블록체인 확장성의 도전 과제
블록체인의 확장성은 탈중앙화 애플리케이션(dApp)을 설계하고 구축할 때 중요한 과제로 자리잡고 있습니다. 특히 사용자 기반이 증가함에 따라 네트워크가 어떻게 거래 처리량을 증가시키면서도 탈중앙화를 유지할 수 있는지가 주요 문제입니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 혁신적인 솔루션으로 Ethereum 네트워크에서는 레이어 2(L2) 프로토콜이 등장했습니다.
- 현재 Ethereum 메인넷은 초당 약 15건의 트랜잭션을 처리할 수 있는 반면, VISA는 초당 24,000건의 트랜잭션을 처리할 수 있습니다. 이는 탈중앙화 금융(DeFi) 및 NFT 등 Ethereum 기반 서비스의 고성능 요구사항 충족을 위한 개선의 필요성을 강조합니다.
- 레이어 2 솔루션은 트랜잭션 처리 소비 전력을 최대 90%까지 절감하고, 처리 속도를 100배 이상 증가시킬 수 있는 잠재력을 보유하고 있습니다.
롤업: L2 프로토콜의 대표 주자
L2 프로토콜 중에서 주목받는 기술은 롤업입니다. 롤업은 트랜잭션 데이터를 오프체인에서 처리한 후 이를 Ethereum 메인넷에 업로드함으로써 네트워크의 계산 부담을 줄입니다. 롤업은 크게 제로 지식 롤업(zk-rollup)과 옵티미스틱 롤업으로 구분되며, 이들의 목적과 구조를 비교하면 블록체인의 확장성과 보안을 어떻게 형성할 수 있는지 이해할 수 있습니다.
- 이 두 롤업은 이더리움 2.0과 같은 업그레이드와 함께 사용될 경우, 단일 블록체인의 거래 처리량을 수천 TPS(transactions per second)까지 확장할 수 있습니다.
- Connext Network와 같은 프로젝트는 롤업 간의 상호 운용성을 개선하여 사용자가 다양한 롤업 환경에서도 편리하게 서비스를 이용할 수 있도록 하고 있습니다.
제로 지식 롤업의 작동 원리
제로 지식 롤업, 또는 zk-rollup은 제로 지식 증명(ZKPs)을 활용하여 트랜잭션을 보다 효율적으로 처리하는 L2 확장 솔루션입니다. zk-rollup은 트랜잭션 데이터를 직접 Ethereum 메인넷에 저장하지 않고, 오프체인에서 이를 묶어 암호화 증명을 생성합니다. 이 증명은 메인넷에서 검증되며, 잘못된 트랜잭션이 처리되지 않도록 보장합니다.
- zk-rollup의 제로 지식 증명은 수학적으로 복잡한 계산이지만, 잘못된 트랜잭션을 방지하는 높은 신뢰성을 제공합니다. 이는 일반적인 롤업보다 몇 천 배 더 빠른 검증 속도를 자랑합니다.
- 다양한 zk-rollup 솔루션 중 zkSync는 사용자 친화성을 강조하며, 사용자가 Ethereum 주소나 스마트 계약을 그대로 사용할 수 있도록 지원합니다.
zk-rollup의 트랜잭션 처리 과정
zk-rollup에서 트랜잭션을 실행할 때 일반적으로 다음 단계가 진행됩니다:
- 사용자가 트랜잭션에 서명하고 zk-rollup에 제출합니다.
- 트랜잭션은 롤업의 다음 배치에 포함되어 오프체인에서 집계됩니다.
- 모든 트랜잭션을 검증하는 제로 지식 증명이 Ethereum 메인넷에 게시됩니다.
- 증명은 Ethereum의 역사에 영구적으로 저장되고 검색 가능합니다.
- 일반적으로 zk-rollup은 트랜잭션 처리 시, Ethereum의 가스 비용을 10% 이하로 절감할 수 있는데, 이는 대규모 dApp 운영에 특히 경제적입니다.
