이더리움 롤업 프레임워크의 상호운용성: Polygon CDK, OP-Stack, ZK-Stack

Key Takeaways

• 이더리움 롤업 프레임워크의 상호운용성에 대해 논의하고, 주요 롤업이 L1인 이더리움과 상호운용되는 방식과 롤업 프레임워크의 상호운용성에 대한 비전을 살펴본다.

• 롤업 환경은 세분화되어 있으며, 많은 프레임워크가 이더리움에서 시작하여 각각 상호운용성을 위한 솔루션을 갖춘 롤업 프레임워크를 제시하고 있다.

• 원활한 상호운용성을 달성하기 위해서는 공유 시퀀서/증명자, 공유 표준과 같은 공유 리소스의 추구 방향이 필요하다.

• 이더리움 롤업 프레임워크 내의 상호운용성은 계속해서 개발과 연구가 이루어지는 분야이다.

1. 롤업 환경은 파편화되어 있다

이더리움에서 롤업 프로젝트가 시작되고 있으며, 그 중 많은 프로젝트가 롤업 프레임워크를 제공하고 있다. 이러한 추세는 공유된 기술 스택으로 이어지며, 널리 사용되는 개발 도구와 함께 보다 맞춤화되고 사용 가능한 인프라를 가능하게 한다. OP-Stack이 첫 롤업 프레임워크를 출시한 이후, 10개 이상의 프로젝트가 롤업을 발표된 현황을 보았을때 이러한 트렌드는 지속될 것으로 보인다.

그러나 이는 또한 더 많은 파편화로 이어질 수 있다. 크로스체인 상호운용성을 위한 완벽한 솔루션이 없기 때문에, 각 롤업 프레임워크는 각자의 솔루션을 내놓고 있으며, 대부분은 현재 아이디어 단계에 있다.

서로 다른 롤업 프레임워크 간의 상호운용성을 더욱 원활하게 만들기 위해서는 각 프레임워크의 상호운용성 상태와 계획뿐만 아니라 다른 프로젝트의 구현과 계획에 대한 보다 철저한 이해가 필요하다.

이 글에서는 주요 롤업이 L1인 이더리움과 어떻게 상호운용되는지, 롤업 프레임워크의 상호운용성에 대한 비전은 무엇인지 살펴보겠다.

이 글에서 분석하는 프로젝트는 다음과 같다:

1. 폴리곤 zkEVM(폴리곤 CDK)과 그 비전, 폴리곤 2.0

2. OP-Mainnet(OP-스택)과 그 비전인 슈퍼체인

3. zkSync Era (ZK-Stack)와 그 비전, 하이퍼체인

2. 폴리곤 zkEVM

폴리곤 zkEVM은 암호 영지식 증명을 사용하여 빠르고 안전한 오프체인 트랜잭션 계산을 제공하는 탈중앙화 이더리움 레이어 2 솔루션이다. ZK 롤업이라고도 하는 이 솔루션은 이더리움 가상 머신(EVM)을 에뮬레이션하도록 설계되었으며 기존 이더리움 스마트 컨트랙트와 호환된다.

폴리곤 zkEVM은 스마트 콘트랙트와 개발자 도구를 통합한 최초의 영지식 확장 솔루션으로, 이더리움에 레이어 2 확장 솔루션을 제공한다. 영지식 증명을 활용하여 트랜잭션 비용을 줄이고 이더리움의 확장성과 초당 트랜잭션 수(TPS)를 증가시킨다. 폴리곤 zkEVM은 기존 이더리움 스마트 컨트랙트, 개발자 도구, 지갑과 완벽하게 호환된다.

저렴한 비용, 이더리움 보안, ZKP 기반 확장성 등 많은 장점으로 인해 폴리곤 zkEVM이 주목 받고 있다.

2.1 L1(이더리움)과의 상호운용성

2.1.1 L2 → L1

1. L2에서 L1 메인넷으로 자산을 브리징하려면 먼저 레이어 2에서 PolygonZkEVMBridge.sol 컨트랙트의 Bridge 함수를 호출해야 한다. 브리지 요청이 유효하면 컨트랙트는 L2 출구 트리에 출구 리프를 추가하고 새로운 L2 출구 트리 루트를 계산한다. 그런 다음 L2 글로벌 출구 루트 관리자(PolygonZkEVMGlobalExitRootL2.sol)가 새 L2 출구 트리 루트를 글로벌 출구 트리에 추가하고 글로벌 출구 루트를 계산한다.

