StarkNet Alpha, 이더리움 메인넷에 출시되다: ZK-Rollups와 이더리움 확장성의 여정을 한 문장으로 이해하기
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StarkNet Alpha, 이더리움 메인넷에 출시되다: ZK-Rollups와 이더리움 확장성의 여정을 한 문장으로 이해하기
현재 블록체인 상의 애플리케이션 프로젝트들이 이더리움 블록 공간에 대한 수요가 매우 크지만, 블록 공간은 한정되어 있어 네트워크가 쉽게 혼잡해지고, 거래 확인 속도가 느려지며 가스 수수료가 높아지는 문제가 발생한다.
Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰글: Timothy Craig
번역: zombit
지난날 이더리움 메인넷에 스타크넷 알파(StarkNet Alpha)가 상용화되며 주목받고 있는 ZK 롤업 확장 솔루션이 공식 출시되었다. 이 솔루션은 현재 이더리움에서 발생하는 높은 수수료 문제를 완화하는 데 기여할 전망이다. 이미 여러 확장 솔루션이 실제로 사용되고 있지만, ZK-롤업(Zero-Knowledge Rollup) 기술은 여전히 최적의 확장성 해법으로 평가받고 있다. 그 이유는 무엇일까?
이더리움 확장성 문제
높은 가스비(gas fees)는 이더리움의 주요 문제로 자리 잡았다. 거래 수수료가 ETH로 지불되기 때문에 자산 가격이 상승하면 네트워크 이용 비용도 함께 증가한다. 올해 ETH는 460% 상승했으며, 이는 달러 기준 거래 비용 역시 460% 늘어났음을 의미한다. 또한 거래 수수료는 네트워크 혼잡도에도 영향을 받는데, 현재 많은 블록체인 애플리케이션이 이더리움의 블록 공간을 필요로 하지만 블록 용량은 제한적이기 때문에 네트워크가 쉽게 혼잡해지고, 거래 확인 속도가 느려지며 가스비가 급등하게 된다.
높은 네트워크 이용 비용은 사용자들이 탈중앙화금융(DeFi)과 NFT에 참여하는 것을 막는 장벽이 되었으며, DAO 참여 기회조차 잃게 만들었다. 많은 암호화폐 애호가들이 이미 솔라나(Solana, SOL)와 어벌랜치(Avalanche, AVAX) 같은 다른 1층 블록체인으로 이동하고 있다.
이더리움 거래 가스 가격 중앙값
지난 몇 년간 이더리움의 네트워크 혼잡과 거래 비용 문제를 완화하기 위한 다양한 확장 솔루션이 개발되어 왔다. 폴리곤(Polygon)은 2019년 출시된 이후 가장 큰 관심을 받은 이더리움 확장 솔루션으로 꼽히며, 플라즈마(Plasma)라는 확장 방식을 사용한다. 이 방식은 거래를 메인 이더리움 블록체인에서 전용 사이드체인으로 이전함으로써 처리한다. 많은 이더리움 기반 DeFi 앱들이 폴리곤 위에 구축되었으며, 대표적으로 크라브(Curve, CRV)와 아베(Aave, AAVE)가 있다.
폴리곤 네트워크는 낮은 거래 수수료로 성공적으로 사용자를 유치했지만, 보안성과 중심화 문제로 인해 진정한 확장 솔루션이 아니라는 비판을 받아왔다. 해당 네트워크는 자체적인 PoS 합의 메커니즘을 운영하며, 이더리움 메인넷을 통해 거래를 검증하지 않기 때문이다. 원고 마감 시점 기준,
폴리곤 네트워크 상위 25개 블록 검증자 점유율
롤업(Rollup)
최근 롤업 확장 솔루션이 이더리움 커뮤니티에서 큰 화제가 되고 있다. 롤업은 말 그대로 계산 데이터를 '묶어서' 유효성 증명(Validity Proof)만을 이더리움 메인넷으로 전송하는 방식이다. 이를 통해 블록 공간을 절약하고 메인넷에 제출되는 데이터 양을 줄일 수 있으며, 여러 사용자가 거래를 묶음 처리함으로써 가스비를 분담할 수 있다. 롤업은 사용자에게 거의 실시간에 가까운 거래 속도를 제공하며, 비용을 50~200배까지 절감하면서도 이더리움 메인넷의 보안성과 탈중앙화 특성을 유지한다.
현재 롤업 솔루션에는 두 가지 유형이 존재한다: 옵티미스틱 롤업(Optimistic Rollup)과 제로지식 롤업(Zero-Knowledge Rollup, ZK-Rollup).
