원작자: 크리스틴 김
편집된 원본 텍스트 : aididiaojp.eth, 0x11, ForesightNews
소개
영지식 이더리움 가상 머신 zkEVM은 단기 및 장기적으로 이더리움의 확장성을 향상시킬 수 있는 매우 기대되고 잠재적으로 획기적인 기술입니다. 올해의 세 가지 주요 이더리움 확장 프로젝트인 zkSync, Polygon 및 Scroll은 각각 zkEVM 구현에 있어 상당한 진전을 발표했습니다. 이들 프로젝트 중 다수는 올해 초 알파 단계를 시작했으며 현재 L2 블록체인으로 독립적으로 실행되고 있습니다. 시간이 지남에 따라 zkEVM이 Ethereum의 기본 계층에서 직접 실행될 수 있습니다.
zkEVM은 EVM(Ethereum Virtual Machine)과 동일한 고급 프로그래밍 언어 또는 저수준 바이트코드를 실행할 수 있는 가상 머신으로, 영지식 증명 ZKP를 사용하여 이 코드를 증명합니다. 데이터 자체가 유출되지 않고 속성이나 내용과 같은 정보가 유출되지 않습니다. 1982년 초 컴퓨터 과학자 Goldwasser, Micali 및 Rackoff(Silvio Micali는 Algorand 블록체인의 창립자)가 처음으로 ZKP 개념을 도입했습니다. ZKP는 종종 암호화의 또 다른 분야인 동형암호와 혼동됩니다. 동형암호는 암호화된 데이터에 대해 데이터를 복호화하지 않고도 연산을 수행할 수 있는 기술로, 1978년 Rivest, Adleman, Dertouzos가 처음 제안한 이후 클라우드 컴퓨팅 및 스토리지를 구현하는 핵심 기술 중 하나로 자리 잡았습니다. 동형암호는 거래 금액을 난독화하는 데 사용하는 프라이버시 코인 Grin과 같은 일부 공용 블록체인 프로토콜에서도 사용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
지난 40년 동안 컴퓨터 과학자들은 ZKP를 안전하고 효율적으로 생성하기 위한 다양한 알고리즘을 개발해 왔으며 그 중 다수는 확장 가능한 투명한 지식 인수(STARK) 또는 간결한 비대화형 지식 인수(SNARK)라는 두 가지 광범위한 범주에 속합니다. 이러한 알고리즘은 핵 군축(핵무기를 제거하고 줄이는 행위), 신원 인증 시스템, 그리고 가장 최근에는 확장 가능한 공개 블록체인 및 암호화폐를 포함한 광범위한 사용 사례를 위해 개발되었습니다. 특히 이더리움에서는 많은 개발자들이 ZKP를 다른 암호화 체계에 비해 단순성과 검증 용이성으로 인해 확장성의 "성배"로 간주합니다. 구축하거나 크래킹하기는 어렵지만 검증하기 쉬운 것은 암호화 프로토콜 개발자의 공통 목표이므로 광범위하고 효과적으로 사용할 수 있습니다.
영지식 시스템은 임의의 복잡성을 지닌 코드를 증명하기 위해 일반화하고 적용하기 어렵습니다. 이더리움 블록체인에서 모든 유형의 거래 활동을 기본적으로 지원하고 증명하기 위해 ZKP를 구축하는 것은 지난 몇 년간 개발자들의 지속적인 연구였습니다. 2021년 11월이 되어서야 Starkware는 이더리움 기반 거래를 증명하기 위한 최초의 범용 ZK 시스템을 출시했습니다. 이 시스템은 Starkware 팀이 만든 맞춤형 프로그래밍 언어인 Cairo를 통해 구현되었습니다. 그러나 2022년 7월, zkSync, Polygon 및 Scroll을 포함한 세 가지 이더리움 기반 L2 프로토콜은 zkEVM 형태로 ZKP를 사용하여 이더리움을 확장하는 획기적인 방법을 발표했습니다.
참고: 구어적으로 zkEVM으로 알려져 있지만 이러한 가상 머신은 ZKP의 개인 정보 보호 이점을 활용하지 않지만 ZKP의 보안 및 효율성 이점을 최대한 활용합니다. 따라서 이러한 유형의 가상 머신에 대한 더 정확한 이름은 유효성 증명 생성 EVM이지만, 이 보고서에서는 더 대중적인 이름인 zkEVM을 사용합니다.
이 보고서는 독자들이 zkEVM의 일반적인 개념을 익히고 이더리움 개발에서 다양한 구현을 이해하는 것을 목표로 합니다. zkEVM은 상대적으로 추상적인 주제이기 때문에, 본 보고서에서는 먼저 이더리움 네트워크의 현황을 간략하게 설명하고, 블록 생성, EVM, Rullups 등의 핵심 개념을 소개하여 zkEVM을 이해하기 위한 기반을 마련합니다. 그런 다음 이더리움에 존재할 수 있는 다양한 유형의 zkEVM을 요약하고 현재 생산 중인 5가지 주요 zkEVM 구현을 비교할 것입니다. 우리는 이 새로운 기술의 구현 과제와 시간이 지남에 따라 zkEVM의 경쟁 환경에 대한 전망을 강조할 것입니다. 전반적으로 zkEVM은 아직 이더리움 개발 및 채택의 초기 단계에 있습니다.
오늘의 이더리움
zkEVM의 복잡성을 탐구하기 전에 먼저 거래가 이더리움 블록에 어떻게 포함되는지 높은 수준에서 이해하는 것이 중요합니다.
블록 생성
사용자가 이더리움에 새 트랜잭션을 제출하면 네트워크에 연결된 컴퓨터(노드라고도 함)는 트랜잭션을 메모리 풀이라는 로컬 데이터 구조에 저장합니다. 멤풀은 확인되지 않은 트랜잭션 목록을 유지 관리한 다음 32 ETH의 지분을 가진 실행 중인 노드와 검증자를 무작위로 선택하여 멤풀의 트랜잭션을 블록으로 일괄 처리합니다. 이더리움 블록체인에 새로운 블록을 추가하기로 선택한 검증인을 "제안자"라고도 합니다. 추출 가능한 최대 가치 MEV에서 추가 보상을 받기 위해 일부 제안자는 블록을 구성할 때 로컬 멤풀 대신 타사 블록 빌더에 의존합니다.
블록은 순서대로 배열되며 상위 블록(이전 블록 헤더)에 의해 서로 연결됩니다. 각 블록에는 상위 블록의 해시가 포함되어 있으며 블록을 서로 연결하여 블록체인 데이터 구조를 형성합니다. 상위 블록 해시를 기준으로 블록을 연결하는 방법은 아래 이미지에 표시되어 있습니다.
2022년 9월 15일 이전 이더리움은 작업 증명 PoW 합의 메커니즘에 의존했습니다. 채굴자는 검증자 대신 블록 생성을 담당했습니다. 채굴자는 많은 양의 자본을 저당잡을 필요가 없었지만 많은 전력을 소비해야 했습니다. 사용자 트랜잭션을 처리합니다.
PoW 및 PoS 합의 프로토콜에서 이더리움 블록체인의 확장성 부족은 제한된 블록 공간에 뿌리를 두고 있습니다. Gas on Ethereum에서는 블록 공간이 제한되어 있습니다. 실행하는 데 더 많은 계산 작업이 필요한 트랜잭션은 일반적으로 더 높은 가스 단위로 가격이 책정되는 반면, 계산 비용이 낮은(즉, 리소스 집약도가 낮음) 트랜잭션은 가스 비용이 더 낮습니다. 가스는 이더리움 네트워크를 통해 기본 수수료라고 하는 동적 가스 요율을 자동으로 설정하여 ETH로 변환됩니다. 이더리움 프로토콜은 블록 공간을 제한하며 최대 3천만 단위의 가스만 포함할 수 있습니다. 이 최대 블록 가스 제한은 빠른 블록 전파 시간을 보장하고 하드 포크의 위험을 줄입니다.
