플라즈마 체인

플라즈마 체인은 이더리움 메인넷에 고정된 별도의 블록체인이지만, 자체적인 블록 검증 메커니즘을 통해 오프체인에서 트랜잭션을 실행합니다. 플라즈마 체인은 본질적으로 이더리움 메인넷의 작은 복사본인 "자식" 체인이라고도 불립니다. 플라즈마 체인은 낙관적 롤업처럼 을 사용하여 분쟁을 중재합니다.

머클 트리를 사용하면 이러한 체인을 무한히 쌓을 수 있으며, 이는 부모 체인(이더리움 메인넷 포함)의 대역폭 부담을 덜어줍니다. 그러나 이러한 체인은 이더리움으로부터 어느 정도의 보안성(사기 증명을 통해)을 얻지만, 여러 설계상의 한계로 인해 보안 및 효율성에 영향을 받습니다.

필수 구성 요소

모든 기초 주제를 잘 이해하고 이더리움 확장에 대해 높은 수준으로 이해하고 있어야 합니다.

플라즈마란 무엇인가요?

플라즈마는 이더리움과 같은 퍼블릭 블록체인의 확장성을 개선하기 위한 프레임워크입니다. 오리지널 플라즈마 백서 (opens in a new tab)에 설명된 바와 같이, 플라즈마 체인은 다른 블록체인("루트 체인"이라고 함) 위에 구축됩니다. 각 "자식 체인"은 루트 체인에서 확장되며 일반적으로 부모 체인에 배포된 스마트 계약에 의해 관리됩니다.

플라즈마 계약은 여러 기능 중에서도 사용자가 이더리움 메인넷과 플라즈마 체인 간에 자산을 이동할 수 있도록 하는 브리지 역할을 합니다. 이 점은 사이드체인과 유사하지만, 플라즈마 체인은 적어도 어느 정도는 이더리움 메인넷의 보안성의 이점을 누립니다. 이는 자체 보안에 전적으로 책임이 있는 사이드체인과 다릅니다.

플라즈마는 어떻게 작동하나요?

플라즈마 프레임워크의 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.

오프체인 계산

이더리움의 현재 처리 속도는 초당 약 15~20개의 트랜잭션으로 제한되어 있어, 더 많은 사용자를 처리하기 위한 단기적인 확장 가능성을 줄입니다. 이 문제는 주로 이더리움의 합의 메커니즘이 블록체인 상태에 대한 모든 업데이트를 검증하기 위해 많은 P2P 노드를 요구하기 때문에 발생합니다.

이더리움의 합의 메커니즘은 보안에 필수적이지만, 모든 사용 사례에 적용되는 것은 아닐 수 있습니다. 예를 들어, 앨리스가 밥에게 커피 한 잔 값을 매일 지불하는 경우, 양 당사자 간에 어느 정도 신뢰가 존재하므로 전체 이더리움 네트워크의 검증이 필요하지 않을 수 있습니다.

플라즈마는 이더리움 메인넷이 모든 트랜잭션을 검증할 필요가 없다고 가정합니다. 대신, 메인넷 외부에서 트랜잭션을 처리하여 노드가 모든 트랜잭션을 검증해야 하는 부담을 덜 수 있습니다.

플라즈마 체인은 속도와 비용을 최적화할 수 있으므로 오프체인 계산이 필요합니다. 예를 들어, 플라즈마 체인은 트랜잭션의 순서 지정 및 실행을 관리하기 위해 단일 "운영자"를 사용할 수 있으며, 대부분의 경우 실제로 그렇게 합니다. 단 하나의 개체만이 트랜잭션을 검증하므로, 플라즈마 체인의 처리 시간은 이더리움 메인넷보다 빠릅니다.