옵티미스틱 롤업이란?
옵티미스틱 롤업은 메인체인으로 전송된 거래가 정당하다고 가정한다. 다만 검증인이 '사기 증명(Fraud Proof)'을 제출하여 해당 거래가 부정행위임을 입증할 경우에만 거래가 거부된다. 즉, 옵티미스틱 롤업은 '죄가 입증될 때까지 무죄'라는 접근 방식으로 거래를 검증한다.
현재 옵티미스틱 롤업은 실제 적용 사례가 나타나고 있는데, 이는 개발자들이 해당 네트워크에서 앱을 구축하기가 비교적 쉬우며, 전체 스마트 계약 기능을 직접 지원하기 때문이다. 개발자는 이더리움의 프로그래밍 언어인 솔리디티(Solidity)를 그대로 활용할 수 있다. L2beat의 데이터에 따르면, 현재 가장 큰 옵티미스틱 롤업 네트워크인 아비트럼(Arbitrum)은 DeFi 앱에서 25억 달러 이상의 총 예치 가치(TVL)를 유치했으며, 이더리움상의 다수 인기 DeFi 앱들을 운영 중이다.
그러나 옵티미스틱 롤업의 검증 방식은 몇 가지 도전 과제를 안고 있다. 메인넷으로 자금을 회수할 때 최대 일주일에 달하는 도전 기간(Dispute Time Delay)이 필요하며, 이는 사용자에게 불편을 초래하고 조합성(composability)을 저해한다. 옵티미스틱 롤업은 폴리곤과 같은 플라즈마 기반 솔루션보다 발전했지만, 일반적으로 ZK-롤업에 비해 열등하다고 여겨진다. 옵티미스틱 롤업은 최대 77배의 확장성 향상을 제공하지만, ZK-롤업은 최대 500배의 향상을 제공하며 도전 기간도 없다.
ZK-롤업이란?
ZK-롤업은 거래를 메인넷에 제출할 때 해당 거래가 정당함을 증명하는 암호학적 증명을 생성한다. 이 암호학적 증명이 검증된 후에야 비로소 이더리움에서 거래가 승인된다. 옵티미스틱 롤업과 달리 ZK-롤업은 '무죄가 입증될 때까지 유죄'라는 검증 방식을 채택한다.
그러나 ZK-롤업은 아직 옵티미스틱 롤업만큼의 호환성을 달성하지 못했다. 각 거래마다 유효성 증명을 동반해야 하므로 기술적으로 더 복잡하며, 현재로서는 단순 송금이나 교환과 같은 기본 작업 수행에 국한된다. 스마트 계약 기능 통합도 가능하지만, 옵티미스틱 롤업보다 훨씬 어렵다.
올해 들어 이더리움 공동 창시자 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)은 완전히 조합 가능한 ZK-롤업 개발에 수년이 걸릴 것이라고 예측했으나, 개발자들은 이를 앞당기고 있다. 여러 ZK-롤업 프로젝트들이 조합성과 상호 운용성이 뛰어난 솔루션을 배포할 준비를 하고 있으며, 다수의 롤업 간 연결도 가능하게 될 전망이다.
ZK-롤업의 발전은 이더리움 메인넷과 여러 2층 네트워크 간의 통신 프레임워크 공유를 가능하게 할 것이다. 네트워크는 유동성을 공유하며 1층 블록체인이 직면한 가장 큰 채택 장벽을 극복할 수 있다. ZK-롤업 기반 네트워크는 탈중앙화 거래소에서 효율적인 거래를 위해 유동성을 서로 겨루는 것이 아니라, 협력적으로 이더리움을 확장할 수 있게 된다.
ZK-롤업은 또 하나의 독특한 특징을 지닌다. 사용자가 많아질수록 거래 수수료가 더 저렴해진다는 점이다. 한 번의 배치 전송 비용은 크게 변하지 않기 때문에, 더 많은 거래가 하나의 배치에 묶일수록 비용을 더 많은 사용자들이 분담하게 된다. ZK-롤업은 거의 무한한 수의 거래를 처리할 수 있으므로, 충분한 사용자가 모이면 가스비가 몇 십 센트로 떨어질 수도 있다. 이러한 현상을 '유효성 증명 분할 상각(Validity Proof Amortization)'이라고 부른다.
