이더리움 확장성 "성배" 롤업에 대한 자세한 설명: 거래가 초당 천 건 이상으로 증가하고, DeFi의 또 다른 고성장기를 촉발할 수 있을까?

원문 저자: jakub, Finematics

*편집: Glendon, *바비트

롤업은 이더리움 확장의 궁극적인 해결책으로 여겨집니다. 그렇다면 롤업이란 무엇일까요? 옵티미즘과 ZK 롤업의 차이는 무엇인가요? 아비트럼은 옵티미즘과 어떻게 다를까요? 그리고 이더리움을 확장하는 데 있어 롤업이 왜 성배(holy grail)로 여겨지는 걸까요? 이 글에서 이러한 질문에 대한 답을 찾을 수 있습니다.

1. 소개

이더리움 확장은 암호화폐 분야에서 가장 많이 논의되는 주제 중 하나입니다. 확장성 논쟁은 일반적으로 2017년의 크립토키티 열풍, 2020년의 디파이 여름 또는 2021년 초의 암호화폐 불황과 같은 네트워크 활동이 활발한 시기에 격화됩니다.

이러한 시기에 이더리움 네트워크에 대한 전례 없는 수요는 매우 높은 가스 요금을 초래하여 일상 사용자들이 거래 수수료를 지불하기 어렵게 만들었습니다.

이 문제를 해결하기 위해 궁극적인 확장 솔루션을 찾는 것은 여러 팀과 전체 이더리움 커뮤니티의 최우선 과제 중 하나였습니다.

일반적으로 이더리움 또는 대부분의 다른 블록체인을 확장하는 방법은 3가지 주요 방식이 있습니다: 블록체인 자체를 확장하는 방법 ------ 1계층(Layer 1) 확장; 1계층 위에 구축하는 방법 ------ 2계층(Layer 2) 확장; 그리고 1계층 옆에 사이드체인을 구축하는 방법입니다.

1계층의 경우, Eth2는 이더리움 블록체인을 확장하는 선호 솔루션입니다. Eth2는 지분 증명(PoS)으로의 전환, 작업 증명(PoW) 블록체인의 상태를 새로운 PoS 체인과 샤딩으로 병합하는 것과 같은 상호 연결된 변화를 포함합니다.

특히 샤딩은 롤업과 결합될 때 이더리움 네트워크의 처리량을 크게 증가시킬 수 있습니다.

1계층 외부의 확장에 관해서는 여러 가지 다른 확장 솔루션이 시도되었으며 혼합된 결과를 얻었습니다.

한편으로는 채널과 같은 2계층 솔루션이 있으며, 이는 이더리움에 의해 완전히 보장되지만 특정 애플리케이션 집합에만 적용됩니다.

다른 한편으로는 사이드체인이 있으며, 이는 EVM과 호환되어 일반 애플리케이션을 확장할 수 있습니다. 주요 단점은 이들이 이더리움의 보안성에 의존하지 않고 자체 합의 모델을 가지고 있어 2계층 솔루션만큼 안전하지 않다는 것입니다.

대부분의 롤업은 이더리움의 보안성을 완전히 의존하면서 일반적인 확장 솔루션을 생성하여 이 두 가지 측면에서 최상의 효과를 달성하는 것을 목표로 하고 있습니다.

이는 보안성을 희생하지 않고 이더리움에서 모든 기존 스마트 계약을 거의 변화 없이 배포할 수 있게 해주기 때문에 확장의 성배로 여겨집니다.

롤업이 모든 솔루션 중 가장 기대되는 확장 솔루션일 수 있는 이유입니다.

하지만 우선, 롤업이란 무엇일까요?

2. 롤업

롤업은 1계층 외부에서 거래를 실행하고 1계층에 거래 데이터를 게시함으로써 작동하는 확장 솔루션입니다. 이를 통해 롤업은 네트워크를 확장하고 여전히 이더리움 합의에서 보안을 얻을 수 있습니다.

계산을 체인 외부로 이동시키면 실제로 더 많은 거래를 처리할 수 있습니다. 왜냐하면 롤업 거래의 일부 데이터만 이더리움 블록에 맞춰야 하기 때문입니다.