2. 다음으로, 애그리게이터는 시퀀스 배치(이러한 배치 중 하나에 사용자의 브리징 트랜잭션이 포함된 경우)를 실행할 때 계산 무결성을 증명하는 ZK 증명을 생성한다. 애그리게이터는 검증을 위해 새로운 L2 출구 트리 루트로 이어지는 ZK 증명과 모든 관련 배치 정보를 합의 컨트랙트(PolygonZkEVM.sol)로 전송한다. 유효하면 컨센서스 컨트랙트는 새로운 L2 출구 트리 루트를 글로벌 출구 루트 관리자 SC(PolygonZkEVMGlobalExitRoot.sol)로 전송하여 글로벌 출구 트리를 업데이트한다.

3. 마지막으로, L1 네트워크에서 브리징 프로세스를 완료하기 위해 사용자는 브리지 SC의 Claim 함수를 호출하여 올바른 출구 리프가 글로벌 출구 루트 계산에 포함되었다는 머클 증명을 제공해야 한다. 브리지 SC는 L1 글로벌 출구 루트 관리자 SC에서 글로벌 출구 루트를 검색하고 머클 증명의 유효성을 확인한다. 증명이 유효하면 브리지 SC는 브리징 프로세스를 성공적으로 완료한다. 그렇지 않으면 트랜잭션이 되돌아간다.

2.1.2 L1 → L2

L1 메인넷에서 L2(이 경우 Polygon zkEVM)로 에셋을 브리징하려면 아래와 같은 과정을 거친다:

1. L1 네트워크에서 zkEVM Bridge SC PolygonZkEVMBridge.sol의 Bridge 함수를 호출한다. Bridge 요청이 유효하면 Bridge SC는 L1 출구 트리에 출구 리프를 추가하고 새로운 L1 출구 트리 루트를 계산한다.

2. 새 L1 출구 트리 루트를 글로벌 출구 트리에 추가하고 글로벌 출구 루트 관리자 PolygonZkEVMGlobalExitRoot.sol을 사용하여 글로벌 출구 루트를 계산한다.

3. 시퀀서를 사용하여 글로벌 엑시트 루트 매니저에서 최신 글로벌 엑시트 루트를 가져온다.

4. 트랜잭션 배치가 시작될 때, 글로벌 엑시트 루트를 L2 글로벌 엑시트 루트 매니저의 특수 저장 슬롯에 저장하여 L2 사용자가 접근할 수 있도록 한다.

5. 브리지 SC의 Claim 함수를 사용자로 호출하고 올바른 출구 리프가 글로벌 출구 루트에 포함되고 표현되었다는 머클 증명을 제공하여 브리징 프로세스를 완료한다.

6. L2 글로벌 출구 루트 관리자 SC의 글로벌 출구 루트를 가져와서 사용자의 머클 증명을 검증한다. 머클 증명이 유효하면 브리징 프로세스가 성공하고, 그렇지 않으면 트랜잭션이 실패한다.

2.2 비전: 폴리곤 CDK와 폴리곤 2.0

폴리곤 CDK는 이더리움에 폴리곤 zkEVM을 배포하기 위해 설계된 오픈소스 프레임워크이다. 이를 통해 개발자는 높은 모듈성, 확장성, 유동성, 독립적인 데이터 가용성, 상호운용성을 갖춘 이더리움 네트워크에서 애플리케이션별 체인을 생성하고 맞춤화할 수 있다. 또한 프라이빗 앱체인 생성을 위한 개인정보 보호 옵션, 규정 준수 지향 기능도 제공한다.

