간단히 이해하는 이더리움 2층 솔루션 Arbitrum

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최근 Uniswap과 Sushiswap은 Arbitrum의 L2 솔루션을 사용하려고 계획하고 있으며, 이는 Arbitrum이 사람들의 주목을 받는 이더리움 L2 솔루션이 되게 합니다. 그렇다면 Arbitrum을 어떻게 간단히 이해할 수 있을까요?

Arbitrum은 롤업 시리즈의 L2 솔루션입니다

이더리움 Layer2 솔루션은 여러 가지가 있으며, 그중 가장 주목받는 것은 롤업 시리즈입니다. 이전에 블루폭스 노트에서는 Optimistic Rollups와 Zk Rollups에 대해 소개한 바 있으며, 관련된 기사는 《ZK Rollup과 Optimistic Rollup을 한눈에 이해하기: 이더리움의 중요한 확장 방향》을 참고할 수 있습니다.

Arbitrum은 롤업 시리즈의 솔루션입니다. 이러한 솔루션은 기본적으로 보안을 이더리움 체인에 두고, 계산과 저장은 체외에서 실행합니다. 간단히 말해, 참여자는 자신의 거래 데이터를 이더리움 체인에 제출하고, 사용자는 거래를 확인할 수 있지만 거래의 계산과 저장은 체외에서 이루어집니다. Arbitrum은 정기적으로 이더리움에 Arbitrum에서 발생한 전체 상태 해시를 포함한 정보를 전송하며, 이 해시는 결과로 체인에 기록되어 불변성과 최종성을 실현합니다.

상대적으로 Arbitrum은 Optimistic Rollups와 프레임워크 사고 방식이 유사하며, 결과 검증 측면에서 모두 사기 증명 범주에 속하고, ZK Rollups는 암호화 유효성 증명 범주에 속합니다.

전제 가정에서 사기 증명 유형의 롤업은 체인에 제출된 결과가 유효하다고 가정하며, 누구나 Layer1의 거래 데이터를 추출하고 실행할 수 있습니다. 상태를 비교하여 계약 실행의 정확성을 확인합니다. 암호화 증명 유형의 롤업은 수학적 방법을 사용하여 제로 지식 증명을 통해 유효성을 실현하며, 본질적으로 조작할 수 없습니다. 따라서 암호화 유효성 증명은 능동적 증명에 해당하고, 사기 증명은 수동적 증명에 해당하며, 사람들이 결과에 동의하지 않을 경우 논란이 발생하고 중재가 필요합니다.

전체적으로 볼 때, ZK Rollups의 보안성이 더 높고 최종성을 더 빨리 실현할 수 있습니다. 이는 인출 시간이 더 빠르다는 것을 의미하며, 이체와 같은 상황에 더 적합합니다. 반면 Optimistic Rollup과 Arbitrum의 솔루션은 도전 기간이 필요하며, 도전 기간이 끝나야 최종 확인이 이루어지고 인출이 가능합니다. 이는 단점입니다. 그러나 ZK Rollups는 암호화 유효성 증명을 생성하는 데 높은 계산 비용이 들고, 비용이 많이 들며, 성숙한 구현까지 일정 시간이 필요합니다.

장기적으로 ZK Rollups가 최종 솔루션이 될 가능성이 있지만, ZK Rollups의 성숙과 구현에는 더 오랜 시간이 필요하며, 이더리움의 확장 수요는 더 긴급합니다. 이번 스마트 체인의 부상에서도 이를 알 수 있습니다. ZK Rollups의 구현이 느리기 때문에 Optimistic Rollups와 Arbitrum에 기회를 제공합니다.

따라서 중단기적인 관점에서 사기 증명 유형의 롤업(Optimistic Rollups와 Arbitrum Rollups)은 더 빠른 구현 기회를 가집니다. 사기 증명 자체는 "낙관적"이며, 모든 제출자가 선의의 사람이라고 가정합니다. 단지 유죄로 입증되지 않는 한입니다. 검증자가 존재하기만 하면 사기 증명을 제출할 수 있으며, 이는 안전합니다. 따라서 정직한 검증자가 존재한다는 가정이 매우 중요해집니다. 단 한 명의 검증자만 있으면 온라인 사기 증명을 제출할 수 있으며, 최대 일주일(또는 그 이상)의 사기 증명 시간 창이 있어 최종 확인 시간이 느려지고 인출 시간이 길어집니다.