이를 위해 롤업 거래는 별도의 체인에서 실행되며, 해당 체인은 롤업 전용 EVM 버전을 실행할 수도 있습니다.

롤업 거래를 실행한 후의 다음 단계는 이를 함께 배치하고 이더리움 메인 체인에 게시하는 것입니다.

전체 과정은 본질적으로 거래를 실행하고, 데이터를 가져오고, 데이터를 압축하여 단일 배치 형태로 메인 체인에 집계하는 것이므로 "롤업"이라는 이름이 붙었습니다.

이것이 잠재적으로 좋은 해결책처럼 보이지만, 다음으로 자연스럽게 발생하는 질문은 다음과 같습니다:

"이더리움은 게시된 데이터가 유효하고 자신에게 이익을 주려는 나쁜 행위자가 제출한 것이 아님을 어떻게 알까요?"

정확한 답변은 특정 롤업 구현에 따라 다르지만, 일반적으로 각 롤업은 1계층에 스마트 계약 집합을 배포하여 입금 및 출금 처리와 증명 검증을 담당합니다.

증명은 또한 서로 다른 유형의 롤업 간의 주요 차이점입니다.

옵티미스틱 롤업은 사기 증명을 사용합니다. 반면 ZK 롤업은 유효성 증명을 사용합니다.

이 두 가지 유형의 롤업을 더 자세히 살펴보겠습니다.

3. 옵티미스틱과 ZK 롤업 비교

옵티미스틱 롤업은 데이터를 1계층에 게시하고 그것이 올바르다고 가정하므로 "낙관적"(optimistic)이라고 불립니다. 게시된 데이터가 유효하다면 우리는 아무것도 할 필요 없이 행복한 길을 걷게 됩니다. 옵티미스틱 롤업은 낙관적인 경우 추가 작업이 필요하지 않다는 이점을 누립니다.

무효 거래가 발생할 경우 시스템은 이를 식별하고 올바른 상태로 복구하며 그러한 거래를 제출한 당사자를 처벌할 수 있어야 합니다. 이를 위해 옵티미스틱 롤업은 사기 증명을 검증하고 사기 거래를 감지하며 나쁜 행위자가 다른 무효 거래나 잘못된 사기 증명을 제출하는 것을 억제할 수 있는 분쟁 해결 시스템을 구현합니다.

대부분의 옵티미스틱 롤업 구현에서 1계층에 배치된 거래를 제출하는 당사자는 보증금을 제공해야 하며, 이는 일반적으로 ETH 형태입니다. 다른 네트워크 참여자는 잘못된 거래를 발견하면 사기 증명을 제출할 수 있습니다.

사기 증명을 제출한 후 시스템은 분쟁 해결 모드로 전환됩니다. 이 모드에서 의심스러운 거래는 이더리움 메인 체인에서 다시 실행됩니다. 실행된 증명 거래가 실제로 사기적이라면, 이 거래를 제출한 당사자는 일반적으로 그들의 보증금 ETH를 삭감당하는 처벌을 받습니다.

나쁜 행위자가 잘못된 사기 증명을 사용하여 네트워크에 스팸을 보내는 것을 방지하기 위해, 사기 증명을 제출하고자 하는 당사자는 일반적으로 삭감될 수 있는 보증금을 제공해야 합니다.

1계층에서 롤업 거래를 실행할 수 있도록 하기 위해 옵티미스틱 롤업은 거래가 롤업에서 처음 실행될 때의 정확한 상태로 재생할 수 있는 시스템을 구현해야 합니다. 이는 옵티미스틱 롤업의 복잡한 부분 중 하나로, 일반적으로 별도의 관리 계약을 생성하여 롤업의 상태로 특정 함수 호출을 대체하여 구현됩니다.

흥미롭게도, 롤업의 상태를 모니터링하고 필요할 때 사기 증명을 제출하는 정직한 당사자가 단 한 명만 있어도 시스템은 예상대로 작동하고 사기를 감지할 수 있습니다.

또한 롤업 시스템 내에 올바른 인센티브 메커니즘이 있기 때문에 분쟁 해결 절차에 들어가는 것은 특별한 경우여야 하며 자주 발생하는 일이 아닙니다.

