롤업: 궁극적인 이더리움 스케일링 전략일까?

파인매틱스(Finematics)가 이더리움의 주요 스케일링 전략인 롤업을 다루는 설명 영상입니다. 이 영상은 옵티미스틱 롤업(Arbitrum, Optimism)과 ZK 롤업을 비교하고, 롤업이 이더리움 스케일링의 지배적인 방법이 된 이유를 살펴봅니다.

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레이어 2 (1:17)

이더리움 스케일링은 암호화폐 분야에서 가장 많이 논의되는 주제 중 하나입니다. 스케일링 논쟁은 보통 2017년 크립토키티(CryptoKitties) 열풍, 2020년 탈중앙화 금융(DeFi)의 여름(DeFi Summer), 또는 2021년 초 암호화폐 강세장과 같이 네트워크 활동이 활발한 시기에 가열됩니다. 이 기간 동안 이더리움 네트워크에 대한 전례 없는 수요로 인해 가스비가 극도로 높아졌고, 일반 사용자가 트랜잭션 비용을 지불하기에는 너무 비싸졌습니다.

이 문제를 해결하기 위해 궁극적인 스케일링 솔루션을 찾는 것은 여러 팀과 이더리움 커뮤니티 전체의 최우선 과제 중 하나였습니다.

일반적으로 이더리움, 사실상 대부분의 다른 블록체인을 스케일링하는 세 가지 주요 방법이 있습니다. 블록체인 자체를 스케일링하는 방법(레이어 1 (l1) 스케일링), 레이어 1 위에 구축하는 방법(레이어 2 (l2) 스케일링), 그리고 레이어 1 측면에 구축하는 방법(사이드체인)입니다.

레이어 1 외부 (1:58)

레이어 1의 경우, 이더2가 이더리움 블록체인을 스케일링하기 위해 선택된 솔루션입니다. 이더2는 지분 증명(PoS)으로의 마이그레이션, 작업증명(PoW) 블록체인의 상태를 새로운 지분 증명 체인으로 병합하는 것, 그리고 샤딩과 같이 상호 연결된 일련의 변경 사항을 의미합니다. 특히 샤딩은 롤업과 결합될 때 이더리움 네트워크의 처리량을 획기적으로 늘릴 수 있습니다.

레이어 1 외부의 스케일링과 관련해서는 여러 가지 다양한 스케일링 솔루션이 시도되었으며 엇갈린 결과를 낳았습니다. 한편으로는 이더리움에 의해 완전히 보호되지만 특정 애플리케이션 세트에서만 잘 작동하는 채널과 같은 레이어 2 솔루션이 있습니다. 반면 사이드체인은 일반적으로 EVM과 호환되며 범용 애플리케이션을 스케일링할 수 있습니다. 주요 단점은 이더리움의 보안에 의존하지 않고 자체 합의 모델을 갖기 때문에 레이어 2 솔루션보다 덜 안전하다는 것입니다.

대부분의 롤업은 이더리움의 보안에 전적으로 의존하면서도 범용 스케일링 솔루션을 만들어 이 두 가지 장점을 모두 달성하는 것을 목표로 합니다. 이는 보안을 희생하지 않으면서 이더리움에 존재하는 모든 기존 스마트 컨트랙트를 거의 또는 전혀 변경하지 않고 롤업에 배포할 수 있게 해주기 때문에 스케일링의 성배와도 같습니다. 롤업이 모든 스케일링 솔루션 중 가장 기대되는 솔루션인 것은 놀라운 일이 아닙니다.

롤업은 레이어 1 외부에서 트랜잭션을 실행하지만 트랜잭션 데이터를 레이어 1에 게시하는 방식으로 작동하는 스케일링 솔루션의 한 유형입니다. 이를 통해 롤업은 네트워크를 스케일링하면서도 이더리움 합의에서 보안을 도출할 수 있습니다. 연산을 오프체인으로 이동시키면 롤업 트랜잭션 데이터의 일부만 이더리움 블록에 들어가면 되므로 본질적으로 전체적으로 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있습니다.

이를 달성하기 위해 롤업 트랜잭션은 롤업 전용 버전의 EVM을 실행할 수도 있는 별도의 체인에서 실행됩니다. 롤업에서 트랜잭션을 실행한 후의 다음 단계는 트랜잭션을 함께 일괄 처리(batch)하여 메인 이더리움 체인에 게시하는 것입니다. 전체 프로세스는 본질적으로 트랜잭션을 실행하고, 데이터를 가져와 압축한 다음, 단일 배치로 메인 체인에 말아 올립니다(roll up). 이것이 "롤업"이라는 이름이 붙은 이유입니다.

