지금까지 우리는 도대체 몇 개의 퍼블릭 블록체인(L1s & L2s)이 있는가?

아마도 아무도 즉시 정확하게 이 질문에 답할 수 없을 것입니다. DefiLlama의 통계에 따르면, 현재 그들이 수록한 퍼블릭 블록체인은 무려 225개에 달하며, 이 외에도 수많은 아직 수록되지 않은 신규 체인과 출시되지 않은 체인이 존재합니다. 암호화 세계는 다중 체인으로 구성된 혼돈의 세계라고 할 수 있습니다.

이 다중 체인이 공존하는 암호화 세계에서 각 체인은 고유한 기술적 특징, 커뮤니티 지원, 개발 도구 및 생태계를 가지고 있습니다. 예를 들어, 비트코인을 선두로 하는 POW 퍼블릭 블록체인, 이더리움을 대표하는 EVM 기반 퍼블릭 블록체인 및 여러 L2, 솔라나와 같은 독창적인 고속 퍼블릭 블록체인, 그리고 Aptos, Sui를 대표하는 Move 기반 퍼블릭 블록체인이 있습니다. 이러한 다양성은 분산형 애플리케이션(DApps)과 금융 혁신에 더 많은 가능성을 제공합니다. 하지만 동시에 이는 일련의 도전 과제를 가져옵니다.

상호 운용성, 즉 서로 다른 블록체인 간의 자산과 정보의 상호 교환은 시급히 해결해야 할 문제로 떠올랐습니다. 과거에는 서로 다른 블록체인 시스템이 마치 고립된 섬처럼 존재했으며, 각자 많은 자산과 데이터를 보유하고 있었지만 다른 체인과 효과적으로 상호 작용할 수 없었습니다. 이는 진정한 분산형 암호화 세계를 실현하고자 하는 이들에게는 큰 장애물입니다.

이 문제를 해결하기 위해 크로스 체인 기술이 등장했으며, 이는 이러한 고립을 깨고 서로 다른 블록체인 시스템이 원활하게 자산과 정보를 교환할 수 있도록 하려는 시도입니다. 개발자와 사용자에게 크로스 체인은 더 큰 유동성과 선택을 의미할 뿐만 아니라, 보다 개방적이고 상호 연결된 블록체인 세계를 의미합니다.

본 문서에서는 우리가 왜 크로스 체인이 필요한지, 크로스 체인 기술의 핵심 개념, 분류, 구현 방법과 도전 과제, 그리고 그것이 우리의 미래 암호화 세계를 어떻게 형성할 것인지에 대해 탐구할 것입니다.

Part1 크로스 체인의 필요성

크로스 체인 기술은 우리가 진정한 분산형, 상호 연결된 블록체인 미래를 달성하는 데 필수적인 것일까요?

많은 사람들이 이에 대해 다양한 답변을 가지고 있을 것이라고 믿습니다. 이전 크로스 체인 분야에서 발생한 일련의 보안 사고의 영향을 받아 일부 사람들은 크로스 체인을 언급할 때 자동으로 "허위 명제"나 "함정"으로 인식하게 되었습니다. 이는 이들의 슬픔이자 전체 산업의 슬픔입니다.

하지만 다중 체인이 공존하는 현재 시장의 구도는 부인할 수 없는 사실이며, 퍼블릭 블록체인과 Layer2(Rollups)의 수가 증가하고 각자의 생태계가 점차 완성됨에 따라 크로스 체인은 필수 불가결한 요소가 될 것입니다. 아래 두 가지 측면의 설명에서 답을 찾을 수 있을 것입니다:

첫째, 상호 운용성 문제는 점점 더 뚜렷한 고통의 지점이 되고 있습니다. 225개 이상의 퍼블릭 블록체인 중 각 체인은 특정한 애플리케이션, 자산 및 사용자를 가질 수 있습니다. 그러나 이러한 체인에서 생성된 가치가 다른 체인으로 유통되지 못한다면 그 잠재력은 심각하게 제한될 것입니다. 이는 단순한 자산 거래 문제에 그치지 않고 데이터, 논리 및 애플리케이션의 상호 사용성에도 관련이 있습니다.

현재 블록체인 세계는 "고립" 문제에 직면해 있습니다. 이러한 고립된 섬들 사이에는 풍부한 자원이 있지만 서로 격리되어 있어 충분히 활용되지 못하고 있습니다. 만약 인터넷의 주요 플랫폼들이 서로 통신할 수 없다면 우리의 온라인 경험은 크게 저하될 것입니다. 블록체인에서도 상황은 유사합니다.

