도전 기간이 14일에서 1일로 단축되었고, GOAT Network가 GOAT BitVM2 백서를 발표하여 비트코인 zkRollup의 실현을 가속화하고 있습니다

미 동부 시간 2025년 5월 7일, GOAT Network는 공식적으로 GOAT BitVM2 백서를 발표하며, 최초의 실현 가능한 비트코인 네이티브 zkRollup 프로토콜을 제안했습니다. 이 프로토콜은 원래 BitVM2 프로토콜의 장점을 계승하는 기반 위에 여러 가지 혁신을 제시하며, 보안성, 도전 메커니즘 및 경제적 인센티브의 핵심 문제를 체계적으로 해결하여 비트코인 생태계의 확장성과 프로그래머블성을 위한 기초를 마련했습니다.

BitVM2의 잠재력과 현실적 한계

로빈 리너스와 제로싱크 팀이 2024년에 제안한 BitVM2 프로토콜은 비트코인 메인넷 프로토콜을 변경하지 않고도 체인에서 임의의 계산을 검증할 수 있는 혁신적인 경로로, 비트코인 zkRollup과 크로스 체인 브릿지의 가능성을 창출했습니다. 그러나 실제 응용으로 나아가 BitVM2를 생산 수준의 크로스 체인 브릿지에 사용할 때 여전히 다음과 같은 핵심 문제가 존재합니다:

• 운영자(Operator) 이중 지불 공격: 현재 BitVM2는 운영자가 검증 가능한 상태(예: 분기 체인에서 유래한 상태)를 제출할 수 있도록 허용하며, 사용자가 출금할 때 이중 지불 공격의 위험을 초래할 수 있습니다.
• 도전 프로세스 비효율성: 기존 메커니즘은 일대일(스테이킹, 도전) 관계를 채택하고 있으며, 도전 주기가 길어 계산 및 조정 비용이 비쌉니다. 동시에 유연한 출금 금액을 지원하지 않아 자금 활용도와 사용자 경험을 저하시킵니다.
• 효과적인 인센티브 메커니즘 부족: 프로토콜은 Rollup 생태계의 다양한 역할을 참여시키기 위한 효과적인 인센티브가 부족하며, 특히 도전자는 대부분의 경우 보상을 받지 못해 정직하고 신속하게 도전을 시작할 의지가 부족합니다. 크라우드 펀딩 인센티브에 의존하는 시스템에서는 보상이 잘못된 참여자에게 배분되는 문제가 발생할 수 있어 인센티브의 정확성과 유효성을 더욱 약화시킵니다.

GOAT BitVM2: 세 가지 메커니즘 혁신

GOAT Network는 엔지니어링 관점에서 출발하여 GOAT BitVM2 강화 솔루션을 출시하였으며, 이를 GOAT Network의 핵심 실행 시스템으로 배포하여 비트코인 zkRollup을 실제로 구현했습니다. 이 솔루션은 세 가지 메커니즘을 중심으로 근본적인 개선을 이루었습니다:

1. 암호 경제적 보안 계층 (Cryptoeconomic Security Layer)

비트코인 네이티브 스크립트 검증과 GOAT 네트워크 합의 계층의 이중 처벌 메커니즘을 결합하여 운영자의 악행 비용을 크게 증가시킵니다. 이 메커니즘은 합리적인 규모의 운영자 집합을 유지하며 "1-of-n 정직한 노드" 가정 하에 시스템의 높은 활성화를 보장합니다.

2. 빠른 도전 메커니즘 (Accelerated Dispute Resolution)

다단계 도전자 순환 메커니즘을 채택하여 도전 처리 주기를 대폭 단축시키고, 유효한 최종성 시간을 1일 이내로 줄였습니다.

3. 인센티브 정렬 도전 경제 모델 (Incentive-Aligned Challenge Economy)

성공적인 도전자는 악의적인 제안자의 스테이킹 금액으로 구성된 "사기 보상"을 받을 수 있습니다. 이 메커니즘은 도전 참여율을 높이고 도전 행동과 운영자의 악행 위험 간의 경제적 인센티브를 정렬합니다.

통합 운영자 모델: 경제와 구조의 통합 재구성

위의 메커니즘을 실현하기 위해 GOAT Network는 BitVM2의 복잡하게 분리된 역할 체계를 통합하고 재구성했습니다.

전통적인 BitVM2 구조에서 Rollup 시스템은 정렬자(Sequencer), 도전자(Challenger), 운영자(Operator) 및 위원회 구성원(Committee) 등 여러 역할을 포함합니다. 이러한 역할은 책임과 비용에서 상당한 차이가 있기 때문에 공정하고 효율적인 Rollup 경제 모델과 인센티브 메커니즘을 설계하는 것은 매우 도전적인 과제가 됩니다.

