Coinbase: 이더리움 확장 솔루션 분석

2021.12.23

Coinbase: 이더리움 확장 솔루션 분석

수십억 명의 사용자를 지원하는 금융 및 웹3 애플리케이션을 위해 스마트 계약 기반 블록체인이 계속 발전하려면 확장 솔루션이 필요하다.

2021.12.23 - 05:41:19

以太坊扩容解决方案

Web3 심층 보도에 집중하고 흐름을 통찰

수십억 명의 사용자를 지원하는 금융 및 웹3 애플리케이션을 위해 스마트 계약 기반 블록체인이 계속 발전하려면 확장 솔루션이 필요하다.

작성자: Justin Mart&Connor Dempsey

번역: Alex, TechFlow

2021년 말 기준으로 이더리움은 DeFi, NFT, GameFi 등 다양한 분야의 수천 개 애플리케이션을 지원할 만큼 성장했다. 전체 네트워크는 연간 수조 달러 규모의 거래를 처리하며, 플랫폼 내에 1700억 달러 이상이 예치되어 있다.

하지만 속된 말로 돈 많으면 문제도 많다. 이더리움의 탈중앙화 설계는 궁극적으로 초당 처리 가능한 거래량을 15건으로 제한한다. 이더리움의 인기가 초당 15건이라는 한계를 훨씬 뛰어넘으면서, 결과적으로 긴 대기 시간과 거래당 최대 200달러에 달하는 수수료 문제가 발생했다. 결국 많은 사용자가 접근하기 어려워졌고, 이더리움이 현재 처리할 수 있는 애플리케이션의 유형도 제한되었다.

스마트 계약 기반 블록체인이 수십억 명의 사용자를 위한 금융 및 Web3 애플리케이션을 지속적으로 지원하려면 확장성 해결책이 반드시 필요하다. 다행히 "기병대"가 이미 도착하고 있으며, 많은 제안된 솔루션이 최근 실제로 출시되고 있다.

경쟁일까 보완일까?

목표는 공개적으로 접근 가능한 스마트 계약 플랫폼이 처리할 수 있는 거래량을 늘리는 동시에 충분한 탈중앙화를 유지하는 것이다. 단일 기관이 운영하는 중앙집중식 솔루션을 통해 스마트 계약 플랫폼을 확장하는 것은 사소한 일임을 기억해야 한다(Visa는 초당 45,000건의 거래를 처리할 수 있음). 하지만 그렇게 되면 우리가 원했던 세계에서 벗어나 소수의 강력한 중앙집중적 참여자들이 장악하는 상황으로 돌아가게 된다.

이 문제를 해결하기 위한 두 가지 접근법이 있다:

(1) 더 많은 활동을 처리할 수 있는 완전히 새로운 네트워크를 구축하여 이더리움과 경쟁

(2) 이더리움의 과잉 수요를 처리할 수 있는 보완적 네트워크를 구축

넓게 보면 이들은 다음과 같은 몇 가지 카테고리로 나뉜다:

1) L1 블록체인(이더리움과 경쟁)

2) 사이드체인(이더리움과 부분적으로 보완)

3) L2 네트워크(이더리움과 보완)

각 아키텍처와 접근 방식은 다르지만 목표는 동일하다: 사용자가 높은 수수료를 지불하거나 오랜 대기 시간을 겪지 않고도 네트워크를 실제로 사용할 수 있도록 하는 것(예: DeFi, NFT 등과의 상호작용).

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레이어 1(Layer 1s)

이더리움은 L1 블록체인으로 간주된다—사용자의 자금을 보호하고 거래를 실행하는 독립적인 네트워크이다. Uniswap과 같은 DeFi 앱을 이용해 100 USDC를 DAI로 교환하고 싶은가? 바로 이더리움에서 모든 것이 이루어진다.

경쟁하는 L1은 이더리움이 하는 모든 것을 수행하지만 완전히 새로운 네트워크 안에서 이루어진다. 차이점은 더 높은 처리량을 가능하게 하는 새로운 시스템 설계에 있으며, 이는 거래 수수료를 낮추지만 일반적으로 탈중앙화를 희생한다는 점이다.