둘째, 자산 유동성은 금융 시스템의 핵심입니다. 전통 금융 세계에서는 자산이 주요 거래소, 은행 및 금융 기관 간에 자유롭게 이동할 수 있습니다. 그러나 현재 블록체인 분야에서는 서로 다른 체인 간의 자산 유동성이 제한되고 있습니다. 이는 사용자 거래 경험에 영향을 미칠 뿐만 아니라 분산형 금융(DeFi)의 추가 발전을 제한합니다.

따라서 상호 운용성 문제와 자산 유동성 문제 모두를 고려할 때, 우리는 크로스 체인에 대한 실질적인 수요가 있습니다. 이는 전통적인 자산 크로스 체인 브리지(Bridge)뿐만 아니라 상호 운용 프로토콜(Interoperability Protocol)도 포함됩니다. 다음 장에서는 기술적 관점에서 모든 크로스 체인 솔루션을 분류하고, 이 두 가지 범주에 대해 개별적으로 소개하여 독자들이 더 잘 이해할 수 있도록 하겠습니다.

Part2 크로스 체인 솔루션의 분류

크로스 체인 기술은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전하여 체인 간 상호 작용 문제를 해결하기 위한 다양한 방법을 제공합니다. 이러한 크로스 체인 솔루션은 다양한 차원에 따라 여러 가지 분류 방법이 있으며, 여기서는 Connext의 창립자 Arjun Bhuptani가 제안한 크로스 체인 분석 프레임워크를 도입하여 상호 운용 프로토콜(크로스 체인 브리지)의 메시지 검증 방식에 따라 세 가지 주요 범주로 나누겠습니다: 원주 검증, 외부 검증 및 로컬 검증.

원주 검증

（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）

원주 검증 모델에서는 목표 체인에서 소스 체인의 경량 클라이언트 또는 경량 노드가 실행되어 소스 체인에서 오는 메시지를 목표 체인에서 검증합니다. 이 방법의 주요 장점은 높은 신뢰성과 분산 특성입니다. 경량 클라이언트의 검증 논리는 다른 유형의 노드와 동일하기 때문에 강력한 크로스 체인 검증 메커니즘을 제공합니다.

이 메커니즘에서 핵심 역할은 Head Relayer로, 소스 체인의 블록 헤더 정보를 목표 체인의 경량 클라이언트로 전달하여 검증하는 역할을 합니다. 이 방법의 도전 과제는 기본 합의 메커니즘에 대한 의존성과 처리해야 할 체인의 수가 증가할 때 발생할 수 있는 복잡성입니다.

원주 검증을 사용하는 프로젝트에는 Cosmos IBC, Near Rainbow Bridge, Snowbridge 등이 있으며, Rollup의 진입/퇴출도 원주 검증의 특별한 형태입니다.

외부 검증

（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）

외부 검증 방법은 외부 검증자 집합을 도입하여 크로스 체인 메시지를 검증하는 것입니다. 이 외부 검증자 집합은 일반적으로 여러 개체로 구성되며, 외부 검증자는 다수의 계산 시스템(MPC), 오라클(Oracle), 다중 서명 그룹 등 다양한 형태를 가질 수 있습니다. 이러한 검증자/증인은 본질적으로 큰 차이가 없습니다. 이 방법의 명백한 장점 중 하나는 높은 확장성입니다. 외부 검증 방식을 채택한 브리지는 현재 크로스 체인 브리지 분야에서 가장 높은 비율을 차지하고 있습니다.

그러나 외부 검증자 집합을 도입하는 것은 새로운 보안 가정을 도입하는 것을 의미하기도 합니다. 이 모델의 보안성은 A 체인, B 체인 및 외부 검증자 집합 중 가장 낮은 보안성에 의해 결정되므로, 이 방식은 시스템의 약점을 증가시킬 수 있습니다.

외부 검증 프로토콜의 예로는 Wormhole(Portal Bridge), Axelar, Chainlink CCIP, Multichain 등이 있으며, 본질적으로 LayerZero가 채택한 방식도 외부 검증에 해당합니다.

로컬 검증

（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）

위의 두 가지 방법과는 달리, 로컬 검증은 피어 투 피어 검증이라고도 하며 거래 당사자 간의 직접적인 검증에 초점을 맞춥니다. 이 방법은 일반적으로 해시 타임 락 계약(HTLC)을 포함하며, 거래 당사자 간에 서로의 거래를 검증할 수 있습니다. 이러한 모델에서 거래 당사자는 일반적으로 상반된 경제적 이익을 가지므로 공모의 가능성이 크게 줄어듭니다.

이 방법의 두드러진 장점은 분산 특성과 거래 당사자 간의 높은 신뢰성입니다. 그러나 거래 당사자가 동시에 온라인 상태여야 하는 문제와 체인 간의 일반 데이터 전송을 지원할 수 없는 문제(즉, 로컬 검증 방식은 Swap 브리지에만 적합하며, 주로 이더리움 간 자산 브리지에 해당)와 같은 몇 가지 도전 과제가 있습니다.