GOAT Network의 핵심 혁신은 이러한 역할을 단일 정체성인 통합 운영자(Universal Operator, 약칭 운영자)로 통합하고, 역할 순환 메커니즘을 통해 모든 참여자가 서로 다른 시간에 다양한 책임을 번갈아 맡도록 하는 것입니다. 모든 운영자는 L2에서 스테이킹을 해야 하며, 매 라운드마다 특정 역할에 배정되어 다음과 같은 네 가지 주요 이점을 제공합니다:

• 수익과 비용 균형: GOAT 네트워크는 운영자가 수익 역할과 높은 비용 역할 간에 순환하도록 하여 장기적으로 수입과 지출이 상대적으로 균형을 이루도록 보장하여 일부 운영자가 장기적으로 높은 계산 비용을 부담하지 않도록 합니다.
• 인센티브 메커니즘 정렬: 서로 다른 역할 간의 교차 보조 메커니즘은 수익 변동을 완화하여 운영자가 어떤 역할에서도 정직하게 참여하도록 유도합니다.
• 참여 장벽 감소: 중소 노드는 지속적으로 높은 비용 역할을 부담할 필요가 없으며 쉽게 참여할 수 있어 시스템의 탈중앙화 정도와 개방성을 높입니다.
• 시스템 탄력성 강화: 개별 운영자가 오프라인이 되더라도 시스템은 역할을 유연하게 분배하여 운영을 유지할 수 있어 단일 지점에 대한 의존성을 피할 수 있습니다.

요약하자면, GOAT Network는 정렬자, 계산자, 도전자 등의 행동 역할을 스테이킹 운영자로 구성된 역할 풀로 통합하여 모든 운영자가 번갈아 책임을 지고 처벌 메커니즘의 제약을 받도록 합니다. 제안자가 사기 상태를 제출하면 처벌을 받고, 도전자가 책임을 다하지 않거나 악의적으로 도전할 경우에도 처벌을 받습니다. 이 메커니즘은 정직한 행동이 경제적으로 최적이도록 보장하며, 명확한 순환 메커니즘을 통해 역할이 특정 개인에게 장기적으로 집중되는 것을 방지하여 중앙 집중화 위험을 줄입니다.

프로토콜 아키텍처 개요: 통합 운영자를 중심으로 구축된 시스템 폐쇄 루프

이 아키텍처는 자산의 크로스 체인 입출금 프로세스(Bridge-In & Bridge-Out)를 포함할 뿐만 아니라 정렬자 집합의 신뢰할 수 있는 제출, 도전 프로세스의 체인 상 조정, 그리고 zk 증명의 효율적인 생성 및 검증을 실현해야 합니다. 다음은 GOAT BitVM2 프로토콜 아키텍처의 핵심 구성 요소입니다:

통합 운영자 모델 (Universal Operator Model)

GOAT BitVM2에서 각 통합 운영자는 동일한 소프트웨어를 실행하고 BTC를 스테이킹하여 참여 자격을 얻습니다. 결정론적 순환 또는 스테이킹 가중치 기반의 무작위 메커니즘을 통해 이러한 운영자는 번갈아 다음 역할을 맡습니다: 정렬자(Sequencer, 블록 생성 담당), 증명자(Prover, zkSNARK 증명 생성), 발행자(Publisher, L1에 상태 데이터 제출) 및 도전자(Challenger, 사기 상태에 대한 이의를 제기). 각 운영자는 수익과 비용을 모두 부담하는 역할을 경험하여 역할 집중을 피하고 다양성을 통해 시스템의 내결함성을 향상시킵니다.

입금 및 출금 프로세스 (Bridge-in 및 Bridge-out)

• 입금 (Deposit): 사용자는 BTC를 잠그고 L2에서 PegBTC를 얻습니다.
• 출금 (Withdraw/Peg-out): L1의 복잡한 BitVM2 출금 스크립트를 검증할 필요가 없습니다. 대신, GOAT는 원자 교환 메커니즘(Atomic Swap)을 사용하여 운영자와 직접 출금 프로세스를 완료하며, 동시에 사기 방지 프로토콜을 결합하여 안전성과 신뢰성을 보장합니다.

정렬자 집합 제출 (Sequencer Set Commitment)

• 운영자는 비트코인 메인 체인의 OP_RETURN을 통해 자신의 공개 키 집합의 머클 루트를 제출합니다.
• L2는 거래 내성(Transaction Introspection) 기능을 활용하여 과거 BTC 상태를 검증하고 이를 L1의 정렬자 집합과 일치시킵니다. 이 설계는 비트코인 합의 규칙을 수정할 필요 없이 BTC 네이티브 상태와 강력하게 정렬됩니다.