지난 10개월 동안 새로운 L1들이 줄지어 출시되었으며, 해당 네트워크들의 총 가치는 동기간 동안 0달러에서 약 750억 달러로 급증했다. 현재 이 분야는 솔라나(Solana), 아발란치(Avalanche), 테라(Terra), 바이낸스 스마트 체인(Binance Smart Chain)이 주도하고 있으며, 각 체인은 모두 100억 달러 이상의 가치를 가진 성장하는 생태계를 보유하고 있다.

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ETH 외 L1 중 TVL 선두

모든 L1들은 개발자와 사용자를 유치하기 위해 경쟁하고 있다. 이더리움의 도구와 인프라 없이 앱을 구축하고 사용하는 것은 어렵다.

이 격차를 메우기 위해 많은 L1들이 EVM 호환성(EVM Compatibility) 전략을 채택하고 있다.

EVM은 이더리움 가상 머신(Ethereum Virtual Machine)을 의미하며, 거래를 실행하기 위한 계산을 수행하는 핵심 역할을 한다. 자신의 네트워크를 EVM과 호환되도록 함으로써, 이더리움 개발자는 기존 코드를 복사-붙여넣기만으로 기존 이더리움 앱을 새로운 L1에 쉽게 배포할 수 있다. 사용자 또한 기존 지갑을 그대로 사용해 EVM 호환 L1에 쉽게 접근할 수 있으므로 마이그레이션이 쉬워진다.

바이낸스 스마트 체인(BSC)을 예로 들어보자. EVM과 호환되는 네트워크를 출시하고 합의 방식을 조정해 더 높은 처리량과 저렴한 거래 수수료를 실현함으로써, BSC는 작년 여름 Uniswap이나 Curve와 같은 인기 있는 이더리움 앱들과 유사한 수십 개의 DeFi 앱 사용량이 급증하는 현상을 목격했다.

아발란치(Avalanche), 팬텀(Fantom), 트론(Tron), 셀로(Celo)도 동일한 방법을 취하고 있다.

반면, 테라(Terra)와 솔라나(Solana)는 현재 EVM 호환성을 지원하지 않는다.

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EVM 호환 vs 비호환 L1의 TVL 비교

상호운용성 체인(Interoperability Chains)

약간 다른 L1 부류에는 코스모스(Cosmos)와 폴카닷(Polkadot)과 같은 블록체인 생태계가 있다. 이 프로젝트들은 독립된 새로운 블록체인을 구축하는 대신, 개발자들이 서로 통신할 수 있는 애플리케이션 특화 블록체인을 만들 수 있도록 표준을 제공한다. 예를 들어, 게임용 블록체인의 토큰이 소셜 네트워크 전용 별도의 블록체인 위에 구축된 앱에서 사용될 수 있도록 할 수 있다.

현재 코스모스 표준을 기반으로 구축된 체인에는 1000억 달러 이상이 존재하며, 궁극적으로 상호운용이 가능하다. 한편 폴카닷도 최근 중요한 이정표를 달성하며 블록체인 생태계 통합을 이루었다.

요약하면, 현재 이더리움의 직접적인 경쟁자들은 다양한 형태를 띠고 있으며 앞으로도 더욱 다양해질 전망이다.

사이드체인(Sidechains)

사이드체인과 새로운 L1 사이의 차이는 다소 모호하다. 사이드체인은 EVM 호환 L1과 매우 유사하지만, 전체 이더리움과 경쟁하기보다는 이더리움의 과잉 수요를 처리하도록 특화된 점이 다르다. 이러한 생태계는 이더리움 커뮤니티와 밀접하게 연결되어 있으며, 이더리움 애플리케이션을 보완하는 방식으로 운영된다.