로컬 검증을 사용하는 전형적인 사례로는 Connext, cBridge, Hop 등이 있습니다.

요약하자면, 위의 세 가지 크로스 체인 기술 방법은 각각 장점과 제한이 있으며, 단지 하나의 차원에 따라 분류된 소개에 불과합니다. 실제로 어떤 방법을 선택해야 하는지는 특정 애플리케이션 요구 사항, 보안성 고려 사항 및 관련 체인의 특성에 따라 달라집니다. 암호화 분야의 지속적인 발전과 함께, 우리는 크로스 체인 상호 작용의 도전에 대응하기 위한 더 많은 혁신적인 방법을 기대합니다.

Part3 자산 크로스 체인과 크로스 체인 메시지 전송

위에서 우리는 크로스 체인의 기본 개념과 크로스 체인 솔루션의 분류를 소개했습니다. 이제 자산 크로스 체인과 크로스 체인 메시지 전송 간의 차이를 명확히 이해할 수 있도록 이 장에서는 두 가지 간의 차이를 주로 소개하겠습니다.

자산 크로스 체인

자산 크로스 체인은 디지털 자산이 한 블록체인에서 다른 블록체인으로 원활하게 이동할 수 있도록 하는 기술입니다. 이는 현재 가장 보편적이고 인기 있는 크로스 체인 애플리케이션으로, 서로 다른 체인에서 동일한 자산을 대표하고 사용하는 방법을 해결하는 핵심 문제를 다룹니다. 자산 크로스 체인의 일반적인 작동 원리는 다음과 같습니다:

자산 잠금 및 발행(Lock-and-Mint)

자산 크로스 체인 과정에서 가장 일반적인 방법은 자산 잠금 및 발행입니다. 간단히 말해, 자산이 소스 체인에서 목표 체인으로 이동할 때, 소스 체인에서 잠금되고 목표 체인에서 "발행"됩니다. (유사한 메커니즘으로 소각 및 발행(Burn-and-redeem)도 있으며,篇幅 관계로 본문에서는 자세히 설명하지 않겠습니다. 전형적인 사례로는 USDC 발행사 Circle이 채택한 크로스 체인 방식이 있습니다.)

（图表来源：web3edge，@0xPhillan）

예를 들어, BTC가 이더리움에서 토큰으로 사용될 때, 원래의 BTC가 잠금되고 이더리움에서 동등한 Wrapped Bitcoin(WBTC) 토큰이 생성됩니다. 이는 BTC의 총 공급량이 변경되지 않도록 하여 자산의 희소성을 유지합니다. WBTC 외에도 이더리움의 일부 Layer2 공식 브리지, 예를 들어 Polygon Bridge, Arbitrum Bridge, 이더리움과 Near 생태계를 연결하는 Rainbow Bridge도 잠금 + 발행/소각 메커니즘을 채택하고 있습니다.

유동성 교환(Liquidity Pool)

유동성 교환은 특별한 유동성 풀을 사용하여 크로스 체인 거래를 촉진하는 것입니다. 사용자가 크로스 체인을 수행할 때, 사용자는 한 체인에서 자산을 유동성 풀에 예치하고 다른 체인의 유동성 풀에서 동등한 자산을 인출할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 빠른 거래와 교환을 제공할 수 있지만, 유동성 제공자(LP)가 제공한 유동성이 보상을 원하기 때문에 일부 수수료가 발생할 수 있습니다.

（图表来源：web3edge，@0xPhillan）

메커니즘적으로 볼 때, 이러한 크로스 체인 브리지의 보안 위험은 주로 LP가 부담합니다. 풀에 해커가 공격을 가하면 LP가 제공한 유동성이 해커에게 도난당할 가능성이 높습니다. 유동성 풀이 불균형해지면 크로스 체인 자산의 가치가 무너져 크로스 체인 사용자에게 위기를 전파할 수 있습니다. 유동성 풀 방식을 채택한 크로스 체인 브리지에는 ThorSwap, Hop Exchange, Synapse Bridge 등이 있습니다.

원자 교환(Atomic Swaps)

원자 교환은 두 당사자가 중개인 없이 직접 자산을 교환할 수 있도록 합니다. 이는 해시 타임 락 계약(HTLC)을 활용하여 교환이 "원자성"을 보장합니다. 즉, 거래는 전부 완료되거나 전혀 이루어지지 않습니다. 원자 교환 방식의 크로스 체인 브리지는 자산을 개인 키를 통해 입출금하며, 한 쪽이 악의적일 경우 다른 쪽은 시간 락(정해진 시간 후에 열 수 있음)을 통해 자산을 회수할 수 있습니다. 중앙화된 제3자가 신뢰를 보장할 필요가 없습니다. 원자 교환 방식을 채택한 전형적인 프로젝트로는 Connext, cBridge 등이 있습니다.