이더리움 가상 머신
트랜잭션이 이더리움의 블록에 포함되면 EVM(Ethereum Virtual Machine)이라는 사용자 정의 런타임 환경을 통해 실행됩니다. EVM은 Ethereum에 임의의 복잡한 코드를 배포하도록 설계되었으며, 이는 Ethereum을 Turing-complete 시스템이라고도 하는 범용 블록체인으로 만드는 데 기본이 됩니다.
EVM이 트랜잭션을 실행하는 방법에 대한 특정 규칙이 있습니다. 첫째, EVM은 사람이 읽을 수 있는 프로그래밍 언어(예: Solidity 및 Yul)를 EVM 바이트코드라는 기계 지향 또는 "저수준" 언어로 컴파일합니다. 그런 다음 EVM은 바이트코드를 "opcode"라는 명령의 순차적 목록으로 구문 분석합니다. 각 opcode는 EVM에 다른 작업을 수행하도록 지시하며 16진수 형식의 EVM 바이트코드로 표시됩니다. 예를 들어, 체인에서 스마트 계약을 실행할 때 임시 데이터를 유지하도록 EVM에 지시하는 opcode는 니모닉으로 "MSTORE"로 표시되거나 16진수 형식으로 "0 x 52"로 표시됩니다. 독자가 opcode를 개념화하는 데 도움이 되도록 Ethereum Yellow Paper에 정의된 간단한 opcode가 있습니다.
수년에 걸쳐 이더리움 개발자는 EVM에 새로운 opcode를 계속 추가해 왔으며 사용자가 해시 함수 및 스칼라 곱셈과 같은 네트워크에서 보다 고급 작업을 수행할 수 있도록 사전 컴파일도 추가했습니다. 최초의 런타임 환경인 EVM은 일반 퍼블릭 블록체인의 스마트 계약 배포 표준으로 널리 사용되었습니다. 그러나 동종 최초의 기술인 EVM에는 설계 제한이 있으며, 그 중 가장 관련성이 높은 것은 EVM이 ZKP와 호환되지 않는다는 것입니다.
롤 업
이더리움의 확장성을 향상시키기 위해 기본 계층에서 롤업으로 트랜잭션 실행을 추상화하는 일부 L2 네트워크가 있습니다. 롤업은 트랜잭션 일괄 처리를 기본 계층에 제출하는 데 필요한 블록 공간의 양이 온체인 멤풀을 통해 이러한 트랜잭션을 개별적으로 확인하는 데 필요한 블록 공간보다 훨씬 적도록 트랜잭션 데이터를 압축합니다. 롤업은 검증인이나 채굴자가 아닌 "주문자"라고 불리는 네트워크 운영자가 운영합니다. 시퀀서는 롤업의 상태 전환을 확인하는 역할을 담당합니다. 이들은 사용자 트랜잭션을 롤업 일괄 처리로 패키징한 다음 이 트랜잭션 일괄 처리에 대한 증거를 이더리움 기본 계층에 제출하는 개체입니다. 다음 그림은 롤업에서 분류기의 역할을 보여줍니다.
롤업은 플라즈마 및 상태 채널과 같은 Ethereum의 다른 확장 솔루션과 다릅니다. 이더리움의 역사 동안 핵심 개발자들은 이더리움의 확장성 로드맵을 연구하고 폐기했습니다. 롤업에는 낙관적 롤업과 ZK 롤업이라는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 낙관적 롤업은 사기 증명에 의존합니다. 즉, L2 네트워크 상태의 변경 사항이 유효성에 대한 직접적인 증거 없이 Ethereum에 배포된다는 의미입니다. 적어도 한 명의 정직한 참가자가 낙관적 롤업의 상태 전환을 관찰하는 한 잘못된 상태 전환을 감지하고 취소할 수 있습니다. Arbitrum 및 Optimism의 경우 사기 증명을 제출할 수 있는 '챌린지 기간'은 일주일 동안 지속됩니다. 챌린지 기간이 끝나면 낙관적 롤업의 상태 전환이 최종적이고 유효한 것으로 간주됩니다.
반면 ZK 롤업은 L2에서 트랜잭션 배치가 처리될 때마다 유효성 인증서를 생성하여 이더리움에 게시하는 ZKP를 사용합니다. 모든 거래 배치에 대한 유효성 인증서를 자동으로 생성하면 ZK Rollup의 보안도 향상됩니다. 이는 또한 새로운 유효성 증명이 이더리움에 제출될 때마다 ZK 롤업에서 자금이 인출될 수 있음을 의미하는 반면, 낙관적 롤업의 경우 일반적으로 분쟁 및 사기 증명이 생성될 수 있도록 약 7일의 대기 기간이 있습니다. ZK 롤업은 또한 낙관적 롤업보다 더 나은 데이터 압축 기능을 제공합니다. 다음 표에는 낙관적 롤업과 ZK 롤업의 차이점이 요약되어 있습니다.
ZK 롤업에 비해 낙관적 롤업의 주요 장점은 낙관적 롤업의 가상 머신이 EVM의 가상 머신과 거의 동일하다는 것입니다. Optimism 및 Arbitrum과 같이 현재 Ethereum에서 실행 중인 Optimistic Rollup 구현은 각각 OVM 및 AVM으로 알려진 Ethereum과 동일한 트랜잭션 실행 환경을 시뮬레이션합니다. 대부분의 ZK 롤업은 애플리케이션별로 다릅니다. 즉, 모든 유형의 이더리움 기반 트랜잭션 및 DApp을 지원하지는 않습니다. Loopring, StarkEx Rollups 및 zkSync 1.0은 특정 유형의 결제, 토큰 거래 및 NFT 발행을 지원하는 애플리케이션별 ZK 롤업의 예입니다.
StarkNet과 같은 일부 ZK 롤업은 보편적입니다. 즉, 모든 유형의 트랜잭션과 DApp을 지원합니다. 그러나 이러한 ZK 롤업을 사용하려면 DApp 개발자가 새로운 사용자 정의 실행 환경에서 스마트 계약 코드를 실행하는 방법을 배워야 합니다. 이는 일반적으로 EVM 호환성보다는 ZKP 생성에 최적화되어 있습니다. 이는 기존 분산형 애플리케이션과 사용자가 새로운 실행 환경에 참여하기가 어렵다는 점을 고려할 때 이더리움에서 ZK 롤업을 채택하는 데 어려움을 겪습니다. 이 문제를 극복하기 위해 Polygon Hermez, zkSync 및 Scroll과 같은 ZK Rollups 프로젝트는 EVM과 호환되는 ZK Rollup 구현을 위해 노력하고 있습니다. 또한 EVM은 Ethereum의 모든 스마트 계약 코드에 대한 기본 실행 환경입니다.
STARK, SNARK, Volitions 및 Validium
실제로 롤업은 체인에서 발행된 증명 유형(낙관적 롤업의 사기 증명 또는 ZK 롤업의 유효성 증명)뿐만 아니라 롤업의 데이터 가용성 전략 및 증명 알고리즘을 기반으로 구별됩니다.