Axie Infinity의 Ronin 사이드체인이 좋은 예다. Axie Infinity는 원래 이더리움 위에 구축된 NFT 게임이다. 이더리움 수수료가 게임 플레이를 너무 비싸게 만들었기 때문에, Ronin 사이드체인은 사용자가 NFT와 토큰을 이더리움에서 저비용 환경으로 이동할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 더 많은 사용자가 게임을 부담 없이 즐길 수 있었고, 게임 인기가 급상승하기 전부터 효과를 발휘했다.

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본문 작성 시점 기준, 사용자들은 Axie Infinity를 하기 위해 이더리움에서 Ronin으로 75억 달러 이상을 이체했다.

Polygon POS

Ronin과 같은 사이드체인은 특정 애플리케이션에 특화된 반면, 다른 사이드체인은 보다 일반적인 용도로 사용된다. 현재 Polygon의 지분 증명(PoS) 사이드체인이 업계 리더로서 약 50억 달러의 가치를 보유하고 있으며, Aave, Sushiswap과 같은 잘 알려진 이름들과 Uniswap 클론인 Quickswap을 포함해 100개 이상의 DeFi 및 게임 앱이 배포되어 있다.

또한, Polygon PoS는 EVM 호환 L1과 실제 차이점이 거의 없다. 하지만 이더리움과 경쟁하기보다는 이더리움을 확장하기 위한 프레임워크의 일부로 설계되었다. Polygon 팀은 미래에 이더리움이 고가치 거래 및 가치 저장을 위한 주요 블록체인으로 남을 것이며, 일상적인 거래는 Polygon의 저비용 블록체인으로 이동할 것으로 전망한다. (Polygon PoS는 체크포인팅 과정을 통해 이더리움과 특별한 관계를 유지한다).

거래 수수료가 1센트 미만인 덕분에 Polygon의 비전은 현실 가능성이 있어 보인다. 인센티브 프로그램의 도움을 받아 사용자들이 Polygon PoS로 몰리면서 일일 거래량이 이더리움을 넘어섰다(비록 스팸 거래가 이 수치를 과장했지만).

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레이어 2(Layer 2s, Rollups)

L1과 사이드체인 모두 명백한 도전 과제를 안고 있다: 자신의 블록체인을 보호해야 한다는 점. 이를 위해 새 광부 집단 또는 지분 증명 검증인에게 거래를 검증하고 보호하도록 보상을 지급해야 하며, 이는 일반적으로 기본 토큰(예: Polygon의 $MATIC, Avalanche의 $AVAX) 인플레이션 형태로 이루어진다.

하지만 이는 상당한 단점을 동반한다:

1) 자체 기반 토큰을 보유하는 것은 자연스럽게 이더리움과 경쟁적인 생태계를 만들며, 보완적이기보다는 경쟁적이다.

2) 거래를 검증하고 보호하는 것은 복잡하고 어려운 작업이며, 네트워크는 무한정 책임을 져야 한다.

이더리움의 보안성을 활용하는 확장 가능한 생태계를 만들 수 있다면 좋지 않을까?

이에 대한 해답이 바로 L2 네트워크, 특히 '롤업(Rollups)'이다.

간단히 말해, L2는 이더리움 위에 위치한 독립 생태계이며, 그 보안성은 이더리움에 의존한다.

핵심은 L2가 네이티브 토큰을 가질 필요가 없다는 점이다—따라서 이더리움과 더 보완적이며, 본질적으로 이더리움의 일부라고 할 수 있다.

이더리움 로드맵조차 "롤업 중심(Rollup-centric)"이 될 것이라고 밝히며 이 개념을 지지하고 있다.

롤업의 작동 원리

L2는 일반적으로 롤업이라 불린다. 왜냐하면 이들은 거래를 새로운 환경에서 실행한 후 결과를 묶어('롤업') 이더리움으로 다시 보내기 때문이다. [이더리움 네트워크가 Uniswap 거래 1,000건을 개별적으로 처리하는 대신(비용 큼!), L2 롤업에서 계산을 처리한 후 결과만 이더리움에 제출(비용 적음!).]