（图表来源：web3edge，@0xPhillan）

크로스 체인 메시지 전송

자산 크로스 체인과는 달리, 크로스 체인 메시지 전송은 자산뿐만 아니라 한 체인에서 다른 체인으로 전송되는 모든 정보 유형을 포함합니다, 예를 들어 계약 호출, 상태 업데이트 등이 있습니다.

상태 동기화

일반적인 크로스 체인 메시지 전송 방법 중 하나는 상태 동기화입니다. 이는 한 체인의 상태 또는 일부 상태가 다른 체인으로 동기화되는 것을 의미합니다. 예를 들어, Polkadot의 릴레이 체인은 각 평행 체인의 상태 동기를 처리하는 역할을 합니다.

이벤트 리스닝 및 응답

한 체인에서 특정 이벤트(예: 거래가 확인되거나 스마트 계약이 호출됨)가 발생할 때, 다른 체인은 이러한 이벤트를 리스닝하도록 구성될 수 있으며 필요에 따라 응답할 수 있습니다. 예를 들어, ChainSafe의 ChainBridge는 이러한 방법을 사용하여 크로스 체인 메시지를 처리합니다.

사실, 자산 크로스 체인과 크로스 체인 메시지 전송 모두 핵심 도전 과제는 정보의 완전성, 보안성 및 실시간성을 보장하는 것입니다. 기술의 발전과 함께 새로운 크로스 체인 솔루션이 지속적으로 등장하여 다중 체인 환경에서 상호 운용성을 위한 보다 강력하고 유연한 지원을 제공할 것입니다.

Part4 크로스 체인의 도전 과제

블록체인의 발전과 점점 더 성숙해지는 과정에서 크로스 체인 기술은 서로 다른 블록체인 간의 자산과 데이터의 원활한 교환을 실현하기 위한 중요한 연구 방향이 되었습니다. 그러나 이 목표를 달성하는 것은 쉽지 않습니다. 단일 블록체인에서의 "불가능한 삼각형"에 비유할 수 있는 "삼중 조정" 문제도 크로스 체인 상호 운용 분야에 존재합니다.

Arjun Bhuptani가 제안한 프레임워크에 따르면, 어떤 크로스 체인 솔루션 설계는 최대한 다음 세 가지 중 두 가지만 충족할 수 있습니다:

• 확장성(Extensible): 임의의 메시지 전송을 지원
• 신뢰 없음(Trustless): 새로운 신뢰 가정을 도입하지 않음
• 적응 용이성(Generalizable): 더 많은 블록체인에 쉽게 적응 가능

（图表来源：Connext，Arjun Bhuptani）

세 가지를 동시에 충족할 수 없을 때는 세 가지 사이에서 선택과 균형을 이루어야 하며, 이러한 균형은 단일 블록체인에 비해 더 높은 복잡성을 가질 수 있습니다. 이는 안전성과 신뢰의 균형, 통일성과 다양성의 균형, 포장 자산과 원주 자산의 균형 등을 포함하며, 이는 미래 크로스 체인 기술의 지속적인 발전과 진화 과정에서 직면해야 할 도전 과제입니다. 각종 크로스 체인 브리지 프로젝트는 다양한 관점에서 삼중 조정의 딜레마를 최적화하고 해결하려고 시도하고 있으며, 종합 성능을 최대화하려고 노력하고 있습니다.

Part5 요약 및 전망

크로스 체인 기술은 블록체인 발전의 핵심 분야로, 블록체인 분야의 성배로 여겨지며, 블록체인의 "고립"을 깨고 만 체인의 상호 연결을 실현하는 핵심 기술입니다. 자산 크로스 체인에서 메시지 크로스 체인에 이르기까지 모든 Web3 빌더들은 협력하고 협동하는 블록체인 생태계를 실현하기 위해 노력하고 있습니다.

그러나 우리가 논의한 바와 같이, 크로스 체인 기술은 여전히 많은 도전에 직면해 있습니다. 하지만 연구가 심화되고 기술이 발전함에 따라, 우리는 이러한 도전을 극복하고 보다 안전하고 효율적이며 원활한 크로스 체인 생태계를 실현할 수 있기를 기대합니다.

참고 자료:

[1] The Interoperability Trilemma (https://medium.com/connext/the-interoperability-trilemma-657c2cf69f17)

[2] Master Web3 Fundamentals: Interoperability & Bridges (https://web3edge.io/fundamentals/master-web3-interoperability-bridges#)

[3] Paka Labs 크로스 체인 연구 보고서(3/4) | 고립을 대륙으로 연결하다: 20개의 크로스 체인 브리지 및 4가지 크로스 체인 기술 패러다임 해석

[4] 심오한 크로스 체인 브리지: 한 문서로 모든 것을 해명

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