폴리곤 2.0은 폴리곤 생태계의 체인에 확장성, 상호운용성, 유동성을 제공하여 블록체인 인프라를 재구성하는 것을 목표로 하는 폴리곤 생태계의 새로운 청사진이다. 설계 원칙에는 독립적인 데이터 가용성, 구성 가능한 상호운용성, 거의 즉각적인 완결성, 통합된 유동성이 포함된다. 확장성이 강화된 고성능 레이어 2 확장 솔루션과 사용자 중심 접근 방식을 제공하는 것을 목표로 한다. 개발자는 실행 환경과 가스 토큰 등 필요에 따라 체인을 커스터마이징할 수 있다.

Polygon 2.0의 인터롭 레이어는 메시지 큐를 구현하는 Polygon zkEVM 롤업에서 사용하는 LxLy 프로토콜 설계를 기반으로 구축되었다. 각 폴리곤 체인은 체인에서 생성된 ZK 증명에 포함된 특정 형식의 아웃바운드 메시지 큐를 유지한다. 특정 대기열을 참조하는 ZK 증명이 이더리움에서 검증되면, 해당 수신자 체인과 주소는 대기열의 모든 메시지를 안전하게 사용할 수 있다.

LX-LY 브리지는 두 개의 레이어인 LX와 LY 간의 자산 전송을 용이하게 하는 스마트 콘트랙트이다. zkEVM의 L1과 L2 컨트랙트는 배포 위치를 제외하고는 동일하다. 브리지 L1 컨트랙트는 롤업 간의 자산 전송을 관리하기 위해 이더리움 메인넷에 있다. 동시에 브리지 L2 컨트랙트는 특정 롤업에서 메인넷과 롤업 간의 자산 전송을 처리한다.

폴리곤 2.0은 크로스체인 트랜잭션을 개선하여 더 빠르고 효율적으로 만들기 위해 애그리게이터 구성 요소를 도입할 것을 제안한다. 애그리게이터는 폴리곤 체인과 이더리움 사이에서 작동하며, ZK 증명과 메시지 큐의 표현을 수락하고 검증을 위해 이더리움에 제출된 단일 증명으로 ZK 증명을 집계한다. 애그리게이터가 ZK 증명을 수락하면, 수신자 체인은 인바운드 메시지를 낙관적으로 수락하여 체인 간 상호작용이 원활하게 이루어질 수 있다.

3. OP-Mainnet

OP-메인넷은 트랜잭션 수수료를 줄이고 이더리움 트랜잭션 속도를 높이는 이더리움 롤업 확장 솔루션이다. 이더리움 블록체인 위에 구축되며, 대량의 트랜잭션 데이터를 소화 가능한 배치로 묶는 옵티미스틱 롤업이라는 기술로 구동된다. 트랜잭션 배치는 OP 메인넷에 게시되고, 트랜잭션 데이터와 출력 루트는 이더리움에 게시된다. 이를 통해 챌린저는 잘못된 계산이 있는지 확인할 수 있다. 그러나 현재 챌린지 시스템은 중앙화되어 있어 이 부분을 집중적으로 개선하고 있다. OP-Stack에 대해 더 자세히 알고 싶다면 저자가 작성한 이 아티클을 참고하길 바란다.

3.1 L1(이더리움)과의 상호운용성

3.1.1 L2 → L1

1. L2CrossDomainMessenger함수는 L2에서 도메인 간 메시징을 위해 사용된다. 이 함수는 세 개의 파라미터를 받으며, _sendMessage는 이 함수에 의해 호출된다.

2. 그런 다음 _sendMessage 함수는 원시 인출 필드를 사용하여 해시를 계산하고 MessagePassed 이벤트에서 해시가 있는 필드를 방출하는 initiateWithdrawal을 L2ToL1MessagePasser에서 호출한다.

3. 마지막으로, op-proposer가 새로운 output root을 제안하면 op-node가 output root을 블록에 포함시켜 L2ToL1MessagePasser 컨트랙트의 L2 스토리지에 있는 sentMessages 매핑의 상태를 커밋하고 그 안에 보류 중인 출금이 있음을 증명한다.

4. 그런 다음 op-proposer에 의해 출력 루트가 L2OutputOracle에 저장되면서 L1에서 트랜잭션이 발생된다.

3.1.2 L1 → L2

1. L1 사용자는 sendMessage 함수를 사용하여 L1CrossDomainMessenger에 입금 트랜잭션을 보낸다. 이 함수는 세 가지 파라미터를 받는다: target, message, and minGasLimit.