현재 SNARK와 STARK라는 두 가지 주요 유효성 증명 유형이 있습니다.
SNARK는 비트코인과 이더리움에서 가장 일반적으로 사용되는 데이터 암호화 기술인 타원 곡선 암호화를 사용합니다. 또한 SNARK는 일반적으로 신뢰할 수 있는 설정에 의존합니다. 즉, 알고리즘에는 신뢰할 수 있는 엔터티가 미리 생성할 데이터 조각이 필요합니다. 신뢰할 수 있는 설정은 반복되는 이벤트가 아니라 개인 또는 그룹이 핵심 데이터를 생성하는 일회성 프로세스입니다. 이 데이터를 공통 참조 문자열(CRS)이라고 하며, 이는 신뢰할 수 있는 증명을 생성하기 위해 zk-SNARK 알고리즘에서 사용되는 숫자 값입니다. CRS를 생성하는 데 필요한 입력이 손상되면 잘못된 증명 생성이 발생할 수 있습니다. 따라서 신뢰할 수 있는 모든 설정 참가자는 CRS/SRS를 생성하는 데 사용된 입력을 파기하거나 의식이 완료된 후 복구할 수 없도록 만드는 것이 중요합니다.
STARK는 타원 곡선이나 신뢰할 수 있는 설정에 의존하지 않습니다. STARK는 일부 개발자가 양자 암호화에 유리하다고 믿는 해시 함수에 의존합니다. 그러나 STARK는 더 복잡하고 실행하려면 더 많은 컴퓨팅 리소스가 필요합니다. 2012년부터 등장한 SNARK보다 늦은 2018년에 도입됐다. 이러한 이유로 SNARK는 STARK보다 더 널리 사용됩니다. STARK 기반 알고리즘의 몇 가지 예로는 Fractal, SuperSonic, Fri-STARKs 및 genSTARK가 있습니다.
유효성 증명을 생성하는 다양한 방법 외에도 ZK 롤업에는 다양한 데이터 가용성 전략이 있습니다. 데이터 가용성 정책은 트랜잭션 배치의 어떤 구성 요소가 궁극적으로 체인에 게시되는지 결정합니다. Optimistic 및 ZK를 포함한 롤업은 일반적으로 일괄 거래가 처리될 때마다 메인넷 Ethereum에 데이터 사본 3개를 제출합니다. 먼저, Rollups의 유효성 검사기는 새로운 네트워크 상태의 루트 해시를 Ethereum에 제출합니다. (상태란 L2의 거래 및 계좌 잔고에 대한 업데이트된 기록을 의미합니다.) 상태는 아래와 같이 머클 트리 데이터 구조에 기록됩니다.
루트 해시는 전체 Merkle 트리의 암호화된 약속이며 때로는 상태 약속이라고도 합니다. 모든 ZK 롤업은 루트 해시를 이더리움에 제출할 필요가 없지만, 이더리움에 게시된 데이터가 롤업에서 수행된 트랜잭션을 쉽게 재구성하고 확인할 수 있도록 하기 위해 그렇게 하는 경우가 많습니다.
L2 블록체인의 새로운 상태를 확인하는 데 사용되는 상위 수준 루트 해시 외에도 암호화 증명도 이더리움에 기록됩니다. Optimistic Rollup의 경우 이 증명은 ZKP 또는 사기 증명이 될 수 있습니다. STARK 또는 SNARK 알고리즘으로 생성할 수 있습니다. 마지막으로, 이 두 가지 데이터 외에도 ZK Rollups는 State Delta라고도 알려진 처리 트랜잭션 배치의 압축 버전을 Ethereum에 출시했습니다. 상태 델타는 대량의 거래 데이터를 이더리움에 제출하는 비용 효율적인 방법으로, ZK 롤업의 고유한 기능입니다. 낙관적 롤업은 다른 데이터 압축 기술을 사용하여 트랜잭션을 일괄 처리하고 체인에 커밋합니다.
또한 Scroll 팀과 같은 일부 ZK 롤업 프로젝트는 추가 데이터 압축 이점을 얻기 위해 상태 델타를 Ethereum에 게시하는 데 실제로 의존하지 않습니다. 스크롤 개발자들은 이더리움 개선 제안 EIP-4844 및 danksharding과 같은 다가오는 코드 변경이 이더리움에 거래 데이터를 제출하는 비용을 크게 줄여 다른 데이터 압축 기술에 비해 상태 델타의 효율성 향상이 미미할 것이라고 믿습니다.
롤업은 Merkle 트리의 가장 낮은 수준의 데이터를 사용하고 이를 Merkle 트리의 가장 높은 수준(루트)의 루트 분포와 결합하여 누구나 체인에 제출된 트랜잭션 배치의 내용을 재구성하고 확인할 수 있도록 합니다. 대부분의 롤업을 정의하는 기능은 이더리움 온체인에 제출된 데이터를 사용하여 L2 네트워크에서 실행되는 트랜잭션을 다시 생성하는 기능입니다. 그러나 일부 롤업은 상태 델타 또는 기타 압축된 거래 데이터를 이더리움에 제출하는 것을 피하고 대신 데이터를 다른 곳에 게시하여 운영 비용을 줄이고 네트워크 확장성을 높입니다. 일부 개발자는 트랜잭션 데이터를 이더리움에 커밋하는 것을 방지하여 트랜잭션 재구성 보장을 위반하는 L2 네트워크를 롤업으로 분류해서는 안 된다고 주장합니다.
Rollup이 State delta를 처리하는 방식에 따라 네트워크가 Validium 또는 Volition으로 분류될 수 있는지 여부가 결정됩니다.
Validium은 유효성 증명과 루트 해시만 체인에 제출하는 동시에 상태 델타를 체인 외부의 별도 네트워크에 저장하는 롤업으로 이해될 수 있습니다. Rollups는 더 이상 Ethereum의 데이터 가용성에 의존하지 않고 네트워크 블록 공간에 의해 제한되기 때문에 이론적으로 Rollups의 트랜잭션 처리량을 9,000TPS로 늘릴 수 있습니다. Validiums의 단점은 보안입니다. 오프체인 데이터를 게시하는 데 사용되는 독립 네트워크는 Ethereum과 동일한 보안을 보장하지 않습니다.
Volitions는 Ethereum 스케일링 스타트업 Starkware가 개척한 State Delta 오프체인 또는 온체인 공개 결정을 사용자에게 맡깁니다. 이는 이더리움이나 Starkware DAC(신뢰할 수 있는 데이터 가용성 위원회)와 같은 온체인과 오프체인 네트워크를 직접 확인하여 거래에 강화된 보안이 필요한지 여부를 사용자가 결정할 수 있는 새로운 방법이지만 비용이 더 높을 수 있습니다.
EVM과 동등한 4가지 주요 레벨
위 내용은 Ethereum, EVM 및 ZK 롤업에서 트랜잭션 실행의 전체 프레임워크를 이해하는 데 도움이 됩니다. 이제 zkEVM에 대해 논의합니다.
zkEVM은 메인넷 이더리움과 동일한 트랜잭션 실행 환경을 에뮬레이션하는 ZK 롤업입니다. zkEVM의 구현은 증명 알고리즘과 데이터 가용성 전략이 다르며, zkEVM의 EVM 동등 수준도 다릅니다. EVM 동등성에는 네 가지 주요 수준이 있습니다. 다양한 수준의 요약은 다음과 같습니다.