종합적으로 볼 때, 사기 증명과 암호화 유효성 증명 유형의 롤업은 각각 장단점이 있습니다. ZK Rollups는 비대화식으로 수학적 방법으로 문제를 해결하며, Optimistic Rollups와 Arbitrum Rollups는 대화식입니다. 이러한 의미에서 Optimistic Rollups와 Arbitrum Rollups는 유사하지만, 구체적인 경로에서는 차이가 있습니다.

Arbitrum은 다중 라운드 대화식 롤업 솔루션입니다

위에서 살펴본 바와 같이, Arbitrum과 Optimistic은 모두 사기 증명 범주의 롤업 솔루션이며, 두 솔루션의 핵심 문제는: 결과의 정확성을 어떻게 검증할 것인가? 악의적인 증명을 보내는 사람이 있을까? 따라서 두 솔루션 모두 도전 메커니즘을 가지고 있습니다. 검증자는 체인에 주장(assertion)을 보내고, 논란을 제기할 수 있습니다. 만약 주장이 거짓이라면, 그들은 자신의 스테이킹 자산을 잃게 됩니다.

Arbitrum과 Optimistic의 주요 차이점은 분쟁을 해결하는 방식입니다. 검증자가 L1에 롤업 블록을 제출했을 때, 누군가 그것이 잘못되었다고 생각한다면, 그때는 어떻게 해야 할까요?

Arbitrum은 다중 라운드 상호작용 프로토콜을 사용하여 논란을 해결하며, 대규모 논란을 작은 논란으로 세분화하여 가장 중요한 단계를 찾은 후, 이더리움 계약을 통해 그것이 올바른지 확인합니다. 논란을 분할함으로써 Arbitrum은 더 효율적인 해결책을 구현하고자 합니다.

Arbitrum의 참여자는 보증금을 스테이킹하고 특정 상태가 최종적으로 확인될 것이라고 주장할 수 있습니다. 만약 주장이 잘못되면, 사용자의 스테이킹 보증금은 몰수됩니다. 두 사용자가 서로 다른 블록에 스테이킹하면, 이는 오직 하나만이 진짜라는 것을 의미합니다. 누군가 공격하는 것을 방지하기 위해, 논란의 주장은 보증금 자산을 스테이킹해야 하며, 악의적인 행동을 방지합니다.

초기 설계에서 Arbitrum 프로토콜은 한 번에 하나의 논란 주장을 처리하는 방식을 채택했습니다. 특정 참여자가 논란 주장을 제기하고, 그 주장은 도전 기간이 있으며, 이 기간 동안 누구나 해당 주장을 도전할 수 있습니다. 만약 아무도 도전하지 않으면, 그 주장은 유효한 것으로 간주됩니다.

하지만 이러한 단선 추진 방식은 병목 현상이 있습니다. 한 번에 하나의 논란 주장을 활성화하는 것은 비효율적이며, VM 프로세스가 제한됩니다. 동시에 악의적인 사용자는 고의로 논란 주장을 도전하여 VM을 지연시킬 수 있습니다. 비록 스테이킹 자금을 지불해야 하지만, 지연시킬 수 있습니다.

따라서 새로운 설계에서 Arbitrum은 여러 논란 주장을 동시에 처리할 수 있으며, 선형적으로 진행되지 않습니다. 악의적인 사용자가 프로세스를 지연시키는 것이 더 어려워집니다. 현재 Arbitrum은 여러 논란 주장을 동시에 처리하는 방법을 채택하고 있으며, 한 스테이커가 한 번에 하나의 주장을 처리하고, 다른 스테이커는 여러 주장을 동시에 처리할 수 있습니다.

주장이 유효하다고 확인되면, VM의 상태도 지속적으로 전진합니다. 일반적으로 사람들은 정직한 행동을 선택하며, 이는 그들의 스테이킹 보증금이 몰수되지 않도록 보장합니다. 악의적인 공격 이유가 없는 한, 사람들은 잘못된 분기에 자산을 스테이킹할 필요가 없습니다.