- zk-rollup은 스케일링과 보안성에서 큰 이점을 제공하며, 주요 Ethereum 개선 제안서(EIP)에서도 이를 활성화하는 방법이 활발히 논의 중입니다.
zk-rollup의 장점과 과제
zk-rollup은 Ethereum의 확장성과 효율성을 개선하는 데 도움을 줍니다. 트랜잭션을 오프체인에서 처리하므로 처리량이 증가하고 혼잡이 줄어들어 더 많은 사용자가 참여할 수 있습니다. 하지만 복잡한 암호화를 필요로 하므로 구현과 유지보수에 전문적인 블록체인 지식이 필요합니다.
- zk-rollup 솔루션은 금융 회사 및 대형 거래 플랫폼에서 실행되는 대량의 트랜잭션을 최적화할 수 있습니다. 특히, StarkEx는 이미 주요 핀테크 플랫폼에서 채택되었습니다.
- zk-rollup의 기술적 과제 중 하나는 복잡한 암호학적 증명을 효율적으로 생성해야 하며, 이러한 구조는 개발자 교육 및 도구 지원이 필요한 영역입니다.
옵티미스틱 롤업의 작동 원리
옵티미스틱 롤업은 zk-rollup과 유사하게 트랜잭션을 오프체인에서 처리하는 L2 확장 솔루션입니다. 이 롤업은 모든 트랜잭션이 유효하다고 가정하며, 잘못된 트랜잭션이 있으면 사용자들이 부정 증명을 제출할 수 있습니다.
- 옵티미스틱 롤업은 본질적으로 “낙관적”이라는 이름에서 유래하였으며, Ethereum 메인넷에 정기적으로 업로드될 때까지 잠정적 유효성을 부여받은 트랜잭션 배치를 생성합니다.
- 이러한 구조 덕분에 롤업은 Ethereum 메인넷의 계산과 데이터 저장 비용을 크게 감소시키며, 탈중앙화 애플리케이션의 진입 장벽을 낮춥니다.
옵티미스틱 롤업의 트랜잭션 처리 과정
옵티미스틱 롤업에서 트랜잭션을 실행할 때 일반적으로 다음 단계가 진행됩니다:
- 사용자가 트랜잭션에 서명하고 옵티미스틱 롤업에 제출합니다.
- 트랜잭션은 롤업의 다음 배치에 포함되어 오프체인에서 집계됩니다.
- 트랜잭션은 Ethereum 메인넷에 게시됩니다.
- 부정 증명이 제출되면 트랜잭션이 취소되고 재실행됩니다.
- 옵티미스틱 롤업은 합의가 필요 없는 구조를 활용하여 더욱 빠르고 경제적으로 작동하며, 별도의 상태 머신에서 트랜잭션을 병렬 처리합니다.
- Optimism은 이러한 기술 기반으로 주목을 받으며, 주요 dApp 및 DeFi 플랫폼에서 이를 사용하는 사례가 증가하고 있습니다.
zk-rollup과 옵티미스틱 롤업의 비교
zk-rollup과 옵티미스틱 롤업은 각각 Ethereum의 확장성을 향상시키기 위한 다른 접근 방식을 제시합니다. zk-rollup은 복잡한 암호화 증명을 사용하여 보안을 강화하지만, 구현에 비용과 노력이 많이 듭니다. 반면, 옵티미스틱 롤업은 증명이 필요 없어 효율적이지만, 사용자들이 부정 증명을 제출할 수 있는 시간이 필요합니다.
- zk-rollup은 즉시 최종성을 가지지만, 옵티미스틱 롤업은 부정 증명에 소모되는 검증 시간이 1주까지 걸릴 가능성이 있습니다.
- 이러한 롤업 솔루션의 선택은 수행하고자 하는 블록체인 적용 사례, 예산, 레이턴시 요구사항에 따라 달라질 수 있으며, 각각의 장단점이 명확하게 나뉩니다.
결론
zk-rollup과 옵티미스틱 롤업은 각각의 장단점을 가지고 있으며, Ethereum의 확장성을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 기술들은 블록체인 생태계의 미래를 형성할 잠재력을 가지고 있습니다.
- 현재 zk-rollup과 옵티미스틱 롤업은 Ethereum의 주요 확장 솔루션으로 자리를 잡아가고 있으며, 대규모 채택은 수년 내에 이루어질 것입니다.
- 이러한 기술의 발전은 더 넓은 블록체인 생태계에 효율적이고 사용 가능한 접근을 보장하여, 차세대 웹 3.0을 지원할 것입니다.
제로 지식 롤업과 옵티미스틱 롤업의 비교
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