어학능력 동등
언어 수준의 EVM 동등성을 달성하려면 zkEVM은 EVM 친화적인 언어를 이해하고 기본적으로 컴파일할 수 있어야 합니다. 즉, 이러한 유형의 zkEVM은 EVM 친화적인 프로그래밍 언어(예: Solidity 또는 Yul)를 ZKP 생성에 최적화된 사용자 정의 언어로 변환할 수 있습니다. 이는 ZK-롤업에서 EVM 호환성을 달성하는 가장 간단하고 효과적인 방법 중 하나로 간주됩니다. 그러나 이러한 유형의 zkEVM은 사용자와 스마트 계약 개발자에게 EVM과 상호 작용하는 동일한 경험을 제공하는 데 가장 제한적입니다.
EVM과의 언어 수준 호환성은 EVM의 고급 프로그래밍 언어를 ZKP를 생성하도록 특별히 설계된 가상 머신에 의해 해석되는 맞춤형 저수준 언어로 변환하는 컴파일러를 통해 Solidity를 실행해야 함을 의미합니다. Solidity 코드를 통해 EVM과의 상호 작용에만 관심이 있는 대부분의 Ethereum 사용자와 스마트 계약 개발자의 경우 Ethereum 메인넷에서와 마찬가지로 zkEVM을 통해 동일한 유형의 코드가 실행될 수 있는 한 zkEVM의 기본 동작은 중요하지 않을 수 있습니다. 반면, EVM용으로 구축된 복잡한 개발 도구, 프레임워크 및 테스트 환경은 언어 수준 EVM 호환성만 있는 zkEVM에서 사용하려면 수정해야 할 수도 있습니다.
바이트코드 수준에 해당
EVM 동등성의 두 번째 및 세 번째 수준은 바이트코드 수준으로, Solidity 또는 Yul과 같은 상위 수준 언어에서 컴파일된 EVM 바이트코드를 해석하려면 ZK 롤업이 필요합니다. zkEVM은 EVM과 동일한 고급 프로그래밍 언어 및 저수준 바이트코드를 에뮬레이트할 수 있으므로 EVM과의 호환성이 더욱 향상됩니다. 이러한 유형의 zkEVM은 구축하기가 더 복잡하고 고급 엔지니어링이 필요합니다.
가상 머신이 EVM 바이트코드를 실행하는 방식은 Opcode라는 특정 명령어 목록을 통해 이루어지며, 각 명령어는 EVM에 다른 작업을 수행하도록 지시합니다. 바이트코드 호환 zkEVM의 목표는 EVM 바이트코드를 증명하고 바이트코드에 포함된 다양한 opcode를 구문 분석할 수 있는 ZK 시스템을 만드는 것입니다. 이러한 유형의 zkEVM의 장점은 EVM 기반 애플리케이션 및 도구와 호환된다는 것입니다. 완전히 바이트코드와 호환되는 zkEVM은 기본 Ethereum 기반 애플리케이션과 동일한 디버깅 도구 및 개발자 인프라를 지원할 수 있습니다. 그러나 전체 바이트코드 호환성을 달성하면 비효율적이고 값비싼 ZK 시스템이 생성되는 경우가 많으므로 비용 절감과 효율성 향상을 고려해야 합니다.
현재 Polygon zkEVM 및 Scroll zkEVM을 포함하여 두 개의 바이트코드 호환 zkEVM이 있습니다. 현재 설계에서 이 두 구현은 EVM 바이트코드와 부분적으로만 호환되지만 시간이 지남에 따라 이러한 구현은 완전한 호환성을 향해 노력하고 있습니다.
합의 수준의 동등성
EVM 동등성의 네 번째이자 마지막 수준은 합의 수준입니다. 이는 ZK 롤업이 달성할 수 있는 EVM과의 가장 높은 기본 호환성입니다. 모든 "포함된 롤업"이 ZK 기반일 필요는 없고 낙관적 롤업일 수도 있지만 "포함된 롤업"이라고도 합니다. 아이디어는 zkEVM에 의해 생성된 암호화 증명이 어떤 용량으로든 이더리움에서 다시 실행될 필요가 없으며 증명 자체를 메인넷 이더리움에서 생성된 블록을 검증하는 데 사용할 수 있다는 것입니다. 어떤 의미에서 합의 수준의 호환성을 달성하는 zkEVM은 zkEVM의 가장 진정한 형태입니다.
일부 개발자의 경우 합의 수준 호환성을 달성하는 ZK 롤업은 zkEVM이라고 불러야 하는 유일한 ZK 롤업인 반면, 언어 및 바이트 코드 호환성이 있는 다른 ZK 롤업은 각각 EVM 호환으로 간주되어야 합니다. 각각 EVM과 동일하지만 zkEVM은 아닙니다. zkEVM의 정확한 정의와 다양한 수준의 EVM 동등성에 관해 이더리움 개발자들 사이에는 상당한 논쟁이 있습니다. 실제로 EVM 등가성은 스펙트럼이며 위에서 설명한 각 레벨은 엄격한 범주가 아닙니다. zkEVM 개발의 초기 특성은 언어 수준 호환성을 위해 구축된 프로젝트가 일부 유형의 바이트코드 수준 호환성도 제공할 수 있으며 바이트코드 수준 호환 zkEVM이 결국 상당한 합의 수준 동등성을 갖도록 진화할 수 있음을 의미합니다.
이더리움의 zkEVM 프로젝트 개요
현재 합의 수준의 호환성을 달성할 수 있는 실용적인 zkEVM은 없으며 개발자들은 여전히 이를 끊임없이 연구하고 개발하고 있습니다. 이더리움 핵심 개발자들은 이를 "다년간의 엔지니어링 노력"이라고 표현합니다. 일부 zkEVM은 언어 및 바이트코드 수준에서 동등성을 달성하여 현재 이더리움의 애플리케이션 중심 ZK Rollup Layer 2 생태계 개선을 위한 아이디어를 제공합니다. 애플리케이션 중심 거래가 아닌 일반 스마트 계약 및 사용자 거래를 수행하기 위해 ZK 롤업을 구축하는 것은 어려운 작업이며, 지금까지 메인넷에서 성공적으로 출시된 프로젝트는 소수에 불과합니다.
다음은 이더리움의 5개 zkEVM 프로젝트에 대한 개요입니다.
zkSync 2.0
블록체인 개발팀 Matter Labs는 2018년 12월에 설립되었습니다. 2020년 6월에 그들은 zkSync라고 불리는 이더리움에서 자체 ZK 롤업 프로토콜을 출시했습니다. zkSync는 총 잠금 가치 기준으로 이더리움에서 6번째로 큰 L2 네트워크로, ETH, ERC 20 토큰 및 기본 NFT의 저가스 전송은 물론 아토믹 스왑 및 제한 주문을 포함하여 제한된 범위의 스마트 계약 작업을 지원합니다. 이 회사는 최근 Andreessen Horowitz가 이끄는 시리즈 B 라운드에서 5천만 달러를 모금했으며 향후 몇 년 동안 zkSync 생태계 확장에 전념하는 2억 달러의 재무 기금을 발표했습니다.
zkSync 2.0은 모든 유형의 스마트 계약 작업을 지원하도록 설계된 언어 수준 호환 zkEVM입니다. zkSync 2.0은 UltraPLONK라는 SNARK 기반 증명 알고리즘을 사용합니다. 또한 LLVM이라는 오픈 소스 컴파일러 인프라를 사용하여 Solidity 및 기타 유형의 프로그래밍 언어를 zkEVM 바이트코드로 컴파일할 수 있습니다. 이 프로젝트는 2022년 10월에 "베이비 알파" 단계를 시작하고 2022년 말까지 외부 사용자에게 완전히 공개될 것으로 예상되지만 Matter Labs 팀은 아직 zkSync 2.0 증명 생성에 대한 전체 세부 정보를 공개하지 않았습니다. L2 네트워크 간의 치열한 경쟁과 롤업 기술의 초기 단계로 인한 기술적 취약성 위험 증가로 인해 대부분의 롤업 프로젝트는 높은 수준의 비밀로 운영되며 오픈 소스를 지원하지 않습니다. zkSync 2.0이 성공적으로 출시되면 사용자에게 상태 델타를 이더리움에 온체인으로 게시하는 대신 오프체인 트랜잭션에서 zkPorter라는 별도의 프로토콜로 게시할 수 있는 옵션을 제공하는 방법이 될 것입니다. 이 전략은 이론적으로 zkSync 2.0의 초당 트랜잭션 처리량을 2,000TPS에서 20,000TPS 이상으로 증가시킵니다.