효율적인 분쟁 처리 및 zkMIPS 성능 강화

비트코인 네이티브 zkRollup이 실현 가능하려면 효율적인 사기 탐지 및 분쟁 처리 시스템이 필요합니다. GOAT BitVM2는 도전 모델과 증명 성능 측면에서 다음과 같은 설계를 도입했습니다:

다단계 무작위 도전자 선택 메커니즘 (Multi-Round Random Challenger Selection)

도전자가 필요할 때(예: 운영자 상환 과정에서), 시스템은 모든 스테이킹된 노드 중에서 무작위로 도전자를 선택합니다. 만약 해당 도전자가 제때 도전을 시작하지 않으면, 시스템은 새로운 도전자를 무작위로 선택하여 대체합니다. 새로운 도전자가 사기를 성공적으로 식별하고 도전을 시작하면, 이전의 모든 미이행 도전자는 처벌을 받습니다(스테이킹이 몰수됨). 주목할 점은 누구나 어떤 라운드에서든 도전을 시작할 수 있어 여전히 "1-of-n 정직한 참여자" 가정의 안전성을 유지합니다.

또한, 무작위 역할 분배 및 전면적으로 처벌 가능한 스테이킹 메커니즘은 뇌물 공격, 시스템 갈취(ransom-style extortion) 및 악의적 방해(griefing)와 같은 행동을 효과적으로 방지합니다.

체인 상 및 체인 외 실행 (On-Chain and Off-Chain Execution)

대부분의 계산 논리(예: ZKP 생성, 사기 검증, BitVM2 상호 작용 스크립트 등)는 L2에서 실행되며, 최종 결과(상태 제출, 도전 처리, 몰수 작업 등)만 L1에 업로드됩니다. 이러한 설계는 체인 상 가스 비용을 대폭 줄이는 동시에 전체 시스템의 검증 가능성을 보장합니다.

ZKP 성능 향상: 자체 개발한 zkMIPS

GOAT가 자체 개발한 zkMIPS는 MIPS 명령어 집합과 호환되는 zkVM으로, STARK/SNARK 백엔드에 대해 성능 최적화를 진행했습니다. 여러 블록을 배치 처리하고 주기적으로(예: 매시간) 통합된 증명을 생성함으로써, GOAT의 증명기는 매우 높은 비용 효율성을 달성했습니다. 도전 중에는 BitVM2의 "진리표(truth-table)" 방법을 사용하여 분쟁 위치를 신속하게 식별할 수 있습니다.

요약

원래 BitVM2와 비교: 더 빠르고, 더 안정적이며, 더 실현 가능

GOAT BitVM2는 비트코인 네트워크를 결제 계층으로 사용하고, 계산 계층으로 탈중앙화된 정렬자 네트워크를 구축했습니다. "1-of-n 정직한 참여자" 가정 하에, 이 솔루션은 BitVM2의 유연한 금액 출금, 도전자의 인센티브 부족 등 핵심 문제를 성공적으로 해결했습니다. 낙관적 검증을 가속화하기 위해 GOAT는 다단계 도전 메커니즘을 도입하여 사기 탐지의 효율성과 효과를 크게 향상시켰습니다. 또한, zkMIPS의 효율적인 ZK 증명 생성 능력을 결합하여 GOAT BitVM2는 현재 비트코인 생태계에서 가장 안전하고 성능이 뛰어난 zkRollup 프로토콜이 되어 BitVM2의 시장 내 실제 구현을 크게 가속화할 것으로 기대됩니다.

기술 아키텍처에서의 돌파구를 넘어서, GOAT BitVM2는 통합 운영자 순환을 기반으로 한 강력한 경제 시스템을 구축했습니다. 이 시스템은 정렬자, 증명자, 도전자, 발행자 등의 책임이 모든 스테이킹자 간에 공정하게 분배되도록 보장합니다. 거래 수수료 분배, 사기 보상 및 처벌 메커니즘을 통해 프로토콜은 정직한 행동을 장려하는 동시에 악의적 행동에 대해 경제적 처벌을 가하여 지속 가능하고 공정하며 탄력적인 탈중앙화 생태계를 구축합니다.

GOAT BitVM2는 최초로 실제 구현된 비트코인 zkRollup 프로토콜로서 다음을 실현했습니다:

• 네이티브 보안성과 하드 포크 없이 호환성
• 초고속 도전 메커니즘
• 경제적 인센티브 재구성
• 효율적인 제로 지식 증명 엔진
• BitVM2가 이론 모델에서 엔지니어링 실천으로 나아감