상태 커밋먼트

플라즈마는 트랜잭션을 오프체인에서 실행하지만, 메인 이더리움 실행 레이어에서 정산됩니다. 그렇지 않으면 플라즈마 체인은 이더리움의 보안 보장을 받을 수 없습니다. 그러나 플라즈마 체인의 상태를 알지 못한 채 오프체인 트랜잭션을 확정하는 것은 보안 모델을 깨뜨리고 유효하지 않은 트랜잭션의 확산을 허용할 것입니다. 이것이 플라즈마 체인에서 블록을 생성하는 책임이 있는 개체인 운영자가 이더리움에 주기적으로 "상태 커밋먼트"를 게시해야 하는 이유입니다.

커밋먼트 스킴 (opens in a new tab)은 다른 당사자에게 가치나 진술을 공개하지 않고 이에 커밋하는 암호화 기술입니다. 커밋먼트는 한번 커밋하면 그 가치나 진술을 변경할 수 없다는 의미에서 "구속력"이 있습니다. 플라즈마의 상태 커밋먼트는 "머클 루트"(머클 트리에서 파생됨)의 형태를 취하며, 운영자는 이를 이더리움 체인의 플라즈마 계약에 주기적으로 보냅니다.

머클 루트는 대량의 정보를 압축할 수 있게 해주는 암호화 기본 요소입니다. 머클 루트(이 경우 "블록 루트"라고도 함)는 블록 내의 모든 트랜잭션을 나타낼 수 있습니다. 머클 루트는 또한 작은 데이터 조각이 더 큰 데이터 세트의 일부임을 더 쉽게 검증할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 사용자는 특정 블록에 트랜잭션이 포함되었음을 증명하기 위해 머클 증명을 생성할 수 있습니다.

머클 루트는 이더리움에 오프체인 상태에 대한 정보를 제공하는 데 중요합니다. 머클 루트를 "저장 지점"으로 생각할 수 있습니다. 운영자는 "이것은 x 시점의 플라즈마 체인 상태이며, 이것이 그 증거인 머클 루트입니다."라고 말하는 것과 같습니다. 운영자는 머클 루트를 사용하여 플라즈마 체인의 현재 상태에 커밋하며, 이것이 "상태 커밋먼트"라고 불리는 이유입니다.

진입 및 탈출

이더리움 사용자가 플라즈마를 활용하려면 메인넷과 플라즈마 체인 간에 자금을 이동하는 메커니즘이 필요합니다. 그러나 플라즈마 체인의 주소로 이더를 임의로 보낼 수는 없습니다. 이들 체인은 호환되지 않으므로 트랜잭션이 실패하거나 자금 손실로 이어질 수 있습니다.

플라즈마는 이더리움에서 실행되는 마스터 계약을 사용하여 사용자의 진입과 탈출을 처리합니다. 이 마스터 계약은 또한 상태 커밋먼트(앞서 설명)를 추적하고 사기 증명을 통해 부정직한 행위를 처벌하는 역할도 합니다(이에 대해서는 나중에 자세히 설명).

플라즈마 체인 진입하기

플라즈마 체인에 진입하려면 앨리스(사용자)는 플라즈마 계약에 ETH 또는 ERC-20 토큰을 예치해야 합니다. 계약 예치를 감시하는 플라즈마 운영자는 앨리스의 초기 예치금과 동일한 금액을 재생성하여 플라즈마 체인의 그녀의 주소로 지급합니다. 앨리스는 자식 체인에서 자금을 수령했음을 증명해야 하며, 그 후 이 자금을 트랜잭션에 사용할 수 있습니다.

플라즈마 체인 탈출하기

플라즈마 체인을 탈출하는 것은 여러 가지 이유로 진입하는 것보다 더 복잡합니다. 가장 큰 이유는 이더리움이 플라즈마 체인의 상태에 대한 정보를 가지고 있지만, 그 정보가 사실인지 아닌지를 검증할 수 없다는 것입니다. 악의적인 사용자가 잘못된 주장("나는 1000 ETH를 가지고 있다")을 하고 주장을 뒷받침하기 위해 가짜 증거를 제공하여 빠져나갈 수 있습니다.