ZK 롤업에 관해서는 분쟁 해결 솔루션이 전혀 없습니다. 이는 제로 지식 증명이라는 정교한 암호 기술을 활용하여 이루어지며, 그래서 ZK 롤업이라고 불립니다. 이 모델에서는 1계층에 게시되는 각 배치가 ZK-SNARK라는 암호 증명을 포함합니다. 이 증명은 거래 배치를 제출할 때 1계층 계약에 의해 빠르게 검증될 수 있으며, 무효 배치는 즉시 거부될 수 있습니다.

간단하게 들리나요? 아마 표면적으로는 그렇습니다. 그러나 실제로 이를 작동시키기 위해 여러 연구자들이 이 정교한 암호학과 수학 작업을 반복하는 데 수많은 시간을 투자했습니다.

옵티미스틱과 ZK 롤업 간에는 몇 가지 다른 차이점도 있으므로 이를 하나씩 소개하겠습니다.

분쟁 해결 과정의 특성상, 옵티미스틱 롤업은 모든 네트워크 참여자에게 사기 증명을 제출할 충분한 시간을 제공해야 하며, 이후에야 1계층에서 거래를 최종 확정할 수 있습니다. 이 시간은 일반적으로 상당히 길어 무효 거래가 최악의 경우에도 논의될 수 있도록 보장합니다.

이로 인해 옵티미스틱 롤업에서 자금을 인출하는 데 시간이 상당히 길어지며, 사용자는 자금을 1계층으로 인출하기 위해 최대 1~2주를 기다려야 합니다.

다행히도 몇몇 프로젝트가 빠른 "유동성 존재"를 제공하여 이 문제를 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 프로젝트는 거의 즉각적으로 1계층, 다른 2계층 또는 사이드체인으로의 인출을 제공하며, 이러한 편리함에 대해 소액의 수수료를 부과합니다. Hop 프로토콜과 Connext는 주목할 만한 프로젝트입니다.

ZK 롤업에서는 자금을 인출하는 데 긴 시간이 걸리지 않습니다. 롤업 배치와 유효성 증명을 1계층에 제출하기만 하면 자금을 인출할 수 있습니다.

지금까지 ZK 롤업이 옵티미스틱 롤업의 더 나은 버전처럼 보이지만, 그들도 몇 가지 단점이 있습니다.

기술의 복잡성으로 인해 EVM과 호환되는 ZK 롤업을 만드는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 이는 애플리케이션 논리를 다시 작성하지 않고 일반 애플리케이션을 확장하는 것을 더욱 어렵게 만듭니다. 그럼에도 불구하고 ZKSync는 이 분야에서 중요한 진전을 이루고 있으며, 곧 EVM과 호환되는 ZK 롤업을 출시할 수 있을 것입니다.

옵티미스틱 롤업 프로그램은 EVM 호환성 측면에서 더 쉬운 편입니다. 그들은 여전히 자신의 EVM 버전을 실행하기 위해 몇 가지 수정을 필요로 하지만, 99%의 계약은 아무런 변경 없이 이식할 수 있습니다.

ZK 롤업은 옵티미스틱 롤업보다 계산량이 더 큽니다. 이는 ZK 증명을 계산하는 노드가 고사양의 기계여야 하며, 다른 사용자가 이를 실행하기 어렵게 만듭니다.

확장 개선 측면에서 두 가지 유형의 롤업 모두 이더리움을 초당 15~45건의 거래(거래 유형에 따라)에서 초당 1000~4000건의 거래로 확장할 수 있어야 합니다.

주목할 점은 1계층의 롤업 배치에 더 많은 공간을 제공함으로써 초당 더 많은 거래를 처리할 수 있다는 것입니다. 이는 Eth2가 여러 샤드를 생성하여 가능한 데이터 가용성 공간을 증가시킴으로써 롤업과 큰 시너지를 낼 수 있는 이유이기도 합니다. 각 샤드는 대량의 데이터를 저장할 수 있습니다. Eth2와 롤업의 결합은 이더리움의 거래 속도를 초당 10만 건으로 높일 수 있습니다.