하지만 결과가 이더리움으로 전송될 때, 이더리움은 어떻게 데이터가 정확하고 유효한지 알 수 있을까? 이더리움은 누군가 잘못된 정보를 게시하는 것을 어떻게 막을 수 있을까? 이런 질문들이 다음 두 가지 롤업 유형을 구분하는 핵심이다: Optimistic Rollup과 ZK Rollup.

Optimistic Rollups

결과를 이더리움으로 제출할 때, Optimistic Rollup은 그것이 유효하다고 "낙관적으로" 가정한다. 즉, 롤업 운영자가 원하는 데이터(오류 또는 사기 가능성 포함)를 게시하도록 허용하면서도, 그것을 정확하다고 간주한다—매우 낙관적인 전망! 그러나 사기를 방지할 수단이 있다. 일종의 견제 장치로, 인출 후 일정 기간 동안 누구라도 사기를 지적할 수 있다(블록체인은 투명하므로 누구나 진행 상황을 확인할 수 있음). 만약 이러한 관찰자 중 한 사람이 수학적으로 사기 발생을 입증할 수 있다면(사기 증명 제출을 통해), 롤업은 사기 거래를 되돌리고 악의적 행위자를 처벌하며 관찰자에게 보상을 제공한다(영리한 인센티브 시스템!)

단점: 롤업과 이더리움 사이에서 자금을 이체할 때 사기 여부를 감시할 수 있는 대기 시간이 생긴다. 경우에 따라 최대 일주일까지 걸릴 수 있지만, 시간이 지남에 따라 이러한 지연이 줄어들 것으로 예상된다.

핵심은 Optimistic Rollup이 ETH와 본질적으로 연결되어 있으며, 오늘날 이더리움 확장을 돕기 위해 준비되어 있다는 점이다. 따라서 많은 주요 DeFi 프로젝트들이 주요 Optimistic Rollup인 Arbitrum and Optimistic Ethereum로 이동하면서 강력한 초기 성장을 보이고 있다

Arbitrum & Optimistic Ethereum

Arbitrum(Off-chain Labs 제공)과 Optimistic Ethereum(Optimism 제공)은 현재 Optimistic Rollup을 구현한 두 주요 프로젝트다.

참고로, 두 프로젝트 모두 초기 단계이며, 회사들이 일정 수준의 중앙 집중적 통제를 유지하고 있지만 시간이 지남에 따라 탈중앙화할 계획이다.

예상컨대, 완성되면 Optimistic Rollup은 확장성을 10~100배 향상시킬 수 있다.

초기 단계임에도 불구하고, Arbitrum과 Optimism의 DeFi 앱들은 이미 수십억 달러의 네트워크 가치를 축적했다.

Optimism은 도입 초기 단계로, Uniswap, Synthetix, 1inch 등 7개의 DeFi 앱에 3억 달러 이상의 TVL을 배치했다.

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Arbitrum는 더 멀리 나아가 Curve, Sushiswap, Balancer 등 익숙한 DeFi 프로토콜을 포함한 60개 이상의 앱에 약 25억 달러의 TVL을 보유하고 있다.

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Arbitrum는 또한 5억 명의 월간 활성 사용자를 위한 커뮤니티 포인트를 도입하려는 Reddit의 주요 확장 솔루션으로 선정되기도 했다.

ZK 롤업(ZK Rollups)

Optimistic 롤업이 거래가 유효하다고 가정하고 사기 증명을 위한 공간을 두는 반면, ZK 롤업은 거래가 유효하다는 것을 이더리움 네트워크에 실제로 증명한다.

묶인 거래의 결과와 함께, 이들은 이더리움 스마트 계약에所谓 유효성 증명(validity proof)을 제출한다. 이름에서 알 수 있듯이, 유효성 증명은 이더리움 네트워크가 거래가 유효한지 검증할 수 있게 해주며, 중계자가 시스템을 속이는 것을 막는다. 이는 사기 증명 창(window)의 필요성을 없애므로, 이더리움과 ZK 롤업 사이의 자금 이체는 사실상 즉시 이루어진다.

즉시 정산과 인출 지연 없음은 매력적이지만, ZK 롤업도 trade-off가 있다.

