Block Research가 작성한 Layer-1 Platforms: A Framework for Comparison 리포트의 리뷰 및 정리입니다.
Intro
리포트의 목적
여러가지 플랫폼을 비교할 수 있는 토대를 만든다.
비트코인
비트코인이 등장한 이후에 비트코인 프로토콜을 레버러지하여 새로운 프로토콜을 만들려는 시도가 계속 되었다.
2012, Omni
원래 이름이 Mastercoin이었던 Omni는 2012년 등장하여 비트코인의 데이터 스토리지를 이용한 asset issuance(자산 발행)를 위한 프로토콜로 시작하였다. 이 프로토콜에서 발행된 가장 유명한 프로젝트가 Tether의 USDT이다.
USDT
USDT는 여러 실제 자산들을 기반으로 US 달러에 연동된 가상화폐이다. USDT를 통하여서 유저들은 실제 달러를 가지고 있을 필요없이 거래소에 USDT를 가지고 있다가 손쉽게 원하는 가상화폐를 살 수 있다.
비트코인을 기반으로 하는 Omni에서 시작한 USDT였지만, 시간이 갈수록, 비트코인이 아닌 다른 플랫폼에서의 사용량이 늘어갔다. 그 이유로는
- Omni에서 USDT를 거래할 때 드는 비용이 다른 플랫폼보다 비싸다.
- 비트코인의 finality를 Omni를 따르기 때문에 검증 시간이 10분으로 너무 길다.
- Omni에 비하여 다른 플랫폼들의 생태계 성장이 뛰어나서 USDT에 대한 수요가 늘어났다.
비트코인의 사이드체인
상대적으로 보수적인 비트코인의 발전에 따라서 비트코인을 기반으로 보조적인 블록체인, 즉 사이드체인에 대한 연구가 활발히 일어났다. 사이드체인은 기반으로 하는 블록체인의 보안성은 지키면서 더 나은 성능과 높은 정도의 커스터마이징이 가능하다. 이에 등장한 것이 Rootstock이다.
RSK
RSK, Rootstock은 비트코인의 보안 메커니즘을 merge 마이닝이라는 것을 통해 레버리지한다. 기존 비트코인 채굴자들은 RSK 블록을 추가로 채굴할 수 있으면, 일정 기간 동안 채굴된 RSK 사이드체인의 블록들은 해시되어서 기존 비트코인 블럭체인에 삽입된다.
이에 더하여 RSK는 BTC 자산을 RBTC라는 RSK 사이드체인 상의 토큰에 1:1로 연동하여서 BTC asset을 더 자유롭게 사용할 수 있게 해준다. 이론적으로 이더리움에서 지을 수 있는 모든 것들은 RSK에서 만들 수 있다. 하지만, 여전히 이더리움이나 BSC, 바이낸스 스마트 체인에 비하면 RSK의 생태계는 아직 협소하다.
이더리움 -> 비트코인의 사이드체인?
BTC 자산을 synthetic BTC라는 BTC에 연동된 자산으로 이더리움 플랫폼 상에서 사용가능하다는 점에서 이더리움을 비트코인의 사이드체인으로도 볼 수 있다. 이러한 관점으로는 현재로써 이더리움이 비트코인의 가장 큰 사이드체인일것이다. 결국 사이드체인이 성공하기 위해서는 '플랫폼상에서 어떤 것들이 지어졌는가?'에 대한 해답을 내놓을 필요가 있다.
스마트 컨트랙트 플랫폼
스마트 컨트랙트 & 스마트 컨트랙트 플랫폼
스마트 컨트랙트는 블록체인 상에서 베포되어 미리 정해진 조건에 따라서 실행된다. 한번 배포된 스마트 컨트랙트는 되돌릴 수 없다.스마트 컨트랙트 플랫폼은 스마트 컨트랙트로 인해 만들어진 분산화된 생태계를 받치는 기본 레이어를 말한다. 해당 생태계의 어플리케이션들은 기반이 되는 플랫폼의 보안성, 성능, 검열에 대한 저항성등을 그대로 상속받는다.