스타크넷
zkSync와 마찬가지로 StarkNet은 이미 Ethereum에서 실행되는 Starkware 팀이 구축한 범용 ZK 롤업입니다. Starknet의 트랜잭션 실행 환경은 StarkNet OS라고 하며 기본 스마트 계약 프로그래밍 언어는 Cairo라고 합니다. 다른 ZK 롤업과 비교하여 Starknet은 가장 포괄적인 블록체인 네트워크 중 하나입니다. StarkNet은 사용자에게 선택적인 오프체인 데이터 솔루션을 제공하여 Volitions 유형이 아닌 롤업보다 거래 수수료를 기하급수적으로 낮춥니다. StarkNet 운영 체제는 STARK를 기반으로 한 증명 알고리즘을 사용합니다. zkSync 2.0과 마찬가지로 StarkNet OS에서 증명을 생성하는 프로세스는 오픈 소스가 아닙니다. 경쟁사인 zkSync와 유사하게, 증명 생성에 대한 세부 사항은 시간이 지남에 따라 점진적으로 오픈 소스화되어 누구나 전용 회선을 통해 네트워크에 연결할 수 있습니다.
StarkNet 자체는 EVM과의 언어 수준 호환성을 지원하지 않지만 Ethereum 실행 계층 소프트웨어 클라이언트 Nethermind 팀은 Warp라는 Solidity to Cairo 언어 컴파일러를 적극적으로 구축하고 있습니다. Warp 컴파일러를 사용하면 StarkNet 사용자는 Cairo에서 코드를 다시 작성할 필요 없이 Ethereum 기반 스마트 계약을 배포할 수 있습니다. 또한 EVM과의 StarkNet 호환성을 지원하는 데 도움이 되는 또 다른 Solidity to Cairo 언어 컴파일러를 구축하는 Kakarot이라는 커뮤니티 중심 프로젝트가 있습니다.
Starkware 팀은 7월에 네이티브 StarkNet 토큰과 새로운 재단에 대한 계획을 발표했습니다. 토큰 분배 계획은 초기 공급량 100억개 중 3분의 1이 스타크넷 핵심 기여자들에게 분배될 것이라는 사실이 밝혀지면서 논란의 대상이 됐다. 올해 Starkware는 80억 달러의 가치로 1억 달러를 모금했습니다. 이번 라운드는 투자회사인 Greenoaks Capital, Coatue 및 Tiger Global이 주도했습니다. StarkNet 외에도 StarkWare는 사용자에게 StarkEx라는 맞춤형 블록체인 확장성 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 STARK를 기반으로 하는 새로운 ZK 기술을 활용합니다. StarkNet과 달리 StarkEx는 애플리케이션 중심의 ZK 롤업입니다. Ethereum에서 더 큰 확장성을 달성하기 위해 StarkEx를 사용하는 주목할만한 DeFi 애플리케이션으로는 soRare, Immutable 및 DeversiFi가 있습니다.
다각형 zkEVM
Polygon 팀이 구축한 zkEVM(이전 Matic Network)은 EVM과 바이트코드 수준의 호환성을 구현합니다. Polygon의 zkEVM은 2023년 초에 Ethereum에서 출시될 예정이며 최근 공개 검토를 위해 오픈 소스로 제공되었습니다. 물론 코드는 공개적으로 볼 수 있지만 오픈 소스 라이선스로 공개되지 않기 때문에 사용, 수정 또는 공유할 수 없습니다. Polygon의 zkEVM 구현은 SNARK 및 STARK 기반 증명에 의존합니다. 특히 zk-SNARK는 zk-STARK의 정확성을 증명하는 데 사용되며, 이는 zk-STARK와 관련된 빠른 증명 시간 및 필요한 생성을 활용하는 이점이 있습니다. zk-SNARK: 상대적으로 가벼운 컴퓨팅 리소스의 장점. 데이터 가용성 문제와 관련하여 Polygon의 zkEVM 구현은 오프체인 데이터 솔루션을 즉시 지원하지 않습니다. 그러나 Polygon은 가용성이 더 높은 애플리케이션을 개발하여 이 문제를 적극적으로 해결하고 있습니다.
2017년에 설립된 Polygon은 주로 Ethereum 확장 솔루션에 중점을 둔 회사입니다. 2020년 6월에는 Polygon PoS라는 지분 증명 기반 이더리움 사이드체인을 출시했습니다. 그 이후로 Polygon의 제품 플러그인은 크게 성장하고 더욱 다양해졌습니다. zkEVM 구현 외에도 Polygon은 다른 두 가지 ZK 롤업 구현인 Polygon Miden과 Polygon Zero를 적극적으로 개발하고 있습니다. 이는 Optimistic Rollup과 Polygon Nightfall이라고 불리는 ZK Rollup을 결합한 하이브리드 롤업 구현입니다. 올해 초 Polygon 팀은 초기 코인 제공 이후 첫 번째 주요 자금 조달을 완료하여 Sequoia Capital India가 이끄는 40개 벤처 캐피탈 회사로부터 4억 5천만 달러를 모금했습니다.
스크롤
스크롤은 또 다른 바이트코드 수준 호환 zkEVM 구현입니다. Scroll은 2021년 Sandy Peng, Ye Zhang 및 Haichen Shen에 의해 설립되었으며, 2022년에 화이트리스트 사용자를 위한 사전 알파 버전 테스트넷 출시를 발표했습니다. zkEVM 구현과 관련된 모든 코드는 공개되어 있으며 오픈 소스 라이선스에 따라 릴리스된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 스크롤은 SNARK 기반 증명 알고리즘에 의존하며 오프체인 데이터 가용성 솔루션을 지원하지 않습니다. 또한 Scroll 팀은 zkEVM을 지원하기 위한 증명 생성을 위한 분산형 시장을 설계하고 있습니다. 무허가형 및 검열 저항형 방식으로 ZKP를 생성하기 위해 전 세계 사용자가 실행할 수 있는 전용 하드웨어 시설 구축에도 중점을 두었습니다.
Scroll 팀은 PSE(Privacy Scaling Ethereum) 팀으로 알려진 Ethereum Foundation의 확장 솔루션 개발 팀과 긴밀히 협력합니다. zkSync, StarkWare 및 Polygon과 같은 다른 팀과 비교할 때 Scroll은 더 작고 연구에 더 집중하며 덜 상업적입니다. 그들은 zkEVM 구현에만 집중하는 반면 다른 경쟁 팀은 다른 ZK 관련 제품 및 서비스 제품군을 보유하고 있습니다. 스크롤은 올해 폴리체인 캐피털(Polychain Capital), 베인 캐피탈 크립토(Bain Capital Crypto) 등 주요 암호화폐 벤처 캐피탈 기업과 이더리움 재단(Ethereum Foundation)의 잉 통(Ying Tong), 카를로스 아리아(Carlos Aria) 등 여러 엔젤 투자자로부터 시리즈 A 자금으로 3천만 달러를 모금했습니다.