악의적인 출금을 방지하기 위해 "챌린지 기간"이 도입됩니다. 챌린지 기간(보통 일주일) 동안 누구나 사기 증명을 사용하여 출금 요청에 이의를 제기할 수 있습니다. 챌린지가 성공하면 출금 요청은 거부됩니다.

그러나 일반적으로 사용자는 정직하며 자신이 소유한 자금에 대해 올바른 주장을 합니다. 이 시나리오에서 앨리스는 플라즈마 계약에 트랜잭션을 제출하여 루트 체인(이더리움)에서 출금 요청을 시작합니다.

그녀는 또한 플라즈마 체인에서 자신의 자금을 생성한 트랜잭션이 블록에 포함되었음을 검증하는 머클 증명을 제공해야 합니다. 미사용 트랜잭션 출력(UTXO) (opens in a new tab) 모델을 사용하는 플라즈마 MVP (opens in a new tab)와 같은 플라즈마의 반복 버전에 필요합니다.

플라즈마 캐시 (opens in a new tab)와 같은 다른 것들은 자금을 UTXO 대신 대체 불가능한 토큰으로 나타냅니다. 이 경우 출금하려면 플라즈마 체인의 토큰 소유권을 증명해야 합니다. 이는 토큰과 관련된 최근 두 개의 트랜잭션을 제출하고 해당 트랜잭션이 블록에 포함되었음을 검증하는 머클 증명을 제공함으로써 이루어집니다.

사용자는 정직한 행동을 보장하기 위해 출금 요청에 증거금을 추가해야 합니다. 챌린저가 앨리스의 출금 요청이 유효하지 않음을 증명하면 그녀의 증거금은 슬래싱되고, 그 중 일부는 챌린저에게 보상으로 지급됩니다.

챌린지 기간 동안 아무도 사기 증명을 제공하지 않으면 앨리스의 출금 요청은 유효한 것으로 간주되어 이더리움의 플라즈마 계약에서 예치금을 회수할 수 있게 됩니다.

분쟁 중재

모든 블록체인과 마찬가지로, 플라즈마 체인은 참여자가 악의적으로 행동할 경우(예: 자금 이중 사용) 트랜잭션의 무결성을 강제하는 메커니즘이 필요합니다. 이를 위해 플라즈마 체인은 사기 증명을 사용하여 상태 전환의 유효성에 관한 분쟁을 중재하고 나쁜 행동을 처벌합니다. 사기 증명은 플라즈마 자식 체인이 부모 체인이나 루트 체인에 불만을 제기하는 메커니즘으로 사용됩니다.

사기 증명은 특정 상태 전환이 유효하지 않다는 주장일 뿐입니다. 한 예로 사용자(앨리스)가 동일한 자금을 두 번 사용하려고 하는 경우입니다. 아마도 그녀는 밥과의 트랜잭션에서 UTXO를 사용했고, 이제 밥의 소유가 된 동일한 UTXO를 다른 트랜잭션에서 사용하고 싶어할 수 있습니다.

출금을 막기 위해 밥은 앨리스가 이전 트랜잭션에서 해당 UTXO를 사용했다는 증거와 해당 트랜잭션이 블록에 포함되었다는 머클 증명을 제공하여 사기 증명을 구성할 것입니다. 플라즈마 캐시에서도 동일한 과정이 작동합니다. 밥은 앨리스가 출금하려는 토큰을 이전에 전송했다는 증거를 제공해야 합니다.

밥의 챌린지가 성공하면 앨리스의 출금 요청은 취소됩니다. 그러나 이 접근 방식은 밥이 체인에서 출금 요청을 감시할 수 있는 능력에 의존합니다. 만약 밥이 오프라인 상태라면, 앨리스는 챌린지 기간이 지나면 악의적인 출금을 처리할 수 있습니다.