이제 옵티미스틱과 ZK 롤업에서 작업하는 모든 다양한 프로젝트에 대해 이야기해 보겠습니다.

1. 옵티미스틱 롤업

옵티미즘과 아비트럼은 현재 가장 인기 있는 옵티미스틱 롤업 선택 프로젝트입니다.

옵티미즘은 이더리움 메인넷에 부분적으로 배포되었으며, Synthetix 또는 Uniswap과 같은 제한된 파트너와 함께 기술이 전면 출시되기 전에 예상대로 작동하도록 보장하고 있습니다.

아비트럼은 이미 메인넷에 버전을 배포하였으며, 다양한 프로젝트를 생태계에 통합하기 시작했습니다. 제한된 파트너만이 먼저 그들의 프로토콜을 배포할 수 있도록 허용하는 대신, 그들은 롤업에서 시작하고자 하는 모든 프로토콜에 시간 창을 제공하기로 결정했습니다. 이 기간이 끝난 후, 그들은 모든 사용자에게 한 번에 개방할 것입니다.

아비트럼에서 시작된 가장 유명한 프로젝트 중 일부는 Uniswap, Sushi, Bancor, Augur, Chainlink, Aave 등이 있습니다.

아비트럼은 최근 레딧과의 파트너십을 발표했습니다. 그들은 레딧이 보상 시스템을 확장할 수 있도록 별도의 롤업 체인을 시작하는 데 집중할 것입니다.

옵티미즘은 MakerDAO와 협력하여 옵티미즘 다이 브리지를 만들고 DAI 및 기타 토큰이 1계층으로 빠르게 인출될 수 있도록 하고 있습니다.

아비트럼과 옵티미즘 모두 EVM 호환 옵티미스틱 롤업 솔루션을 구축하려고 동일한 목표를 추구하고 있지만, 그들의 설계에는 몇 가지 차이가 있습니다.

아비트럼은 다른 분쟁 해결 모델을 가지고 있습니다. 그들은 사기 증명이 유효한지 검증하기 위해 1계층에서 전체 거래를 다시 실행하지 않고, 의심스러운 거래의 범위를 좁히고, 필요할 경우 1계층에서 몇 가지 명령만 실행하여 검증할 수 있는 상호작용적인 다단계 모델을 제안합니다.

이로 인해 아비트럼에 배포된 스마트 계약의 크기가 이더리움에서 허용되는 최대 계약 크기보다 클 수 있는 좋은 부작용이 발생합니다.

또 다른 주요 차이점은 거래 정렬 및 MEV 처리 방법입니다.

아비트럼은 처음에 거래 정렬을 담당하는 정렬기를 운영할 예정이지만, 장기적으로는 이를 탈중앙화할 계획입니다.

옵티미즘은 거래의 순서와 MEV를 일정 기간 동안 다른 당사자에게 경매에 부치는 방법을 선호합니다.

옵티미스틱 롤업에 전념하는 다른 몇 가지 프로젝트도 주목할 만합니다. Fuel, OMG 팀과 OMGX, Cartesi 등이 있습니다. 그들 중 대부분은 또한 그들의 롤업을 위해 EVM 호환 버전을 개발하려고 노력하고 있습니다.

2. ZK 롤업

이더리움 커뮤니티가 단기적으로는 옵티미스틱 롤업에 주목하고 있는 것처럼 보이지만, ZK 롤업에 전념하는 프로젝트들도 매우 빠르게 발전하고 있다는 점을 잊지 말아야 합니다.

ZK 롤업에 대해 우리는 몇 가지 옵션을 사용할 수 있습니다.

루프링은 ZK 롤업 기술을 사용하여 거래 및 결제 프로토콜을 확장합니다.

헤르메즈와 ZK튜브는 ZK 롤업을 사용하여 결제를 확장하고 있으며, 헤르메즈는 EVM 호환 ZK 롤업을 구축하고 있습니다.

아즈텍은 ZK 롤업 기술에 프라이버시 기능을 도입하는 데 집중하고 있습니다.

DeversiFi, Immutable X 및 dYdX와 같은 프로젝트는 StarkWare 기반의 롤업 기술을 광범위하게 사용하고 있습니다.

