외에도 현재 세 가지 주요 키스토어 롤업 모델이 존재한다:
1) @Scroll_ZKP 방식: 키스토어 데이터를 L1에 저장하고, zkEVM 롤업이 L1SLOAD 사전 컴파일을 통해 계정 설정을 동기화하여 저렴한 L1 읽기를 구현한다.
2) @base 설계: 상태 루트만 L1에 저장하고, calldata를 사용해 트랜잭션 순서를 정한다. L2 간 계정 데이터 동기화에는 Merkle 증명을 활용한다.
3) @0xStackr 설계: Base와 매우 유사하나, 최소한의 가상머신을 사용하는 '마이크로 롤업' 프레임워크를 채택했다.
이러한 진전에도 불구하고, 증명 검증의 가스 비용은 여전히 중요한 과제이다.
5. Aligned Layer: 효율적인 ZK 증명 검증
@alignedlayer 는 ZK 롤업의 고비용 증명 검증 문제를 해결한다. @EigenLayer 의 AVS로서, 담보된 검증자를 활용해 이더리움 검증자가 극도로 낮은 비용으로 ZK 증명을 검증할 수 있도록 한다.
Aligned는 각 증명당 검증 비용을 3000 가스로 낮춰, 이더리움 L1에서는 거의 제로에 가깝게 만들며 소규모 롤업에 확장 가능한 솔루션이 된다.
하지만 이는 신뢰 가정을 도입하는데, 특정 롤업의 총 TVL이 담보된 금액을 초과하면 공격이 수익성을 가질 수 있다.
6. 증명 집계 레이어: 증명 효율성 향상
증명 집계는 여러 ZK 증명을 하나의 단일 증명으로 결합해 체인 상 검증 부담을 줄이는 혁신이다.
주요 두 가지 증명 집계 프로토콜:
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범용 집계: 다양한 증명 유형(Groth16, Halo2, Plonky2)을 지원하며 애플리케이션의 가스 비용을 절감한다.
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집계 롤업 브릿지: @0xPolygon 의 AggLayer 및 @zksync 의 Hyperbridge 등 ZK 스택 내장형으로, 검증 비용을 최소화하고 크로스-롤업 조합성을 강화한다.
7. 효율적인 인텐트 기반 브릿지 및 Keystore+ 롤업
대부분의 크로스체인 브릿지, 예: @StargateFinance (@LayerZero_Core 사용),는 메시지 기반이다. 소스 체인에서 토큰을 잠그고, 타겟 체인에 메시지를 보내며, 동일한 양의 토큰을 해제한다. 그러나 이 방법은 메시지 전달 프로토콜에 신뢰 측면에서 크게 의존한다.
반면 인텐트 기반 브릿지는 메시지 전달 필요성을 제거한다.
어떻게 작동하는가?
자금은 '크로스체인 주문' 형태로 잠겨지고, 누구든지 타겟 체인에서 토큰을 전송함으로써 이를 이행할 수 있다. 이행자는 타겟 체인에서 트랜잭션이 확인된 후 소스 체인에서 잠긴 자금을 인출할 수 있다.
예: @AcrossProtocol 같은 프로토콜은 @UMAprotocol 과 같은 옵티미스틱 오라클을 활용해 최종성이 도달하기 전에 L2의 최종 상태를 가져온다.
통합된 모든 체인 ENS
모든 롤업에서 사용할 수 있는 단일 이더리움 도메인 네임 서비스(ENS) 주소를 상상해보자. 키스토어 롤업은 바이트코드 호환 체인에 미니 계정을 배포함으로써 이를 가능하게 한다.
CREATE2 및 멀티체인 팩토리를 사용하면 사용자는 모든 롤업에서 동일한 주소를 유지할 수 있어 계정 관리와 전반적인 사용자 경험을 단순화한다.
Keystore+ 롤업의 정렬 메커니즘
정렬(ordering)은 롤업 상호운용성의 또 다른 핵심 요소이다. 키스토어 롤업에서 중앙집중식 정렬기는 분산형 정렬 메커니즘으로 대체될 수 있으며, 단일 실패 지점을 제거하고 검열 저항성을 강화한다.
분산형 정렬 메커니즘은 약 12초의 시간 창 내에 트랜잭션을 처리할 수 있게 하여, 탈중앙화를 훼손하지 않으면서도 빠른 크로스-롤업 거래를 보장한다.
8. 왜 우리는 공유 정렬에 의존하지 않는가?
공유 정렬은 OP 롤업 상호운용성의 해결책으로 자주 논의되지만, 우리의 연구는 그 한계를 드러낸다. 공유 정렬은 단일 정렬기가 여러 롤업을 관리하도록 허용하여 중앙집중화를 초래하며, 롤업 생태계에 대한 과두제 통제를 유발할 수 있다.
반면, 공유 증명 집계 브릿지를 채택한 ZK 롤업은 다수의 롤업 간 빠른 최종성을 실현하면서도 탈중앙화를 유지한다. 이는 더 지속 가능하고 안전한 롤업 상호운용성 솔루션이다.
이 연구는 기본적으로 ZK 롤업과 ZK 기술에 초점을 맞추는데, OP 롤업은 본질적으로 빠른 객관적 최종성을 갖지 못하기 때문이다. 오직 ZK 증명을 통해서만 객관적 최종성이 가능하며, 이는 ZK 롤업을 장기적인 상호운용성 솔루션으로서 이상적으로 만든다.
옵티미스틱 롤업이 이러한 측면에서 제한적이지만, 그 생태계 내에서도 눈에 띄는 발전이 있다. 예를 들어 Optimism은 유효성 중심 설계를 연구 중이며, 몇 달 전 @RiscZero 와 협력하여 새로운 통합을 탐색했다.
9. ZK 롤업 vs OP 롤업
제로지식 증명을 사용함으로써 ZK 롤업은 OP 롤업보다 트랜잭션을 훨씬 빠르게 확정할 수 있다. OP 롤업은 최대 7일까지의 챌린지 기간이 필요하지만, ZK 롤업은 그렇지 않아 크로스-롤업 상호운용성에서 명백한 이점을 갖는다.
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ZK 롤업의 장점: 독립적인 증명 집계를 통해 ZK 롤업은 중앙화 우려 없이도 다양한 롤업 간 조합성을 실현할 수 있다.
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현재 옵티미스틱 롤업의 상태: 일부 기술적 한계에도 불구하고, @Optimism, @arbitrum, @base 와 같은 옵티미스틱 롤업은 강력한 생태계, 우수한 개발 도구 및 사용자 친화적인 인프라로 시장을 주도하고 있다.
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