플라즈마의 대량 탈출 문제

대량 탈출 문제는 많은 수의 사용자가 동시에 플라즈마 체인에서 출금하려고 할 때 발생합니다. 이 문제가 존재하는 이유는 플라즈마의 가장 큰 문제 중 하나인 데이터 비가용성과 관련이 있습니다.

데이터 가용성이란 제안된 블록에 대한 정보가 실제로 블록체인 네트워크에 게시되었는지 검증할 수 있는 능력입니다. 생성자가 블록 자체는 게시하지만 블록을 생성하는 데 사용된 데이터를 보류하면 블록은 "사용 불가능" 상태가 됩니다.

노드가 블록을 다운로드하고 트랜잭션의 유효성을 검증하려면 블록이 사용 가능해야 합니다. 블록체인은 블록 생성자가 모든 트랜잭션 데이터를 온체인에 게시하도록 강제하여 데이터 가용성을 보장합니다.

데이터 가용성은 또한 이더리움의 베이스 레이어 위에 구축되는 오프체인 확장 프로토콜을 보호하는 데 도움이 됩니다. 이러한 체인의 운영자가 이더리움에 트랜잭션 데이터를 게시하도록 강제함으로써, 누구나 체인의 올바른 상태를 참조하는 사기 증명을 구성하여 유효하지 않은 블록에 이의를 제기할 수 있습니다.

플라즈마 체인은 주로 운영자와 함께 트랜잭션 데이터를 저장하며 메인넷에는 어떠한 데이터도 게시하지 않습니다(즉, 주기적인 상태 커밋먼트 외에는). 이는 사용자가 유효하지 않은 트랜잭션에 이의를 제기하는 사기 증명을 생성해야 할 경우, 블록 데이터를 제공하기 위해 운영자에게 의존해야 함을 의미합니다. 이 시스템이 작동한다면, 사용자는 항상 사기 증명을 사용하여 자금을 보호할 수 있습니다.

문제는 단순한 사용자가 아닌 운영자가 악의적으로 행동하는 당사자일 때 시작됩니다. 운영자는 블록체인을 단독으로 통제하기 때문에, 플라즈마 체인에 있는 사용자의 자금을 훔치는 것과 같이 더 큰 규모로 유효하지 않은 상태 전환을 진행할 동기가 더 큽니다.

이 경우, 고전적인 사기 증명 시스템은 작동하지 않습니다. 운영자는 앨리스와 밥의 자금을 자신의 지갑으로 이체하는 유효하지 않은 트랜잭션을 쉽게 만들고, 사기 증명을 생성하는 데 필요한 데이터를 숨길 수 있습니다. 이는 운영자가 사용자나 메인넷에 데이터를 제공할 의무가 없기 때문에 가능합니다.

따라서 가장 낙관적인 해결책은 플라즈마 체인에서 사용자의 "대량 탈출"을 시도하는 것입니다. 대량 탈출은 악의적인 운영자의 자금 탈취 계획을 늦추고 사용자에게 어느 정도의 보호를 제공합니다. 출금 요청은 각 UTXO(또는 토큰)가 생성된 시점을 기준으로 정렬되므로 악의적인 운영자가 정직한 사용자를 선행 매매하는 것을 방지합니다.

그럼에도 불구하고, 기회주의적인 개인이 혼란을 틈타 유효하지 않은 탈출을 처리하여 이익을 취하는 것을 방지하기 위해 대량 탈출 중에 출금 요청의 유효성을 검증할 방법이 여전히 필요합니다. 해결책은 간단합니다. 사용자가 돈을 인출하기 위해 체인의 마지막 유효한 상태를 게시하도록 요구하는 것입니다.