각 롤업은 입출금을 처리하고 증명을 검증하는 역할을 하는 일련의 스마트 컨트랙트를 레이어 1에 배포합니다. 증명은 또한 다양한 유형의 롤업 간의 주요 차이점이 나타나는 부분이기도 합니다. 옵티미스틱 롤업은 사기 증명을 사용하는 반면, ZK 롤업은 유효성 증명을 사용합니다.

옵티미스틱 롤업 (4:26)

옵티미스틱 롤업은 데이터를 레이어 1에 게시하고 그것이 정확하다고 가정합니다. 그래서 "낙관적(optimistic)"이라는 이름이 붙었습니다. 게시된 데이터가 유효하다면 정상적인 경로에 있는 것이며 다른 작업은 필요하지 않습니다. 옵티미스틱 롤업은 낙관적인 시나리오에서 추가 작업을 수행할 필요가 없다는 이점을 얻습니다.

유효하지 않은 트랜잭션의 경우, 시스템은 이를 식별하고 올바른 상태를 복구하며 해당 트랜잭션을 제출한 당사자에게 페널티를 줄 수 있어야 합니다. 이를 달성하기 위해 옵티미스틱 롤업은 사기 증명을 검증하고, 사기성 트랜잭션을 감지하며, 악의적인 행위자가 다른 유효하지 않은 트랜잭션이나 잘못된 사기 증명을 제출하지 못하도록 억제할 수 있는 분쟁 해결 시스템을 구현합니다.

대부분의 옵티미스틱 롤업 구현에서 트랜잭션 배치를 레이어 1에 제출할 수 있는 당사자는 일반적으로 ETH 형태의 보증금을 제공해야 합니다. 다른 네트워크 참여자는 잘못된 트랜잭션을 발견하면 사기 증명을 제출할 수 있습니다. 사기 증명이 제출된 후 시스템은 분쟁 해결 모드로 들어갑니다. 이 모드에서는 의심스러운 트랜잭션이 다시 실행되는데, 이번에는 메인 이더리움 체인에서 실행됩니다. 실행 결과 트랜잭션이 실제로 사기였음이 입증되면, 이 트랜잭션을 제출한 당사자는 일반적으로 예치된 ETH가 슬래싱되는 방식으로 처벌을 받습니다.

악의적인 행위자가 잘못된 사기 증명으로 네트워크에 스팸을 보내는 것을 방지하기 위해, 사기 증명을 제출하려는 당사자 역시 슬래싱 대상이 될 수 있는 보증금을 제공해야 하는 경우가 많습니다.

레이어 1에서 롤업 트랜잭션을 실행할 수 있으려면, 옵티미스틱 롤업은 트랜잭션이 롤업에서 처음 실행되었을 때 존재했던 정확한 상태로 트랜잭션을 다시 재생할 수 있는 시스템을 구현해야 합니다. 이는 옵티미스틱 롤업의 복잡한 부분 중 하나이며, 일반적으로 특정 함수 호출을 롤업의 상태로 대체하는 별도의 관리자 컨트랙트를 생성하여 달성됩니다.

롤업의 상태를 모니터링하고 필요할 때 사기 증명을 제출하는 정직한 당사자가 단 한 명만 있더라도 시스템은 예상대로 작동하고 사기를 감지할 수 있습니다. 롤업 시스템 내의 올바른 인센티브로 인해 분쟁 해결 프로세스에 들어가는 것은 예외적인 상황이어야 하며 항상 일어나는 일이 되어서는 안 됩니다.

ZK 롤업의 경우 분쟁 해결이 전혀 없습니다. 이는 영지식 증명이라는 기발한 암호학을 활용함으로써 가능하며, 이 때문에 ZK 롤업이라는 이름이 붙었습니다. 이 모델에서 레이어 1에 게시되는 모든 배치에는 영지식 스나크(ZK-SNARK)라는 암호학적 증명이 포함됩니다. 트랜잭션 배치가 제출될 때 레이어 1 컨트랙트에서 증명을 신속하게 검증할 수 있으며, 유효하지 않은 배치는 즉시 거부될 수 있습니다.

기타 차이점 (7:28)

분쟁 해결 프로세스의 특성상, 옵티미스틱 롤업은 레이어 1에서 트랜잭션을 확정하기 전에 모든 네트워크 참여자가 사기 증명을 제출할 수 있는 충분한 시간을 주어야 합니다. 이 기간은 일반적으로 꽤 깁니다. 최악의 시나리오에서도 사기성 트랜잭션에 대해 이의를 제기할 수 있도록 보장하기 위해서입니다. 이로 인해 사용자가 자금을 레이어 1로 다시 인출하려면 최대 1~2주를 기다려야 하므로 옵티미스틱 롤업에서의 인출 시간이 상당히 길어집니다.