이더리움은 여전히 확장성 문제를 안고 있지만, 일부 개발자들은 이미 스마트 계약, 다른 2층 솔루션 및 이더리움 가상 머신(EVM) 간의 완전한 조합성과 호환성을 제공하는 2층 ZK-롤업 네트워크를 배포하고 있다.
ZK-롤업의 종류
현재 이더리움 확장 솔루션에 활용되는 두 가지 유형의 ZK-롤업이 존재한다.
- SNARKs
가장 널리 사용되는 첫 번째 유형은 ZK-SNARKs이며, 전문 용어로는 '간결한 비상호작용 지식 증명(Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge)'이다. 이는 제로지식 증명의 첫 번째 형태로, 2016년부터 프라이버시 중심 블록체인 프로젝트 제이캐시(Zcash, ZEC)가 채택했던 기술이다. 이 기술은 ZK-롤업 개발자의 대부분 코드베이스와 자료를 형성하며, 이더리움 확장 프로젝트의 강력한 선택지로 여겨진다.
하지만 SNARKs는 단점도 있다. 초기 설정 과정에서 신뢰할 수 있는 키(trusted setup key)를 생성해야 하는데, 이 키는 거래 증명 생성에 필요하다. 만약 이 키가 파기되지 않고 남아있다면, 새로운 토큰을 공중에서 만들어내거나 거래를 위조할 수 있다.
현재 주목받는 SNARK 기반 확장 솔루션은 매터랩(Matter Labs)의 zkSync다. 이 프로젝트는 2020년 6월 시작되었으며, 현재 반복 버전에서 초당 2,000건의 거래를 처리할 수 있다고 주장하며, 미래에는 더 높은 처리량을 목표로 한다. 올해 5월, 이 플랫폼은 EVM 호환 환경에서 스마트 계약을 배포하는 작업을 시작하며 zkEVM 테스트넷을 출시했다.
zkSync는 현재 이더리움 메인넷 사용자들의 전환이 최대한 쉬워지도록 노력하고 있으며, zkEVM에서 개발을 희망하는 사람들은 이더리움 언어인 솔리디티를 사용해 스마트 계약을 작성할 수 있다. 매터랩스는 최근 a16z가 리드한 시리즈 B 펀딩에서 5,000만 달러를 조달해 zkSync 개발을 가속화하고 있으며, 크라브(Curve), 아베(Aave), 1inch 등 여러 이더리움 DeFi 앱들과 협업하고 있다.
- STARKs
또 다른 ZK-롤업 방식은 STARKs로, 전문 용어로 '확장 가능한 투명 지식 증명(Scalable Transparent Arguments of Knowledge)'이다. STARKs는 SNARKs보다 우위에 있다. STARKs는 해시 함수에만 의존하며, 신뢰할 수 있는 설정(trusted setup)이 필요 없기 때문에, 이론적으로 SNARKs보다 더 안전하다.
스타크웨어(StarkWare)는 이더리움 확장을 위해 STARKs를 처음 사용한 회사로, 현재 STARK 기반 기술 개발의 주도적 역할을 하고 있다. 회사 공동 창립자 엘리 벤-사슨(Eli Ben-Sasson)과 마이클 리아브제브(Michael Riabzev)가 이 기술을 공동 개발했다. 스타크웨어는 STARK 기반 ZK-롤업을 위한 튜링 완전 프로그래밍 언어 카이로(Cairo)를 개발했으며, '스타크엑스(StarkEx) 프로토콜'이 카이로로 만든 첫 번째 제품이다.
스타크엑스는 특정 애플리케이션에 맞춘 확장 솔루션으로, 현재 dYdX, Immutable X, Sorare, DeversiFi 등 여러 이더리움 프로젝트에서 사용 중이다. 스타크웨어가 곧 출시할 스타크넷(StarkNet)은 무허가형 ZK-롤업 네트워크로, 개발자들이 2층에서 직접 앱을 구축하고 실행할 수 있도록 설계되었다. 스타크넷은 진정한 탈중앙화, 다목적 확장 솔루션을 지향한다.
스타크넷 개발 로드맵
ZK-롤업은 암호화폐 커뮤니티가 이더리움을 사용하는 방식을 바꾸게 될 것이다. zkSync와 스타크넷처럼 고속·저비용 네트워크가 실현됨에 따라, 더 많은 이더리움 메인넷 거래가 2층으로 아웃소싱될 전망이다. 이는 이더리움이 확장 가능하고, 안전하며, 탈중앙화된 블록체인 네트워크라는 비전에 한층 더 가까워지는 계기가 될 것이다.
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