신뢰가 필요 없는 특성을 실현하기 위해, Arbitrum의 설계에서, 어떤 정직한 참여자도 VM의 정확성과 진행을 추진할 수 있습니다. 만약 한 참여자가 항상 올바른 분기에 스테이킹하면, 그는 모든 논란 주장을 이길 것입니다. 다른 사람들이 동의하지 않으면, 그들은 자신의 스테이킹 보증금을 잃게 됩니다. 오직 정직한 참여자들이 함께해야만 처벌을 피할 수 있습니다.

（Alice와 Bob이 서로 다른 분기에 스테이킹하고 있는 모습, Arbitrum의 Ed Felten 제공）

위 그림에서 Alice가 주장이 올바르다고 증명하면, Bob의 스테이킹 자산은 잃게 되고, Alice는 이익을 얻게 됩니다.

단일 라운드 대화식 롤업에서는 주장이 각 호출 결과를 포함하며, 도전자는 주장에서 잘못된 결과를 가진 특정 호출을 지적합니다. 체인 상의 계약은 도전된 호출을 시뮬레이션하고 오류가 있는지 확인합니다. 오류가 있을 경우, 전체 주장은 취소되며, 주장은 스테이킹 보증금을 잃게 됩니다. 도전 창 기간이 지나도 성공적인 도전이 없으면, 주장은 수용되며 최종성을 갖습니다.

다중 라운드 대화식 롤업에서도 도전 시간 창이 있으며, 주장자와 도전자 간의 다중 라운드 상호작용이 존재하고, 체인 상의 계약이 심판 역할을 하여 누가 잘못인지 결정합니다. 다중 라운드 상호작용 설계의 주요 고려 사항은 가능한 한 체인 상의 작업을 줄이는 것입니다. 도전자와 주장자 간의 다중 라운드 상호작용을 통해 체인 상의 작업량을 최대한 줄입니다. 단일 라운드와 다중 라운드 상호작용은 본질적으로 체인 상의 비용과 논란 해결 시간을 균형 있게 맞추는 것입니다.

단일 및 다중 라운드 대화식 롤업 모두 모든 계약 호출 및 해당 데이터를 체인에 기록해야 하며, 다른 점은 무엇을 주장 부분으로 제출할 것인지입니다. 단일 라운드 상호작용 모드는 체인 상의 전체 호출을 시뮬레이션해야 하며, 비용 측면에서 더 비쌉니다. 반면 다중 라운드 상호작용은 세분화하여 논란 범위를 줄이고, 체인에 기록되는 데이터가 상대적으로 적어 체인 상의 실행 비용이 더 낮습니다. 그러나 그것도 단점이 없지는 않으며, 그 결정은 라운드를 증가시키고 시간을 늘립니다.

또한, Arbitrum의 다중 라운드 상호작용 모드는 지연 공격에 직면할 수 있습니다. 시스템이 신뢰가 필요 없기 때문에, 악의적인 공격자는 프로세스를 지연시킬 수 있습니다. 물론 그들이 그렇게 할 경우, 그들의 스테이킹 보증금은 몰수됩니다. 또한 악의적인 행동자는 정직한 참여자가 지속적으로 정직한 분기를 구축하는 것을 막을 수 없으며, 정직한 참여자가 정직한 분기에서 최종 확인을 얻는 것도 막을 수 없습니다. 그들이 할 수 있는 것은 잘못된 분기에서 스테이킹 보증금을 하여 정직한 분기에 대한 확인을 지연시키는 것입니다. 그들은 여러 논란 주장을 만들어낼 수 있으며, 만약 정직한 참여자가 충분히 많다면, 그들은 이러한 논란 주장을 동시에 처리하고 공격자의 스테이킹 보증금을 포획할 수 있습니다. 즉, 정직한 참여자가 많을수록 공격자는 지연 공격을 위해 더 많은 스테이킹 자산이 필요하게 되어 공격의 난이도가 증가합니다.

또한, 다중 라운드 대화식 롤업에서는 효과적인 "주장"이 "신뢰가 필요 없는 최종성"이 될 수 있으며, 누구나 최종 확인이 불가피하다는 것을 확신할 수 있습니다. 자신의 최종 확인을 보장하기 위해, 사용자는 주장 방어에 참여할 수 있으며, 심지어 단독으로 행동하더라도 최종 확인을 촉진할 수 있습니다.