다행히도 빠른 "유동성 출구"를 제공하여 이 상황을 개선하기 위해 노력하는 몇 가지 프로젝트가 있습니다. 이러한 프로젝트는 레이어 1, 다른 레이어 2 또는 사이드체인으로 거의 즉각적인 인출을 제공하고 그 편의성에 대해 소액의 수수료를 청구합니다. 홉 프로토콜(Hop Protocol)과 커넥스트(Connext)가 주목할 만한 프로젝트입니다.

ZK 롤업은 유효성 증명과 함께 롤업 배치가 레이어 1에 제출되는 즉시 자금을 인출할 수 있으므로 인출 시간이 길어지는 문제가 없습니다.

그러나 ZK 롤업에는 나름의 단점이 있습니다. 기술의 복잡성으로 인해 EVM 호환 ZK 롤업을 만드는 것이 훨씬 더 어려우며, 이는 애플리케이션 로직을 다시 작성하지 않고 범용 애플리케이션을 스케일링하는 것을 더 어렵게 만듭니다. 그렇긴 하지만, zkSync는 이 분야에서 상당한 진전을 이루고 있으며 꽤 빠른 시일 내에 EVM 호환 ZK 롤업을 출시할 수 있을 것입니다.

옵티미스틱 롤업은 EVM 호환성 측면에서 다소 수월합니다. 여전히 약간의 수정이 가해진 자체 버전의 EVM을 실행해야 하지만, 컨트랙트의 99%는 아무런 변경 없이 포팅될 수 있습니다. 또한 ZK 롤업은 옵티미스틱 롤업보다 연산량이 훨씬 많기 때문에 ZK 증명을 계산하는 노드는 고사양 머신이어야 하며, 이로 인해 다른 사용자가 이를 실행하기 어렵습니다.

스케일링 개선 (9:32)

스케일링 개선과 관련하여, 두 유형의 롤업 모두 이더리움을 초당 약 15~45건의 트랜잭션(트랜잭션 유형에 따라 다름)에서 최대 초당 1,000~4,000건의 트랜잭션까지 스케일링할 수 있어야 합니다. 레이어 1에서 롤업 배치를 위한 더 많은 공간을 제공함으로써 초당 훨씬 더 많은 트랜잭션을 처리하는 것도 가능하다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

이것이 이더2가 롤업과 엄청난 시너지를 낼 수 있는 이유이기도 합니다. 이더2는 여러 개의 샤드를 생성하여 가능한 데이터 가용성 공간을 늘리며, 각 샤드는 상당한 양의 데이터를 저장할 수 있습니다. 이더2와 롤업의 결합은 이더리움의 트랜잭션 속도를 초당 최대 100,000건까지 끌어올릴 수 있습니다.

옵티미스틱 롤업과 관련하여 현재 가장 인기 있는 옵션은 Optimism과 Arbitrum입니다. Optimism은 정식 출시 전에 기술이 예상대로 작동하는지 확인하기 위해 신세틱스(Synthetix) 및 유니스왑과 같은 제한된 파트너 세트와 함께 이더리움 메인넷에 부분적으로 출시되었습니다. Arbitrum은 이미 자체 버전을 메인넷에 배포하고 다양한 프로젝트를 생태계에 온보딩하기 시작했습니다.

Arbitrum에서 출시되는 가장 주목할 만한 프로젝트로는 유니스왑, 스시(Sushi), 뱅코르(Bancor), 어거(Augur), 체인링크, 에이브(Aave) 등이 있습니다. Arbitrum은 또한 레딧(Reddit)과의 파트너십을 발표하여 보상 시스템을 스케일링하기 위한 별도의 롤업 체인을 출시하는 데 중점을 두고 있습니다. Optimism은 메이커다오(MakerDAO)와 파트너십을 맺고 Optimism Dai 브릿지를 만들어 DAI 및 기타 토큰을 레이어 1로 빠르게 인출할 수 있도록 지원합니다.

Arbitrum과 Optimism 모두 EVM 호환 옵티미스틱 롤업 솔루션 구축이라는 동일한 목표를 달성하려고 하지만, 설계에는 몇 가지 차이점이 있습니다. Arbitrum은 다른 분쟁 해결 모델을 가지고 있습니다. 사기 증명이 유효한지 확인하기 위해 레이어 1에서 전체 트랜잭션을 다시 실행하는 대신, 분쟁 범위를 좁히고 잠재적으로 레이어 1에서 몇 가지 명령어만 실행하여 의심스러운 트랜잭션이 유효한지 확인할 수 있는 대화형 다중 라운드 모델을 고안했습니다.