그러나 이 접근 방식에는 여전히 문제가 있습니다. 예를 들어, 플라즈마 체인의 모든 사용자가 탈출해야 하는 경우(악의적인 운영자의 경우 가능), 플라즈마 체인의 전체 유효한 상태가 한 번에 이더리움의 베이스 레이어에 덤프되어야 합니다. 플라즈마 체인의 임의의 크기(높은 처리량 = 더 많은 데이터)와 이더리움의 처리 속도에 대한 제약을 고려할 때, 이것은 이상적인 해결책이 아닙니다.

탈출 게임은 이론적으로는 멋지게 들리지만, 실제 대량 탈출은 이더리움 자체에 네트워크 전체의 혼잡을 유발할 가능성이 높습니다. 이더리움의 기능을 해치는 것 외에도, 제대로 조정되지 않은 대량 탈출은 운영자가 플라즈마 체인의 모든 계정을 비우기 전에 사용자가 자금을 인출하지 못할 수 있음을 의미합니다.

플라즈마의 장단점

플라즈마 대 레이어 2 확장 프로토콜

플라즈마는 한때 이더리움에 유용한 확장 솔루션으로 여겨졌지만, 그 이후 레이어 2(L2) 확장 프로토콜을 위해 채택되지 않았습니다. L2 확장 솔루션은 플라즈마의 여러 문제를 해결합니다.

효율성

영지식 롤업은 오프체인에서 처리된 각 트랜잭션 배치의 유효성에 대한 암호화 증명을 생성합니다. 이는 사용자(및 운영자)가 유효하지 않은 상태 전환을 진행하는 것을 방지하여 챌린지 기간과 탈출 게임의 필요성을 없애줍니다. 이는 또한 사용자가 자금을 보호하기 위해 주기적으로 체인을 감시할 필요가 없다는 것을 의미합니다.

스마트 계약 지원

플라즈마 프레임워크의 또 다른 문제는 이더리움 스마트 계약의 실행을 지원할 수 없다는 것 (opens in a new tab)이었습니다. 결과적으로, 대부분의 플라즈마 구현은 주로 간단한 결제나 ERC-20 토큰 교환을 위해 구축되었습니다.

반대로, 낙관적 롤업은 이더리움 가상 머신과 호환되며 이더리움 네이티브 스마트 계약을 실행할 수 있어 탈중앙화 애플리케이션 확장을 위한 유용하고 안전한 솔루션이 됩니다. 마찬가지로, ZK-롤업이 임의의 로직을 처리하고 스마트 계약을 실행할 수 있도록 하는 EVM의 영지식 구현(zkEVM)을 생성 (opens in a new tab)하려는 계획이 진행 중입니다.

데이터 비가용성

앞서 설명했듯이, 플라즈마는 데이터 가용성 문제를 겪고 있습니다. 악의적인 운영자가 플라즈마 체인에서 유효하지 않은 전환을 진행하면, 운영자가 사기 증명을 생성하는 데 필요한 데이터를 보류할 수 있으므로 사용자는 이에 이의를 제기할 수 없습니다. 롤업은 운영자가 이더리움에 트랜잭션 데이터를 게시하도록 강제하여 누구나 체인의 상태를 검증하고 필요한 경우 사기 증명을 생성할 수 있도록 함으로써 이 문제를 해결합니다.

대량 탈출 문제

ZK-롤업과 낙관적 롤업은 모두 다양한 방식으로 플라즈마의 대량 탈출 문제를 해결합니다. 예를 들어, ZK-롤업은 어떤 시나리오에서도 운영자가 사용자 자금을 훔칠 수 없도록 보장하는 암호화 메커니즘에 의존합니다.

마찬가지로, 낙관적 롤업은 출금에 지연 기간을 부과하여, 그 동안 누구나 챌린지를 시작하고 악의적인 출금 요청을 방지할 수 있습니다. 이것이 플라즈마와 유사하지만, 차이점은 검증자가 사기 증명을 생성하는 데 필요한 데이터에 접근할 수 있다는 것입니다. 따라서 롤업 사용자는 이더리움 메인넷으로의 광란적인 "먼저 탈출하기" 이주에 참여할 필요가 없습니다.