도전이 없으면, 다중 라운드와 단일 라운드의 확인 속도는 유사하지만, 누군가 도전하면 다중 라운드 논란에 소요되는 시간이 더 길어집니다. 이 점에서 단일 라운드가 유리합니다. 단일 라운드는 확인 지연 공격을 허용하지 않지만, 다중 라운드의 장점은 더 적은 체인 상 데이터로 이더리움 gas limit를 초과하는 계약(계산 및 저장)을 처리할 수 있다는 점입니다.

사기 증명 유형의 롤업은 최종 확인 측면에서 일정한 시간 주기가 존재합니다. 따라서 Arbitrum을 통한 이체는 ZK Rollups 솔루션처럼 빠른 최종성을 달성할 수 없습니다. 가능한 해결책은 제3자의 개입을 통해 이루어질 수 있습니다. 제3자는 즉시 사용자의 자금을 이체할 수 있지만, 사용자는 미리 인출 수수료를 지불해야 합니다. 일반적으로 제3자는 미확정 이체가 반드시 이루어질 것이라고 생각하며, 정직한 결과에 대해 보증금을 스테이킹합니다. 누구나 빠른 인출이 필요한 사용자에게 자금을 이체할 수 있습니다. 이렇게 되면 시장이 형성되어 수수료가 균형을 이루게 되어 과도하게 높거나 낮아지지 않을 것입니다.

Arbitrum의 EVM 호환성

Arbitrum은 이더리움과 완전히 호환되도록 시도하며, EVM과 호환되어 프로그램을 다시 작성할 필요가 없습니다. 이더리움과 완전히 호환되는 것은 스마트 체인에서 그 힘을 볼 수 있었습니다. 이는 이더리움 현재 생태계에 원활하게 통합될 수 있는 가장 중요한 조치입니다.

dApp 개발자는 Solidity 언어를 사용하여 스마트 계약을 작성하며, 이러한 스마트 계약은 Arbitrum VM으로 컴파일되어 Arbitrum Rollups에서 실행될 수 있습니다.

Arbitrum의 진행 상황

Arbitrum 기술은 현재 Arbitrum One을 출시했습니다. Arbitrum 계약은 이더리움 메인넷에 배포되었으며, 이미 프로젝트를 수용하기 시작했으며, 현재 메인넷 테스트 단계에 있습니다. Arbitrum에 따르면, 현재 250개 이상의 팀이 참여를 신청했으며, 모든 개발자에게 개방되어 있습니다. 앞으로 몇 주 동안 점점 더 많은 DeFi 프로젝트가 Arbitrum 생태계에 진입할 것입니다.

현재 이더리움 생태계의 중요한 참여자들, 예를 들어 Etherscan 등도 Arbitrum One 체인을 지원하고 있습니다.

이더리움과 L2의 구현

흥미로운 점은 Arbitrum이 원주율 토큰을 가지고 있지 않으며, ETH를 연료로 사용하고 모든 수수료를 ETH로 지불합니다. 이는 ETH에겐 좋은 일이며, 미래에 ETH에 대한 수요가 얼마나 클지는 두고 봐야 합니다.

현재 이더리움의 확장성은 단기와 장기를 결합한 접근 방식이 필요하며, 특히 DeFi와 NFT의 폭발적인 성장 수요를 충족해야 합니다. 장기적으로 L2는 ZK Rollups가 승리할 가능성이 있지만, 높은 비용과 구현 지연으로 인해 소화하는 데 더 오랜 시간이 필요할 수 있습니다. 반면 Arbitrum과 Optimistic Rollups는 더 빨리 구현될 수 있으며, 비록 인출 시간이 길지만 해결책이 없는 것은 아닙니다. 또한, 실제로 성장하면서 새로운 영감을 얻을 수도 있습니다.

L2의 점진적인 구현 외에도, EIP-1559가 올해 7월에 출시될 가능성이 있으며, 연말에는 PoS가 있을 수 있어, 2021년의 이더리움은 비범한 해가 될 것입니다.