에너지 소비 논쟁
비트코인, 이더리움과 같은 PoW 합의 알고리즘을 사용하는 프로토콜을 공격할 때 가장 하기 쉽고, 또 중요한 이슈가 바로 에너지 소비량이 너무 크다는 점이다. PoW는 컴퓨터 CPU의 연산력을 가치의 척도로 잡고, 그에 따라서 프로토콜에 기여한 바를 정하기 때문에, 프로토콜이 성장하여 참여 노드가 늘어날수록 에너지 소비는 늘어날 수 밖에 없다.
현재 비트코인 프로토콜의 에너지 소비량은 전 세계의 전기 에너지 소비량의 약 0.3%를 차지하는데, 이는 작은 나라와 맞먹는다. 하지만, 마냥 이 에너지 소비 논쟁에서 비트코인이 할말이 없는 것은 아니다.
오히려 좋아
첫번째는 기회비용에 대한 이야기이다. 일단 에너지 소비량과 탄소 발자국은 같은 단어가 아니다. 에너지 소비량이 높더라도, 그 에너지가 친환경 에너지라면, 일반적인 석유나 석탄을 사용하였을 때와의 탄소 발자국은 차이가 많이 날 것이다. 만약 우리가 실제로 신경쓰는 것이 환경이라면, 중요한 것은 결국 탄소 발자국일 것이다. 이러한 측면에서 벌써 친환경 에너지를 사용하여서 비트코인을 채굴하려는 움직임은 매우 활발하다.
El Salvador sees greener crypto-currency mining in its future
또한 이 친환경 에너지가 어차피 낭비될(경제적으로 변환되지 않을) 에너지라면, 오히려 PoW 알고리즘에 사용되는 것이 오히려 경제적 측면에서 이로울 수도 있다.
두번째는 보안성에 대한 이야기이다. 현재까지 공격에 의하여 부당하게 이용당한 PoW 체인들의 특징은 그 체인들이 상대적으로 낮은 에너지 소비량을 보였다는 것이다. 결국 PoW 메커니즘에 투입되는 에너지 소비량이 높을수록 악의적인 노드가 51% 공격을 실행하기 위해서는 더 많은 비용이 들고, 이는 보안성이 높다는 말과 같다. 그렇다면, 에너지 소비량이 높다는 것은 네트워크의 보안성 측면에서는 좋다는 것 아닐까?
이더리움의 현주소
확장성에 대한 이슈
이더리움이 직면한 가장 큰 장애물은 바로 Scalability; 확장성에 대한 문제이다. 수많은 DeFi, NFT 프로젝트들이 이더리움에서 런칭되면서 이더리움은 현재 당연 앞서나가는 스마트 컨트랙트 플랫폼이 되었다. 하지만 이와 동시에 확장성에 대한 이슈가 점점 유저들의 UX(User Experience)에 유의미하게 악영향을 끼치고 있다.
2020년 초에 이더리움 상에서 거래할 때 드는 수수료가 0.08$이었던 반면에, 2021년 현재 어떤 날에는 최대 수수료가 68$까지 치솟고 있다. 수수료가 너무 악랄해지면서 유저들은 점점 다른 플랫폼으로 눈을 돌리고 있다. 그 이유는 이미 이더리움에서 존재하는 여러 프로젝트들이 비슷하게 다른 플랫폼에서도 만들어져 있기에 유저들은 굳이 수수료가 높은 이더리움을 고집할 이유가 없어졌다. 나 역시도, 한 명의 유저로써 이더리움의 수수료 값이 치솟으면서 BSC,아발란체,알고랜드와 같은 다른 플랫폼을 찾아보고 자금을 옮기고 있다.
