아치는 비트코인이 확립한 주권 원칙을 존중하면서 튜링 완전 프로그래밍 기능으로 BTC의 네이티브 레이어 기능을 향상시켜 BTC 레이어 1의 프로그래밍 기능을 잠금 해제합니다.
BTC가 스마트 컨트랙트를 실행할 수 없는 이유에 대해 많은 논의가 있었는데, 주로 세 가지 이유 때문이었습니다:
- 제한된 스크립트 언어: 비트코인의 스크립트는 보안과 단순성을 보장하기 위해 의도적으로 기능이 제한되어 있습니다. 이더리움과 같은 플랫폼에서 사용하는 언어에서 볼 수 있는 튜링의 완전성이 부족하여 비트코인 스마트 콘트랙트가 실행할 수 있는 로직과 조건의 유형이 제한됩니다.
- 데이터 및 상태 저장소: 비트코인의 블록체인은 복잡한 스마트 컨트랙트에 필요한 상태 정보보다는 트랜잭션 데이터를 저장하는 데 최적화되어 있습니다. 비트코인 설계에 상태 저장 기능이 없기 때문에 다양한 조건에 따라 상호 작용하고 업데이트하는 동적 스마트 계약을 구현하기가 어렵습니다.
- 실행 환경: 비트코인에는 복잡한 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있는 기본 실행 환경이 부족합니다. 이더리움과 같은 고급 디앱을 지원하는 플랫폼에는 스마트 컨트랙트 실행을 위한 제어 환경을 제공하는 가상 머신(EVM)이 있습니다. 비트코인의 아키텍처에는 복잡한 탈중앙화 애플리케이션을 처리하기 위한 유사한 구성 요소가 포함되어 있지 않습니다.
현재까지 비트코인 생태계에는 이러한 근본적인 단점을 해결하려는 여러 레이어 2 솔루션이 있지만, 이러한 솔루션은 일반적으로 사용자(수신자)가 자신의 자산을 신뢰 환경, 종종 다중 서명 계정으로 연결하도록 강요하며 이는 비트코인의 첫 번째 규칙인 "당신의 키가 아니라 비트코인"에 위배되는 것입니다.
아치는 어떻게 BTC 레이어 1에서 프로그래밍을 가능하게 하나요?
아치의 구조는 비트코인의 기능을 강화하기 위한 두 개의 레이어로 구성되어 있으며, ZKVM과 탈중앙화된 검증 네트워크로 구성됩니다. 이 두 부분이 함께 비트코인에 직접적으로 신뢰가 필요 없는 실행 레이어를 형성합니다. 이러한 통합은 비트코인의 보안과 유동성을 보존할 뿐만 아니라 기능을 크게 향상시켜 비트코인에서 빠르고 안전하며 완벽하게 검증 가능한 스마트 콘트랙트를 가능하게 합니다.
핵심 아이디어는 트랜잭션에 추가 데이터를 저장함으로써 실현됩니다. 이렇게 데이터 가용성이 증가하면 상태 정보와 메타데이터를 블록체인에 직접 포함할 수 있는 새로운 가능성이 열리며, 이는 접근 가능하고 검증 가능한 상태 데이터를 필요로 하는 스마트 콘트랙트와 같은 애플리케이션에 매우 중요합니다.
"스테이트 체인"이란 무엇인가요? UTXO는 스마트 컨트랙트 주소 내에서 상태를 유지하며, 효율성과 보안을 강화하기 위해 실행과 상태를 분리합니다. 상태와 실행을 분리하면 스마트 컨트랙트를 더욱 표현할 수 있어 유연한 개발 환경이 조성됩니다.
이 프로토콜은 직렬화된 스마트 콘트랙트 트랜잭션이 실행을 위해 풀에서 대기하는 증명자-검증자 모델을 구현합니다. 증명자는 트랜잭션을 검색하고 실행하여 검증자가 사용하는 영수증을 생성하고, 검증자는 지분 증명 모델과 유사한 임계값 서명 메커니즘을 사용하여 이를 검증합니다.
아치에서의 트랜잭션 프로세스:
- 1단계: 비트코인 트랜잭션은 최신 상태, 부분적으로 서명된 비트코인 트랜잭션(PSBT), 스마트 콘트랙트 입력 등 실행에 필요한 기본 정보를 포함해 스마트 콘트랙트를 호출합니다. 아치 인덱서는 새로운 비트코인 블록을 지속적으로 모니터링하여 그 안의 각 트랜잭션에서 이 호출을 확인합니다.
- 2단계: 트랜잭션이 감지되면 아치는 세부 정보를 파싱하고 스마트 컨트랙트 실행을 진행합니다. 그 후 스마트 콘트랙트는 실행 중 자산 전송을 반영하는 결과 상태와 서명되지 않은 트랜잭션을 생성하고 스마트 콘트랙트 실행을 확인하는 증명을 생성합니다.
- 3단계: 모든 정보가 검증 네트워크, 특히 리더 노드로 전송됩니다. 각 아치 에포크 동안 리더는 지분에 따라 무작위로 선출됩니다. 리드 노드는 수신한 정보를 네트워크의 다른 모든 노드에 전파합니다.
- 4단계: 각 노드는 증명을 검증하고 상태 변경 사항을 트랜잭션에 병합한 다음 트랜잭션을 승인합니다. 리더는 미리 정의된 임계값에 도달할 때까지 이러한 노드로부터 서명을 수집합니다. 5단계: 충분한 수의 노드가 트랜잭션에 서명하면 비트코인 네트워크에서 트랜잭션을 브로드캐스트할 수 있습니다.
요약하자면, 아치는 BTC 레이어 1을 어떻게 프로그래밍할 수 있는지에 대한 두 가지 핵심 문제를 해결합니다:
첫째, 비트코인 레이어 1에서 개인 키 없이 서명을 생성하는 방법(예를 들어, 이더리움의 솔루션은 신뢰할 수 있는 컨트랙트가 지원하는 자산 전송을 포함합니다). Arch는 임계값 서명 체계(TSS)를 사용하여 검증 네트워크가 사용자를 대신해 키를 공유하고 트랜잭션에 서명할 수 있도록 합니다.
둘째, 계산 모듈처럼 작동하는 인덱서의 실제 역할은 인덱스가 계산을 완료한 후 누가 전체 거래를 일치시킬 것인가입니다. 사용자가 비트코인 트랜잭션에 서명하면 이는 스마트 콘트랙트 호출 트랜잭션이기도 합니다. 비트코인 트랜잭션에는 Arch VM이 캡처한 모든 정보가 포함되며, 데이터 입력과 스마트 콘트랙트 호출 정보를 zkvm에 전달해 처리하고 출력(결과 상태, 서명되지 않은 트랜잭션, 유효성 증명)을 생성합니다.
이 프로세스를 통해 레이어 1에서 프로그래밍이 가능하며, Arch는 스마트 컨트랙트가 다른 스마트 컨트랙트를 호출하여 호출된 스마트 컨트랙트가 처리를 완료할 때까지 실행을 일시 중지할 수 있는 메커니즘도 구현했습니다. 이 메커니즘은 서로 다른 스마트 콘트랙트 간의 원활한 상호작용과 조정을 용이하게 합니다.
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