Optimisitic Rollup은 도대체 ZK Rollup보다 어디가 부족한가요?

원제목：《Optimistic Rollups의 승부수》

저자：IOBC Capital

비탈릭은 2021년에 이렇게 말했습니다：

일반적으로, 제 개인적인 견해는 단기적으로는 Optimistic Rollups가 일반 목적의 EVM 계산에서 승리할 가능성이 높고, ZK Rollups는 간단한 결제, 거래 및 기타 애플리케이션 특정 사용 사례에서 승리할 가능성이 높지만, 중장기적으로는 ZK Rollups가 모든 사용 사례에서 승리할 것이라는 것입니다. ZK-SNARK 기술이 개선됨에 따라.

（전반적으로, 제 개인적인 견해는 단기적으로 Optimistic Rollups가 일반적인 EVM 계산에서 승리할 가능성이 높고, ZK Rollups는 간단한 결제, 거래 및 기타 특정 용도의 애플리케이션에서 승리할 가능성이 높지만, ZK-SNARK 기술이 개선됨에 따라 중장기적으로 ZK Rollups가 모든 애플리케이션에서 승리할 것이라는 것입니다.）

현재 가장 유명한 ZK Rollups 프로젝트는 zkSync, StarkEX, StarkNet, Aztec 등과 같은 것들이며, Optimistic Rollup의 쌍두마차인 Optimism의 토큰은 이미 주요 거래소에서 거래되고 있습니다. 최근 금리 인상, ETH2.0의 근접, OP 에어드롭의 매도 압력이 소화되는 등 여러 요인으로 인해 OP 가격도 좋은 성과를 보이고 있습니다. 이러한 강력한 가격 성과에 직면하여 많은 사람들은 궁금해할 것입니다: OP는 도대체 ZK에 비해 어떤 점이 부족한가요?

먼저 Optimistic Rollup과 ZK Rollup의 몇 가지 가장 중요한 차이점을 나열하겠습니다：

• 첫째, 안전성, ZK Rollup이 Optimistic Rollup보다 우수합니다. zk Rollup은 L1에 제출되는 새로운 상태에 Proofs가 첨부되어 L1의 안전 보장을 상속받습니다. 반면 Optimistic Rollup은 L1에 제출되는 새로운 상태에 증명이 첨부되지 않으며, TVL이 일정량 증가하면 채굴자가 뇌물을 받을 수 있어 오류 발생 후 사기 증명이 블록에 포함되지 않을 위험이 있습니다.
• 둘째, 확장성, ZK Rollup이 Optimistic Rollup보다 우수합니다. Optimistic의 실제 처리량 한계는 500TPS이며, ZK는 2000TPS를 초과하고 StarkEx는 심지어 9000TPS에 이를 수 있습니다.
• 셋째, 검증 가능한 최종성, ZK Rollup이 Optimistic Rollup보다 우수합니다. zk Rollup의 최종 확정 시간은 매우 짧습니다. 예를 들어 zkSync는 10분입니다. 반면 Optimistic Rollup의 최종 확정 시간은 최소 1주일입니다. 두 가지를 비교할 때 자본 효율성에서 큰 차이가 있습니다.
• 넷째, EVM 호환성, Optimistic Rollup이 ZK Rollup보다 우수합니다. Optimistic Rollup은 EVM과 호환되며, 기존의 Ethereum Layer1에서 다양한 Dapps를 매우 빠르고 편리하게 끌어올 수 있습니다. 따라서 현재 Optimistic Rollup 계열의 Layer2 프로젝트는 TVL 순위에서 상위에 위치하고 있습니다. 그러나 zkVM의 개발이 진행됨에 따라 Optimistic Rollup의 이점도 약화될 것입니다.

Optimistic의 안전성이 ZK보다 낮고 자본 효율성이 낮은 이유를 이해하려면 Optimistic Rollup의 작동 원리를 알아야 합니다. 다음으로 Arbitrum Rollup을 예로 들어 설명하겠습니다:

Arbitrum Rollup은 Optimistic Rollup의 일종입니다. 기본 구조는 아래 그림과 같습니다:

Arbitrum은 Ethereum의 Layer2 프로토콜로, EthBirdge는 Arbitrum 체인에서 발생하는 사건의 최종 권위 출처이며, 체인의 Inbox/Outbox를 유지해야 합니다. Arbitrum의 실행 환경은 AVM이며, AVM의 설계 출발점은 EVM으로, 많은 부분에서 변경되지 않았습니다. 따라서 Arbitrum은 EVM으로 작성되거나 컴파일된 프로그램을 지원합니다. Offchain Labs가 Arbitrum을 위해 작성한 운영 체제는 ArbOS이며, ArbOS는 스마트 계약에 EVM과 호환되는 실행 환경을 제공합니다. 따라서 ArbOS 운영 체제에서 EVM 호환 Dapps를 실행할 수 있으며, 이는 Ethereum 체인의 다양한 Dapps가 직접 이전될 수 있음을 의미합니다.