개인 정보 보호 및 확장 탐색(PSE)
PSE는 Ethereum Foundation의 연구 조직으로, ZKP의 최첨단 연구와 Ethereum에서의 적용을 탐구하는 데 중점을 두고 있습니다. 이전에는 "AppliedZKP" 그룹으로 알려졌습니다. 이 보고서에서 강조된 다른 zkEVM 구현과 달리 PSE의 zkEVM은 가까운 미래에 대규모 사용을 충족하는 데 중점을 두지 않습니다(PSE 연구의 실제 구성 요소는 Scroll 팀에서 구현하고 있습니다). PSE가 연구 중인 zkEVM은 "Enshined Rollup" 모델을 기반으로 EVM과의 합의 수준 호환성을 달성하는 데 중점을 둡니다.
PSE 연구에 사용된 증명 알고리즘은 Zcash(ZEC) 암호화폐의 핵심 개발팀인 Electric Coin Company에서 개발한 Halo 2라는 zk-SNARK입니다. PSE 팀이 구축한 zkEVM 구현은 오픈 소스이며 누구나 참여할 수 있습니다. zkEVM 외에도 PSE 팀은 공모 방지 분산 애플리케이션 인프라, 향상된 사용자 거래 개인 정보 보호 및 대체 암호화 서명 체계에 대한 연구를 포함하여 여러 다른 프로젝트를 진행하고 있습니다.
zkEVM 구축의 과제
이더리움에서 생산 가능한 zkEVM 구현을 구축하는 데에는 몇 가지 지속적인 과제가 있습니다. zkEVM, zkEVM의 분산 운영, zkEVM 증명 생성을 위한 특수 하드웨어 구축과 같은 신기술 구현의 검증되지 않고 테스트되지 않은 특성은 개발자가 직면한 주요 장애물입니다. 이 섹션에서는 이러한 과제에 대한 몇 가지 통찰력을 논의합니다.
새로운 분야
zkEVM은 이더리움의 새로운 개념이며 공식적으로 2022년에 실행되기 시작합니다. 이 기술의 간단한 과제는 입증되지 않은 대규모 테스트 특성입니다. 대부분의 zkEVM 구현에는 증명 생성 방법, 증명 생성을 위한 하드웨어 요구 사항 및 분산형 시퀀서의 세부 사항에 대해 아직 알려지지 않은 것이 많이 있습니다. 안정적인 확장성 솔루션인 zkEVM에 대한 신뢰를 구축하는 것은 Scroll, Polygon, StarkNet 및 zkSync와 같은 팀의 중요한 초점 영역입니다.
분권화의 과제
zkEVM 작업에 대한 분산 경로를 둘러싼 문제는 모든 롤업(낙관적 롤업 포함)에 적용됩니다. 유효성 및 사기 증명 생성은 중앙 집중식 주문자에 크게 의존하기 때문입니다. 위에서 언급했듯이 시퀀서는 사용자 트랜잭션을 일괄 처리하고 이러한 일괄 처리에 대한 증거를 Ethereum L1에 제출하는 책임을 맡은 L2 이해관계자입니다.
현재 이더리움에서 실행되는 모든 롤업은 중앙 집중식 주문자에 의해 운영되며 단일 엔터티가 관리하는 업그레이드 가능한 스마트 계약에 의존합니다. 오늘날 롤업이 중앙 집중화되는 주요 이유 중 하나는 기술 초기에 코드에 예상치 못한 오류가 발생하면 빠른 수정이 필요했기 때문입니다. 또한, 특히 zkEVM의 이면에 있는 기술은 지속적으로 변화하고 있기 때문에 사용자가 자신의 장치에서 이 새로운 기술을 실행하도록 자신있게 장려하기가 어렵습니다. Rollup을 위한 분산형 주문자를 구현한다는 것은 일반적으로 토큰을 시작하고 여러 주문자와 증명자를 무허가 방식으로 구성하는 합의 프로토콜을 생성하는 것을 의미합니다. 토큰을 출시하고 합의 프로토콜을 생성하는 것은 퍼블릭 블록체인에 새로운 것은 아니지만 책임감 있게 출시하려면 시간과 사전 고려가 필요합니다. StarkWare의 토큰 계획은 공급 설계 및 초기 배포로 인해 논란을 불러일으켰으며 Polygon도 zkEVM 출시 이후 현재 토큰 경제를 개선할 것으로 예상됩니다. zkSync는 앞으로 몇 달 안에 롤업을 위한 토큰을 출시할 예정이지만 Scroll의 토큰 계획은 여전히 불분명합니다.
zkEVM의 현재 맥락에서 시퀀서를 분산화하기 위한 중요한 첫 번째 단계는 오픈 소스 프로젝트 소프트웨어이며, 이 글을 쓰는 시점에서는 거의 수행되지 않습니다. 분산형 zkEVM 운영 측면에서 이미 많은 수의 사용자가 있는 롤업 zkEVM 구현이 이점을 가질 수 있습니다.
zkEVM 하드웨어 문제
zkEVM 증명은 검증하기 간단하지만 이를 생성하는 데는 계산 집약적입니다. 부분적으로 ZKP의 수학은 선형 계산 순서에 의존하기 때문입니다. 이로 인해 기계에서 증명을 생성하는 작업을 병렬화하기가 어렵습니다. 최근 재귀 증명을 사용하여 이 분야에서 진전이 이루어졌습니다. 재귀 증명은 증명 생성 지연 시간을 줄이는 기술로, ZK Rollup에서 소규모 트랜잭션 배치가 병렬로 처리될 수 있도록 트랜잭션을 더욱 압축하기 위해 반복적으로 증명을 생성하는 것을 말합니다. 이는 StarkNet VM 및 Polygon의 zkEVM에서 유효성 증명을 생성하는 데 사용되는 기술입니다.
ZKP를 생성하는 데 필요한 집중적인 계산으로 인해 zkEVM은 그래픽 처리 장치(GPU), 현장 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 심지어 ASIC(주문형 집적 회로)과 같은 고급 하드웨어에 의존해야 할 수도 있습니다. 증명을 생성하기 위해 필요한 계산을 실행하려면 특수 하드웨어가 필요합니다. 이는 작업 증명(PoW) 합의 프로토콜에 따라 블록을 효율적으로 채굴하기 위한 특수 하드웨어가 필요한 것과 다르지 않습니다. 두 하드웨어 산업의 성장 차이는 증명자 대 채굴자의 선택 과정에 있습니다.
증명자는 유효성 증명 생성을 담당하는 네트워크 이해관계자입니다. 반면 시퀀서는 사용자 트랜잭션을 일괄 처리 및 패키징하여 레이어 1 블록체인에 데이터를 제출하는 역할을 담당합니다. 기술적으로 시퀀서와 증명자의 책임은 하나의 역할로 결합될 수 있습니다. 그러나 증명 생성과 트랜잭션 주문 모두 효과적으로 수행하려면 고도로 전문화된 기술이 필요하기 때문에 이러한 책임을 분할하면 롤업 기능의 불필요한 중앙 집중화가 방지됩니다.