플라즈마는 사이드체인 및 샤딩과 어떻게 다른가요?

플라즈마, 사이드체인, 샤딩은 모두 어떤 방식으로든 이더리움 메인넷에 연결되기 때문에 상당히 유사합니다. 그러나 이러한 연결의 수준과 강도는 다양하며, 이는 각 확장 솔루션의 보안 속성에 영향을 미칩니다.

플라즈마 대 사이드체인

사이드체인은 양방향 브리지를 통해 이더리움 메인넷에 연결된 독립적으로 운영되는 블록체인입니다. 브리지는 사용자가 두 블록체인 간에 토큰을 교환하여 사이드체인에서 거래할 수 있도록 하여 이더리움 메인넷의 혼잡을 줄이고 확장성을 향상시킵니다. 사이드체인은 별도의 합의 메커니즘을 사용하며 일반적으로 이더리움 메인넷보다 훨씬 작습니다. 결과적으로, 이러한 체인으로 자산을 브리징하는 것은 더 큰 위험을 수반합니다. 사이드체인 모델에서는 이더리움 메인넷에서 상속된 보안 보장이 없기 때문에 사용자는 사이드체인 공격 시 자금 손실 위험을 감수해야 합니다.

반대로, 플라즈마 체인은 메인넷으로부터 보안성을 얻습니다. 이는 사이드체인보다 측정 가능할 정도로 더 안전하게 만듭니다. 사이드체인과 플라즈마 체인 모두 다른 합의 프로토콜을 가질 수 있지만, 차이점은 플라즈마 체인이 각 블록에 대한 머클 루트를 이더리움 메인넷에 게시한다는 것입니다. 블록 루트는 플라즈마 체인에서 발생하는 트랜잭션에 대한 정보를 검증하는 데 사용할 수 있는 작은 정보 조각입니다. 플라즈마 체인에서 공격이 발생하면 사용자는 적절한 증명을 사용하여 메인넷으로 자금을 안전하게 인출할 수 있습니다.

플라즈마 대 샤딩

플라즈마 체인과 샤드 체인 모두 주기적으로 암호화 증명을 이더리움 메인넷에 게시합니다. 그러나 둘 다 다른 보안 속성을 가지고 있습니다.

샤드 체인은 각 데이터 샤드에 대한 자세한 정보가 포함된 "콜레이션 헤더"를 메인넷에 커밋합니다. 메인넷의 노드는 데이터 샤드의 유효성을 검증하고 강제하여 유효하지 않은 샤드 전환 가능성을 줄이고 악의적인 활동으로부터 네트워크를 보호합니다.

플라즈마는 메인넷이 자식 체인의 상태에 대한 최소한의 정보만 받기 때문에 다릅니다. 이는 메인넷이 자식 체인에서 수행된 트랜잭션을 효과적으로 검증할 수 없어 보안성이 떨어진다는 것을 의미합니다.

참고 이더리움 블록체인 샤딩은 더 이상 로드맵에 없습니다. 이는 롤업을 통한 확장과 댕크샤딩으로 대체되었습니다.

플라즈마 사용하기

여러 프로젝트에서 여러분의 탈중앙화앱에 통합할 수 있는 플라즈마 구현을 제공합니다:

• Polygon (opens in a new tab) (이전 Matic Network)

더 읽어보기

• 플라즈마 알아보기 (opens in a new tab)
• "공유 보안"의 의미와 그것이 왜 그렇게 중요한지에 대한 간단한 리마인더 (opens in a new tab)
• 사이드체인 대 플라즈마 대 샤딩 (opens in a new tab)
• 플라즈마 이해하기, 1부: 기본 (opens in a new tab)
• 플라즈마의 삶과 죽음 (opens in a new tab)

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