Arbitrum에서 Arbitrum Rollup 체인에서 발생하는 모든 거래는 Rollup 체인에 기록됩니다. Arbitrum에서 거래를 실행하려면 ETH Gas Fee가 필요하지만 Layer1보다 훨씬 저렴합니다. Ethereum 체인에 제출되는 것은 원시 거래 데이터이며, 계약의 계산 실행 및 저장은 Arbitrum Rollup 체인에서 이루어집니다. 거래 최적화 압축은 Ethereum 체인에 게시해야 하는 내용을 최소화하여 Layer2의 비용을 낮추고 처리량을 높이는 데 중요합니다. 자신의 Calldata를 포함하지 않는 간단한 송금 거래의 경우, 기준 테스트에 따르면 Arbitrum은 초당 최대 4500건의 송금 거래를 허용합니다.

어떻게 합의를 이루나요?

Arbitrum Rollup은 낙관적인 Rollup입니다. 즉, 기본적으로 모든 사람이 정직하다고 가정하므로, 주장 발표 시 유효성을 입증하는 증명을 요구하지 않습니다. 대신 Layer2 네트워크의 올바른 합의를 보장하기 위해 사기 증명 메커니즘을 사용합니다.

Arbitrum의 사기 증명(Fraud Proofs): 주장이 체인에 게시될 때, 해당 주장을 하는 검증자는 보증금을 게시하며, 시간 창이 있습니다. 만약 그들이 이것이 잘못되었다고 생각하면, 누구나 자신의 보증금을 게시하고 주장을 의심할 수 있습니다. 도전 창 기간 동안 주장을 하는 자와 도전자는 상호 작용 프로토콜을 통해 왕복할 수 있으며, 체인 상의 계약이 프로토콜의 중재자 역할을 합니다. 마지막으로 중재자는 한 쪽이 허위 주장을 했다고 판단하고 보증금을 몰수하여 그 쪽을 처벌합니다.

그렇다면 Arbitrum은 도전 기간 내의 논쟁을 어떻게 해결하나요?

핵심은 상호작용 증명(Interactive Proving)입니다. 이는 사실상 논쟁을 세분화하여 주요 논쟁점을 찾고 Layer1 중재자(L1 Referee)를 통해 판단하는 방식입니다.

예를 들어 설명하겠습니다: Alice가 주장을 제출했다고 가정합니다(93이 맞다고 주장). 그러나 Bob은 동의하지 않고 도전을 시작합니다(95가 맞다고 주장). Alice의 주장이 N개의 실행 단계를 포함하고 있다면, 그녀는 N/2 크기의 두 개의 주장을 게시하여 이를 결합해 초기 N단계 주장을 생성합니다. 그런 다음 Bob은 Alice의 N/2 단계 주장 중 하나를 선택하여 도전합니다. 이제 논쟁의 규모가 절반으로 줄어들었습니다. 이 과정은 계속 진행되어 각 단계에서 논쟁을 절반으로 줄여 나가며, 그들이 하나의 실행 단계에 대해 이견이 생길 때까지 진행됩니다. 논쟁이 하나의 단계로 축소되었을 때, L1 중재자는 실제 실행된 명령을 보고 Alice의 주장이 올바른지를 확인하여 논쟁을 해결해야 합니다.

Arbitrum이 사용하는 상호작용 증명은 Ethereum Layer1에서 사용하는 거래 재실행(Re-executing Transaction)과의 차이점은 다음과 같습니다: 재실행 거래는 전체 거래의 실행을 시뮬레이션해야 하지만, 상호작용 증명은 Alice와 Bob이 스스로 논쟁을 하나의 단계로 줄여서 L1 중재자가 단지 1개의 거래 실행만 시뮬레이션하면 되도록 합니다. Arbitrum과 Optimism의 차이점은 논쟁 해결 방식에서도 나타납니다. Optimism은 문제가 있는 전체 거래를 EVM을 통해 실행합니다.

위에서 알 수 있듯이, Optimistic Rollups가 ZK보다 안전성이 낮고 자본 효율성이 낮은 이유는 증명 메커니즘의 차이에 있습니다.

확장성의 본래 목적에 돌아가서, 이더리움 L1의 성능에 비해 Optimistic Rollup은 사실상 확장의 주요 목적을 달성했으며, Optimistic Rollups가 EVM 호환의 장점을 가지고 있어 발전 상황도 좋습니다. Layer2 프로젝트의 TVL 순위에서 Optimistic Rollups의 쌍두마차인 Arbitrum과 Optimism은 각각 2.48B와 1.04B의 TVL로 상위 2위를 차지하고 있습니다. Arbitrum 생태계에는 21종의 249개 애플리케이션 프로토콜이 입주해 있으며, Optimism 생태계에도 179개 프로젝트가 있습니다.