앞서 언급한 바와 같이 ZKSync는 Solidity로 작성된 모든 스마트 계약을 완전히 지원할 수 있는 EVM 호환 가상 머신을 개발하고 있습니다.

4. 요약

우리가 보았듯이, 옵티미스틱과 ZK 롤업 진영 모두에서 많은 일이 진행되고 있으며, 서로 다른 롤업 간의 경쟁은 흥미로울 것입니다.

롤업은 또한 디파이에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 이전에 거래 수수료가 높아 이더리움에서 거래할 수 없었던 사용자들은 다음 네트워크 활동이 활발할 때 생태계에 남아 있을 수 있게 될 것입니다. 그들은 또한 더 저렴한 거래와 더 빠른 확인 시간을 필요로 하는 새로운 유형의 애플리케이션을 지원할 것입니다. 모든 것이 이더리움 합의의 완전한 보호를 받습니다. 롤업은 디파이의 또 다른 고성장 기간을 촉발할 가능성이 있어 보입니다.

하지만 롤업에는 여전히 몇 가지 도전 과제가 있습니다.

호환성은 그 중 하나입니다. 여러 프로토콜을 조합하여 사용하려면 모든 프로토콜이 동일한 롤업에 배포되어야 합니다.

또 다른 도전 과제는 유동성 단절입니다. 예를 들어, 새로운 자금이 전체적으로 이더리움 생태계에 유입되지 않으면, Uniswap이나 Aave와 같은 프로토콜에 존재하는 1계층의 기존 유동성이 1계층과 여러 롤업 구현 간에 공유됩니다. 낮은 유동성은 일반적으로 높은 슬리피지와 나쁜 거래 실행을 의미합니다.

이는 자연스럽게 승자와 패자를 초래합니다. 현재 기존의 이더리움 생태계는 모든 확장 솔루션을 활용하기에 충분하지 않습니다. 장기적으로는 변화가 있을 가능성이 높지만, 단기적으로는 일부 롤업과 다른 확장 솔루션이 무인 지대가 되는 것을 볼 수 있을 것입니다.

미래에는 사용자가 완전히 롤업 생태계에서 생활하고, 오랜 시간 동안 이더리움 메인 체인 및 다른 확장 솔루션과 상호작용하지 않을 수도 있습니다. 특히 더 많은 중앙화 거래소가 직접 입출금을 실현할 수 있다면 더욱 그러할 것입니다.

그럼에도 불구하고 롤업은 이더리움을 확장하는 궁극적인 전략으로 보이며, 도전 과제는 어떤 식으로든 완화될 가능성이 높습니다. 롤업이 점점 더 많은 사용자에게 채택되는 모습을 보는 것은 분명 흥미로운 일입니다.

롤업에 대해 논의할 때 자주 제기되는 질문 중 하나는 그것들이 사이드체인에 위협이 되는가 하는 것입니다. 개인적으로는 사이드체인이 이더리움 생태계에서 여전히 자리를 차지할 것이라고 생각합니다. 이는 2계층의 거래 비용이 1계층보다 훨씬 낮아지겠지만, 특정 유형의 애플리케이션(예: 게임 및 기타 고용량 애플리케이션)에 대한 가격이 여전히 높을 가능성이 있기 때문입니다.

이더리움이 샤딩을 도입할 때 이러한 상황이 변화할 수 있지만, 그때까지 사이드체인은 충분한 네트워크 효과를 발휘하여 장기적으로 생존할 수 있을 것입니다. 이것이 미래에 어떻게 발전할지 지켜보는 것도 매우 흥미롭습니다.

또한 롤업의 비용은 사이드체인보다 높습니다. 왜냐하면 각 롤업 배치가 여전히 이더리움 블록 공간의 비용을 지불해야 하기 때문입니다.

기억해야 할 점은 이더리움 커뮤니티가 이더리움 확장 전략에서 롤업에 매우 주목하고 있다는 것입니다 ------ 적어도 단기에서 중기, 심지어 더 오랜 기간 동안입니다. 저는 비탈릭 부테린의 롤업 중심 이더리움 로드맵에 대한 기사를 읽어보기를 권장합니다.