또 다른 주요 차이점은 트랜잭션 순서 지정 및 MEV를 처리하는 접근 방식입니다. Arbitrum은 초기에 트랜잭션 순서 지정을 담당하는 시퀀서를 실행하지만 장기적으로는 이를 탈중앙화하고자 합니다. Optimism은 트랜잭션 순서 지정, 즉 MEV를 일정 기간 동안 다른 당사자에게 경매로 넘길 수 있는 또 다른 접근 방식을 선호합니다.

ZK 롤업 (13:10)

이더리움 커뮤니티가 적어도 단기적으로는 주로 옵티미스틱 롤업에 집중하고 있는 것처럼 보이지만, ZK 롤업을 작업하는 프로젝트들도 매우 빠르게 진행되고 있습니다.

루프링(Loopring)은 ZK 롤업 기술을 사용하여 거래소 및 결제 프로토콜을 스케일링합니다. 헤르메즈(Hermez)와 ZKTube는 ZK 롤업을 사용하여 결제를 스케일링하는 작업을 진행 중이며, 헤르메즈는 EVM 호환 ZK 롤업도 구축하고 있습니다. 아즈텍(Aztec)은 ZK 롤업 기술에 프라이버시 기능을 도입하는 데 중점을 두고 있습니다.

스타크웨어(StarkWare) 기반 롤업은 이미 디버시파이(DeversiFi), 이뮤터블 X(Immutable X), dYdX와 같은 프로젝트에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 앞서 언급했듯이 zkSync는 Solidity로 작성된 임의의 스마트 컨트랙트를 완벽하게 지원할 수 있는 EVM 호환 가상 머신을 개발 중입니다.

탈중앙화 금융 (DeFi) (14:02)

롤업은 탈중앙화 금융 (DeFi)에도 큰 영향을 미칠 것입니다. 이전에는 높은 트랜잭션 수수료로 인해 이더리움에서 트랜잭션을 수행할 수 없었던 사용자들이 다음 번에 네트워크 활동이 활발해질 때 생태계에 머물 수 있게 될 것입니다. 또한 롤업은 이더리움 합의에 의해 완전히 보호되면서도 더 저렴한 트랜잭션과 더 빠른 확인 시간을 요구하는 새로운 종류의 애플리케이션을 가능하게 할 것입니다. 롤업이 DeFi의 또 다른 고성장기를 촉발할 수 있을 것으로 보입니다.

과제 (14:29)

그러나 롤업과 관련하여 몇 가지 과제가 있습니다. 조합성이 그 중 하나입니다. 여러 프로토콜을 사용하는 트랜잭션을 구성하려면 모든 프로토콜이 동일한 롤업에 배포되어야 합니다.

또 다른 과제는 분할된 유동성입니다. 이더리움 생태계 전체에 새로운 자금이 유입되지 않는다면, 유니스왑이나 에이브(Aave)와 같은 프로토콜의 레이어 1에 존재하는 기존 유동성은 레이어 1과 여러 롤업 구현 간에 공유될 것입니다. 유동성이 낮아지면 일반적으로 슬리피지가 높아지고 거래 체결이 악화됩니다.

이는 또한 자연스럽게 승자와 패자가 생길 것임을 의미합니다. 현재 기존 이더리움 생태계는 모든 스케일링 솔루션을 활용할 만큼 충분히 크지 않습니다. 장기적으로는 이것이 바뀔 수 있고 아마도 바뀔 것이지만, 단기적으로는 일부 롤업 및 기타 스케일링 솔루션이 유령 도시가 되는 것을 볼 수 있습니다. 미래에는 사용자가 전적으로 하나의 롤업 생태계 내에서만 생활하며 오랜 기간 동안 메인 이더리움 체인 및 기타 스케일링 솔루션과 상호 작용하지 않는 모습을 볼 수도 있습니다.

사이드체인에 대한 위협 (15:44)

롤업을 논의할 때 매우 자주 제기되는 질문 중 하나는 롤업이 사이드체인에 위협이 되는지 여부입니다. 사이드체인은 여전히 이더리움 생태계에서 자신의 자리를 차지할 것입니다. 레이어 2의 트랜잭션 비용은 레이어 1보다 훨씬 낮겠지만, 게임 및 기타 대용량 앱과 같은 특정 유형의 애플리케이션을 배제할 만큼 여전히 높을 가능성이 큽니다. 이더리움이 샤딩을 도입하면 상황이 바뀔 수 있지만, 그때쯤이면 사이드체인이 장기적으로 생존할 수 있는 충분한 네트워크 효과를 창출했을 수 있습니다.

또한 각 롤업 배치는 여전히 이더리움 블록 공간에 대한 비용을 지불해야 하므로 롤업의 수수료는 사이드체인보다 높습니다. 이더리움 커뮤니티는 적어도 중단기적으로, 그리고 잠재적으로는 그보다 더 오랫동안 이더리움 스케일링 전략에서 롤업에 큰 중점을 두고 있습니다.