개발자들 입장에서도 수수료가 높은 플랫폼 상에서 어플리케이션을 만들면 유저들의 UX가 안 좋아지기 때문에 부담이 된다. 이에 대한 대안으로 개발자들은 자신의 애플리케이션을 Layer 2나 사이드체인에 만들면서 이더리움의 보안성이나 분산화를 레버러지하면서도 낮은 거래 수수료를 제공하려고 한다.
사이드 체인 & Layer 2
사이드체인과 Layer 2는 현재 존재하는 Layer 1 스마트 컨트랙트 플랫폼의 확장성을 해결할 대안들로 선택되고 있다. 공통점은 결국 메인 체인의 거래에 대한 부담을 줄여서 수수료를 낮추려한다. 차이점은 다음과 같다. 사이드체인은 메인 블록체인에 연결되어 있지만, 자신만의 합의 알고리즘과 보안 알고리즘을 사용한다. 이에 반하여 Layer 2는 기반이 되는 체인의 합의 알고리즘과 보안 알고리즘을 그대로 사용한다.
이더리움 2.0 로드맵
앞서 알아본 Layer 2를 통한 확장성 문제 해결이 한가지 방법이라면, 다른 방법은 Layer 1 자체를 멀티-블록체인으로 만드는 이더리움 2.0 프로젝트이다.
이더리움 2.0은 하나의 비콘 체인과 64개의 샤드 체인으로 이루어져 있다. 샤딩(sharding)은 데이터베이스를 쪼개서 그 부하를 줄이는 것이다. 샤드 체인에서는 각 노드들이 트랜잭션의 일부만 가지고 있어도 이를 검증할 수 있게 된다. 이를 통하여 노드들은 병렬적으로 트랜잭션을 처리할 수 있다. 비콘 체인은 이 샤드 체인들을 하나로 묶어주는 역할을 한다.
Phase 0인 2020년 12월에 비콘 체인이 도입되었다. Phase 1에서는 샤드 체인이 형성되어서 샤드 체인으로 데이터 샤딩이 일어난다. 아직 샤드 체인에서 거래(transaction)이 실행되지는 않지만, Layer 2 솔루션과 함께 사용하면 거래 처리 속도를 매우 늘릴 수 있다. Phase 1.5는 기존에 존재하던 PoW 네트워크와 PoS 네트워크를 합치는 "the merge"가 일어난다. Phase 2.0에서는 드디어 shard 체인에서 스마트 컨트랙트와 거래에 대한 실행이 일어난다.
여러가지 Layer 2
알아야 하는 용어들
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sequencer
off-chain에서 모든 트랜잭션을 저장하고 실행하고, 일정 기간동안 모인 트랜잭션의 머클 트리만 on-chain에 올리는 서드 파티 -
data availability problem
새로운 블록이 생성되었을 때, 블록 안에 모든 데이터가 올바르게 발행되었다고 노드들을 어떻게 확신할 것인가? 에 대한 문제. 만약 악의적인 채굴자가 블록헤더는 올바르지만, 블록 안에 트랜젝션 데이터를 누락한 채 네트워크에 전파하면, 풀 노드들이 이 블록이 올바른지 안 올바른지 확인하기 위해서는 트랜젝션 데이터가 필요한데, 이것이 없으니 확인할 방법이 없게 된다.
Rollups
Rollups 솔루션은 layer 1 바깥에서 트랜잭션 실행을 하지만, Layer 1에 트랜잭션에 대한 데이터가 저장된다. Rollup이라 불리는 이유는 여러 트랜잭션의 묶음이 rollup 되어서 그 배치의 데이터가 Layer 1에 저장되기 때문이다.