첫째, 유효성 증명 생성은 계산 집약적이므로 고성능 머신이 필요하다.
둘째, 유효성 증명의 복잡성으로 인해 EVM 호환성을 지원하기 어렵고, ZK 롤업에 배포할 수 있는 스마트 계약 유형이 제한된다.

따라서 Optimistic 롤업이 먼저 시장에 진입했고 현재 이더리움의 확장 문제를 해결하는 데 더 적합하지만, 장기적으로는 ZK 롤업이 더 나은 기술적 해결책이 될 가능성이 있다.

ZK 롤업의 채택 현황

ZK 롤업 분야는 깊이 있고, 여러 팀과 구현체가 작업 중이며 실질적으로 운영되고 있다. 주요 참여자로는 Starkware, Matter Labs, Hermez, Aztec 등이 있다.

현재 ZK 롤업은 결제나 거래소처럼 비교적 간단한 앱을 주로 지원한다(ZK 롤업이 지원할 수 있는 앱 유형이 제한되기 때문). 예를 들어, 파생상품 거래소 dYdX는 Starkware(StarkEx)의 ZK 롤업 솔루션을 채택해 주간 약 500만 건의 거래와 10억 달러 이상의 TVL을 처리하고 있다.

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그러나 진정한 보상은 EVM과 완전히 호환되는 ZK 롤업 솔루션이다. 이는 Optimistic 롤업의 인출 지연 없이도 DeFi 앱 전반과 같은 인기 있는 일반 앱들을 지원할 수 있기 때문이다.

이 분야의 주요 참가자로는 MatterLab의 zkSync 2.0, Starkware의 Starknet, Polygon Hermez의 zkEVM, Polygon Miden 등이 있으며, 현재 모두 메인넷 출시를 위해 노력 중이다. (한편 Aztec은 zk 증명을 프라이버시에 적용하는 데 집중하고 있다).

많은 업계 관계자들(특히 Vitalik)은 장기적인 확장성 해결책으로 ZK 롤업을 주목하고 있으며, 이는 근본적으로 보안이나 탈중앙화를 훼손하지 않으면서 초당 수천 건의 거래를 처리할 수 있는 잠재력을 지녔기 때문이다.

이더리움 확장이 계속 진행됨에 따라, 곧 출시될 EVM 완전 호환 ZK 롤업은 주목해야 할 핵심 요소 중 하나가 될 것이다.

분열된 세계

장기적으로 보면, 스마트 계약 플랫폼이 수십억 명의 사용자에게 확장되기 위해서는 이러한 확장 솔루션들이 필수적이다.

하지만 단기적으로는 이러한 솔루션들이 사용자와 암호화폐 운영자들에게 큰 도전 과제를 안길 수 있다. 이더리움에서 이러한 네트워크로 이동하려면 크로스체인 브릿지를 사용해야 하는데, 이는 사용자에게 복잡하며 잠재적 위험이 따른다. 예를 들어, 몇몇 크로스체인 브릿지가 백만 달러 이상의 공격을 당한 사례가 있다.

더욱이, 멀티체인 세계는 구성 가능성(composability)과 유동성을 분열시킨다. Sushiswap이 현재 이더리움, 바이낸스 스마트 체인, 아발란치, 폴리곤, 아르비트럼 등에서 모두 구현되고 있다고 생각해보자. Sushiswap의 유동성은 한때 하나의 네트워크(이더리움)에 집중되어 있었지만, 지금은 다섯 개의 서로 다른 네트워크에 분산되어 있다.

이더리움 앱들은 오랫동안 구성 가능성의 혜택을 받아왔다—즉, 이더리움 상의 Sushiswap이 Aave나 Compound 같은 다른 이더리움 앱들과 자유롭게 결합될 수 있었다.

앱들이 새로운 네트워크로 확장됨에 따라, L1/사이드체인/L2에 구현된 앱들은 다른 레이어에 있는 앱들과 더 이상 조합되지 않으며, 이는 사용성에 제한을 두고 사용자와 개발자 모두에게 도전 과제를 안긴다.