증명자와 주문자의 선택 프로세스가 채굴자의 선택 프로세스와 유사하고 Satoshi 합의에 도달하고 가장 효율적인 하드웨어 참가자에게 보상을 제공하는 경우 ZKP "채굴" 산업은 비트코인 채굴 궤적 개발과 동일한 경로를 따를 가능성이 있습니다. 그러나 특정 증명자의 선택 프로세스가 PoW 합의보다는 지분 증명(PoS)과 설계가 유사할 가능성이 더 높은 데에는 몇 가지 이유가 있습니다.
첫째, 사토시 스타일 선택 프로세스는 가장 효율적인 하드웨어를 갖춘 증명자가 증명 시장을 지배하게 된다는 것을 의미합니다. 전력 소비를 줄이면서 증명자 시장을 독점하지 않기 위해 Scroll과 같은 프로젝트는 이더리움 검증자가 32 ETH를 스테이킹해야 하는 방식과 달리 증명자가 자산을 담보로 게시하도록 요구하는 대체 설계를 검토하고 있습니다. 스테이킹 모델을 구현하면 특정 거래 배치에 대한 유효성 증명을 계산하지 못하는 등 네트워크의 보안과 활성을 훼손하는 행위에 대해 증명자가 처벌될 수 있습니다.
모든 증명자가 증명을 생성하기 위해 경쟁하는 대신 결정론적으로 증명자를 선택하여 증명을 생성하는 것의 또 다른 이점은 트랜잭션 처리량과 네트워크 확장성이 증가한다는 것입니다. 증명자를 선택한다는 것은 모든 증명자가 동일한 거래 배치에 대한 증명을 생성하는 대신 여러 증명자가 서로 다른 거래 배치에 대한 증명을 병렬로 생성할 수 있음을 의미합니다. 그러나 어떤 형태로든 스테이킹과 처벌에 의존하는 리더 선출 시스템에는 복잡성이라는 약점이 있습니다. Satoshi 스타일 PoW 시스템과 비교하여 PoS 시스템은 참가자를 정직하게 유지하기 위해 보다 복잡한 견제와 균형 설계에 의존합니다. 예를 들어, 사토시(Satoshi) 스타일의 합의는 일반적으로 채굴자로 알려진 참가자가 보상을 받기 위해 자신의 작업에 대한 증거를 제시하도록 요구합니다.
대부분의 zkEVM은 아마도 확률론적(경쟁 기반) 무허가 증명자 선택 프로세스보다는 결정론적(할당 기반)을 선택하여 롤업의 전력 사용량을 최소화하려고 시도할 것입니다. 이더리움 공동 창립자 Vitalik Buterin은 zkEVM의 유효성 증명을 계산하는 데 ETH 채굴에 사용되는 전력의 1% 미만이 필요하다고 추정합니다. zkEVM 설계자의 목표는 증명 시간을 최대한 줄이는 동시에 증명 생성을 경제적으로 많은 사용자가 이용할 수 있도록 하는 것이었습니다. 합의 수준 호환 zkEVM을 구현하기 위한 요구 사항 중 하나는 증명 생성 시간을 Ethereum L1의 블록 시간(평균 13.5초)과 비슷하도록 줄이는 것입니다.
zkEVM의 사양이 명확하고 표준화되어야만 ZKP 하드웨어 제조업체가 진정으로 성장하고 성숙할 수 있습니다. 마지막으로, Rollups가 증명자 및 시퀀서의 무허가 선택 모델을 채택하고 구현하지 않는 한 유효한 증명 컴퓨팅 산업의 전력 사용량을 예측하는 것은 여전히 어려울 것입니다.
zkEVM 경쟁 전망
단기적으로 zkEVM 참가자들은 메인넷에서 출시되는 첫 번째 프로젝트가 되기 위해 경쟁하고 있습니다. 그러나 장기적으로는 EVM 호환성 수준(언어에서 합의 수준까지)과 VM 효율성에서 경쟁하게 됩니다. zkEVM을 지원하는 기술이 더욱 광범위하게 테스트, 사용 및 이해되면 zkEVM은 사용자를 위한 낙관적 롤업 및 기타 L2 확장성 솔루션과도 경쟁해야 할 것입니다.
선점자 이점과 후발자 이점
zkSync, Polygon 및 Scroll 팀의 zkEVM 구현은 메인넷 출시를 위해 경쟁하고 있습니다. 메인넷을 조기에 출시하면 DApp 개발자를 유치하는 데 있어 선제적 이점을 제공할 수 있으며, 이는 롤업과 DApp 구성성 간의 상호 운용성이 어렵다는 점을 고려할 때 특히 중요한 이점이 될 수 있습니다. 빌딩 블록처럼 DApp 위에 DApp을 구축할 수 있는 능력을 의미하는 DApp 구성성은 이더리움 탈중앙화 금융(DeFi) 생태계의 특히 중요한 기능으로, DApp 개발자가 널리 채택될 가능성이 높아 L1 또는 L2에 끌립니다. .
반면, 기술로서의 zkEVM의 참신함으로 인해 처음 출시된 zkEVM 구현은 Ethereum DApp 개발자에게 최적화되지 않을 것 같습니다. 이 보고서에서 언급한 바와 같이, 바이트코드 수준과 합의 수준 모두에서 EVM과 완벽하게 호환되는 zkEVM 구현은 아직 프로덕션 용도로 사용할 준비가 되어 있지 않습니다. Ethereum DApp 배포를 보다 기본적으로 지원할 수 있는 zkEVM 구현은 먼저 출시되지 않을 수 있으며, 더 많은 EVM과 동등한 기능을 갖춘 zkEVM은 후발주자라는 이점을 갖게 됩니다. 동등성이 깊어질수록 zkEVM 개발자의 진입 장벽은 낮아집니다. 즉, 2015년부터 지배적인 DApp 실행 환경이었던 EVM이 더 많은 도구로 마이그레이션될 수 있을수록 zkEVM DApp 개발자들 사이에서 더 원활하게 채택될 것입니다.
EVM 동등성을 통해 DApp 개발자를 유치하는 것은 zkEVM 구현 간의 최초의 명확한 경쟁 영역이며 DApp 개발자의 채택으로 인한 선점자 이점은 강력하지만 기술은 아직 초기 단계이므로 여전히 상당한 반복과 개선이 있습니다. 생산 준비가 완료된 zkEVM을 구축할 수 있는 공간을 확보합니다. 궁극적으로 이 게임은 처음부터 시작하는 혁신가의 딜레마와 유사합니다. 먼저 앞서서 레이아웃과 커뮤니티를 구축하려고 노력하는 것이 더 낫습니까, 아니면 두 번째가 되어 더 나은 기능으로 첫 번째 무버를 무너뜨리는 것이 더 낫습니까?
가상 머신 설계
시간이 지남에 따라 zkEVM의 경쟁과 개선의 또 다른 영역은 효율성입니다. 앞서 언급했듯이 EVM은 ZK 시스템에 최적화되어 있지 않으며 일반적인 ZK 롤업을 구축하면 이더리움 기반 스마트 계약 및 DApp에 많은 오버헤드가 필요하다는 것을 증명할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 SNARK 또는 STARK 증명에 최적화된 다른 가상 머신 설계는 EVM 호환성을 감소시킬 수 있으며 이는 Starkware 팀이 강력하게 주장하는 견해입니다. Solidity를 Cairo의 Warp 도구 및 기타 유사한 도구로 컴파일하는 것은 커뮤니티 중심 이니셔티브입니다. 내부 StarkWare 팀은 단순히 EVM과 호환되기보다는 StarkNet의 가상 머신을 최대한 효율적으로 만드는 데 중점을 두고 있기 때문입니다.