Optimistic rollups에서는 sequencer가 유저들의 트랜잭션 배치를 일단 유효하다고 가정한 후 발행한다. 발행한 후, 일정 기간동안 배치들에 대한 dispute period가 시작된다. 이 dispute period 동안에 누구나 해당 트랜젝션이 유효하지 않다는 fraud proof를 보이면, 해당 트랜젝션은 취소된다. 이렇게 트랜젝션의 유효성을 확인하는 참여자들을 verifiers라고 하고, verifiers의 인센티브를 위하여 fraud proof를 성공한 verifiers들은 금전적 보상을 받게 된다. Sequencer가 되기 위하여서는 채권을 이더리움 상에 저장해야되고, 이 채권에서부터 verifiers들의 보상이 나가게 된다. 이 dispute period라는 것이 존재하기 때문에, layer2에서 이더리움으로 자신의 자산을 옮길 때도 긴 시간이 걸린다는 점은 단점으로 작용한다.
Sequencer가 악의적이거나, 오프라인으로 가는 상황을 대비하여서 sequencer는 전체 트랜젝션 데이터를 on-chain에 저장한다.(하지만, on-chain에서 실행하지는 않는다.) 이를 통해서 유저들은 직접 이더리움에서 트랜젝션 데이터를 확인할 수 있고, 이는 data availability를 보장해준다.
또한 Optimistic rollups은 자신만의 OVM(Optimistic Virtual Machine)이 존재하여서 EVM과 같이 스마트 컨트랙트를 사용할 수 있다.
Zero-knowledge rollups은 Optimistic rollups와 많은 부분 동일하지만, 대신 zk-SNARK라는 기술을 트랜젝션의 유효성을 판단할 때 사용한다. 일단 유효하다고 가정한 후, fraud proof를 통해 트랜젝션을 챌린지하는 Optimistic rollups과 달리, Zero-knowledge rollups에는 zk-SNARK를 통해 유효성 검증이 끝나면, 그 순간 트랜젝션들은 발행되고, 확정된다. 단점으로는 이 zk-SNARK를 사용하기 위해서 computational power가 Optimistic rollups보다 많이 들고, 스마트 컨트랙트의 사용이 불가능하다.
Validium & Plasma
Validium은 ZK rollups과 많은 부분 동일하지만, 대신 데이터를 on-chain이 아닌, off-chain에 저장한다. 이를 통해 효율성은 극대화되지만, sequencer가 유저들이 요청할 때마다 데이터를 제공해줄 수 있다는 data availability 측면에서 trust assumption이 필요해진다.
Plasma는 이더리움으로 메인 체인으로부터 자식 체인을 만들고, 그 자식 체인이 또 가지치기를 할 수 있어서 확장성이 매우 뛰어나다. 또한 Validium과 달리 trust assumption이 필요없고, 대신에 fraud proof를 통한 유효성 검증을 사용한다. 하지만, 역시 자금을 인출할 때 긴 시간이 필요하고, 유저들이 악의적인 행동을 항상 감시하고 있어야 한다는 단점이 존재한다.
총론
현재까지는 EVM과 연동이 되어서 쉽게 이더리움 메인 체인에서 애플리케이션을 옮길 수 있는 Optimistic rollups가 가장 큰 주목을 받고 있다. 이미 uniswap이나 synthetix와 같은 프로젝트들은 OPTIMISM이라는 Optimistic rollups 기반 layer 2로 배포를 시작하였다.
Why Optimism?
Composability,상호 호환성은 이더리움의 성장을 이끈 가장 큰 원동력이었다. 개발자들은 자신의 프로젝트를 기존에 존재하는 서비스 위에다가 만듦으로써 그전에는 불가능할 수 있었던 서비스들을 쉽게 만들 수 있게 되었고, 이는 많은 유저들에게 더 편히라고 혁신적인 UX를 제공하였다. 하지만, 현재 수많은 layer 2 솔루션들이 나오게 되면서 이 상호 호환성은 파편화되었다. 결국에는 1개, 혹은 2개의 layer 2로 좁혀져야 해당 layer 2를 중심으로 또 생태계가 형성되고, 상호 호환성도 증가되어서 높은 UX를 제공하고, 더 크게 성장할 수 있을 것이다.
Composability is Innovation