이더리움에서는 DApp의 하위 호환성을 손상시키지 않으면서 EVM(및 관련 Solidity)을 크게 변경하거나 업그레이드할 수 없다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 2015년 출시 이후 개발자들은 EVM과 고급 프로그래밍 언어인 Solidity를 패치하여 더 작은 방법으로 유용성과 보안을 개선했습니다. 예를 들어, 2019년 이더리움 이스탄불 하드 포크 업그레이드 중에 핵심 개발자는 정식 체인의 고유 식별자를 반환하는 "CHAINID"라는 EVM에 새로운 opcode를 추가했습니다. 이는 노드가 CHAINID를 확인할 수 있도록 하여 업그레이드된 노드가 업그레이드되지 않은 노드에 연결되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 이는 "재생 공격"을 방지하는 데 특히 유용한 업그레이드입니다.
이더리움 핵심 개발자들은 EVM에 대한 추가 업그레이드가 이더리움 개발 로드맵에 포함될 것이라고 항상 주장해 왔습니다. 새로운 opcode와 사전 컴파일이 EVM에 계속 추가될 수 있으며, 이는 기존 zkEVM 구현이 EVM의 변경 사항을 수용할 수 있도록 유연해야 함을 나타냅니다. 그러나 이러한 개선에도 불구하고 Mina, Sui 및 Aptos와 같은 L1 블록체인은 여전히 다양한 가상 머신 및 스마트 계약 언어 설계를 실험할 기회가 있으므로 장기적으로 EVM을 쓸모 없게 만들 수 있습니다. zkEVM 구현은 주로 바이트코드 및 합의 수준에서 EVM과의 깊은 호환성에 중점을 두고 장기적으로 스마트 계약 개발에서 EVM의 관련성과 지배력에 베팅합니다.
ZK 롤업에 대한 낙관적 롤업
결국, 이 보고서에서 논의된 5가지 zkEVM 구현이 Optimism 또는 Arbitrum과 같은 Optimistic Rollup을 능가한다는 것은 기정된 결론이 아닙니다. 기술 수준에서 ZK 롤업은 낙관적 롤업보다 더 안전하고 효율적이며 잠재적으로 더 비용 효율적입니다. 그러나 EVM용으로 설계된 범용 컴퓨팅을 입증하는 유연성은 대규모로 테스트 및 배포되지 않았습니다. zkEVM이 출시되고 그 뒤에 있는 기술이 더욱 성숙하고 강력해지면 사기 방지 기반 낙관적 롤업(예: Optimism 및 Arbitrum)이 업그레이드되어 유효성 증명 생성으로 전환될 수 있습니다. 또한 하이브리드 롤업 및 다중 인증자 시스템은 사기 증명을 사용하여 사용자 트랜잭션을 낙관적으로 확인하고 간헐적으로 유효성 증명을 발행합니다.
zkEVM의 기반이 되는 기술이 발전함에 따라 유효성 증명 생성 시간을 점진적으로 가속화하는 것이 활발한 연구 분야가 될 것이며 오늘날 Vitalik Buterin과 같은 Ethereum 핵심 개발자와 Optimism의 Kelvin Fichter와 같은 L2 개발자가 본격적으로 논의하고 있습니다.
이미 이더리움에서 출시된 Rollup은 사용자 기반 이점이 있으며 이론적으로는 2022년에 출시된 Arbitrum Nitro와 유사한 새로운 업그레이드 버전의 Rollup으로 쉽게 이식될 수 있습니다. 이는 zkEVM 팀(Scroll 제외)이 메인넷을 출시하고 대규모 사용자 기반을 구축할 때까지 프로젝트 토큰을 완전히 오픈 소스화하는 것을 주저하는 이유 중 하나일 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 낙관적 롤업을 ZK 롤업으로 업그레이드할 수 있다는 사실은 서로 다른 zkEVM 구현 사이뿐만 아니라 더 넓은 이더리움 L2 생태계에도 경쟁이 존재한다는 것을 보여줍니다.
결론적으로
최근 zkEVM에 대한 관심이 급증하면서 이더리움 확장성 로드맵의 최종 단계에 대한 몇 가지 질문이 제기되었습니다. 진정한 의미에서 zkEVM(EVM과의 합의 수준 호환성을 갖춘 ZK 롤업)은 EVM 우위에 대한 장기적인 베팅과 스마트 계약 실행을 위한 기본 플랫폼으로 Ethereum에 대한 베팅을 나타냅니다. zkEVM은 합의 및 데이터 가용성과 결합되는 대신 트랜잭션 실행을 롤업으로 추상화하므로 이더리움의 확장성 로드맵에 대한 장기적인 투자이기도 합니다.
올해 거의 생산 준비가 완료된 여러 zkEVM이 발표되었지만 이 기술은 아직 초기 단계입니다. EVM과 합의 수준의 호환성을 갖춘 zkEVM을 구현하는 것은 여전히 연구 프로젝트이며 생산 준비가 완료되려면 수년이 걸릴 수 있습니다. 하지만 불과 1년 전만 해도 EVM과 바이트코드 수준의 호환성을 구현한 zkEVM의 경우도 마찬가지였습니다. Polygon, zkSync, StarkWare 및 Scroll을 통한 zkEVM 구현의 신속한 개발은 계속해서 컴퓨터 과학 및 수학의 경계를 넓히고 기대치를 뛰어넘고 있습니다. 이더리움 메인넷에서 Polygon zkEVM 및 zkSync 2.0의 출시는 실제 사용자 및 DApp 활동으로 zkEVM을 테스트하기 위한 중요한 출발점이 될 것입니다.
생산 준비가 완료된 두 개의 zkEVM의 가용성과 확장성은 zkEVM뿐만 아니라 낙관적 롤업 및 L1 경쟁 체인의 경쟁 환경을 혼란에 빠뜨릴 수 있습니다. zkEVM이 성공하면 Optimistic Rollup은 장기적으로 경쟁력을 유지하기 위해 ZK Rollup 설계로 전환해야 합니다. L1 경쟁 체인은 확장 가능한 EVM과 경쟁하기 위해 가상 머신 설계도 혁신해야 합니다. 이더리움에서 ZKP의 준비성과 적용 가능성에 대해 아직 증명할 것이 많이 있으며, 생산 준비가 완료된 zkEVM의 출시는 이 신기술에 대한 경쟁 환경의 시작으로 보아야 합니다.
zkEVM에 대해 지속적으로 집중하고 개발하는 일부 영역에는 하드웨어 설계 및 토큰 경제가 포함됩니다. ZKP를 생성하는 데 사용되는 하드웨어 환경과 롤업이 증명 생성을 성공적으로 분산시키는지는 아직 알 수 없습니다. 이 중 많은 부분은 개별 팀의 커뮤니티 구축에 달려 있으며 이러한 롤업이 DApp, 특히 DeFi DApp의 대규모 마이그레이션을 네트워크로 유도하는 데 얼마나 성공적일 수 있는지에 달려 있습니다. 이러한 개발 영역을 제대로 진행하려면 시간과 반복이 필요합니다. 그러나 zkEVM이 이더리움에서 달성하려는 발전과 퍼블릭 블록체인의 미래에 대한 광범위한 잠재적 영향을 고려할 때 이 개발은 이더리움 이해관계자, 연구원, 암호학자 및 학계 모두가 면밀히 관찰할 것입니다.