2. L1CrossDomainMessenger는 자체 _send 함수를 호출한다. 이 함수는 매개변수 to, gasLimit, value, data를 사용한다.

3. sendMessage는Optimsimportal 입금 트랜잭션 함수를 호출한다.

4. op-node 는 L1에서 트랜잭션이 입금된 이벤트를 찾다. 해당 이벤트가 발견되면 이를 파싱한다.

5. 다음으로 op-node는 해당 TransactionDeposited 이벤트를 입금 트랜잭션으로 변환한다.

6. 대부분의 경우 사용자 입금 트랜잭션은 L2CrossDomainMessenger의 relayMessage 함수를 호출한다. 릴레이메시지는 몇 가지 건전성 검사를 실행한 후 모든 것이 정상이면 릴레이된 콜데이터로 실제 타겟 컨트랙트를 호출한다.

3.2 비전: OP-Stack과 슈퍼체인

옵티미즘 슈퍼체인은 확장성 및 거래 수수료와 같이 블록체인 네트워크가 직면한 가장 중요한 과제를 생태계를 분열시키지 않으면서 해결하는 것을 목표로 하는 OP-Stack을 사용하여 구축될 예정인 통합 체인 네트워크이다. 슈퍼체인은 옵티미즘과 베이스 뿐만 아니라 OP-Stack 기반의 체인들이 점점 더 하나의 체인처럼 느껴지는 통합된 사용자 경험을 도입하는 것을 목표로 한다.

4. zkSync Era

zkSync Era는 이더리움을 효율적으로 확장하기 위해 ZK 기술을 활용하는 레이어 2 프로토콜이다. Matterlabs에서 개발한 이 프로토콜은 zkEVM 롤업 솔루션으로, zk 친화적인 커스텀 가상 머신 내에서 EVM 호환성을 제공한다.

zkSync Lite의 업그레이드 버전인 zkSync Era는 동일한 이더리움 기능을 제공함과 동시에 더 빠르고 비용 효율적인 트랜잭션을 제공한다. 표준 웹3 API를 지원하고 스마트 컨트랙트 구성 가능성과 같은 중요한 EVM 기능을 유지하면서 네이티브 계정 추상화와 같은 새로운 개념도 도입했다.

4.1 L1(이더리움)과의 상호운용성

4.1.1 L2 → L1

1. L2 -> L1 통신에서는 L1 -> L2 통신과 달리 L1에서 트랜잭션 실행 없이 정보가 전송된다.

2. L2 측에서는 특수한 zkEVM 연산코드를 통해 L2 블록에 l2ToL1Log를 저장한다.

3. L2 블록을 L1으로 전송할 때, 검증자는 모든 l2ToL1Log를 전송한다(ExecutorFacet 참조). 나중에 사용자는 L1에서 자신의 l2ToL1로그를 읽고 자신이 전송했음을 증명할 수 있다.

4. L1 측에서는 각 L2 블록에 대해 머클 루트가 계산되고 해당 로그가 리프에 있다. 따라서 사용자는 각 l2ToL1Log에 대해 머클 증명을 제공할 수 있다.

5. L1의 컨트랙트는 전송된 모든 메시지를 수락하며, 메시지가 이 시스템 컨트랙트에서 온 경우 값의 사전 이미지를 제공하도록 요구한다.

4.1.2 L1 → L2

1. 사용자는 L1 컨트랙트에서 함수를 호출하여 트랜잭션 데이터를 L1의 대기열에 저장할 수 있다.

2. 검증자는 L2에서 데이터를 처리하고 L1 우선순위 대기열에 처리된 것으로 표시한다. (이 방법은 현재 L1에서 L2로 정보를 전송하거나 다중 레이어 프로토콜을 구현하는 데 사용된다.)

3. 실행된 모든 L1 -> L2 트랜잭션에 대해 시스템 프로그램은 L2 -> L1 로그를 전송한다는 점에 유의해야 한다.

4. 사용자는 proveL1ToL2TransactionStatus를 사용하여 실행 상태를 확인할 수 있다.

4.2 비전: ZK-Stack과 하이퍼체인

ZK 스택은 Sovereignty와 원활한 연결성을 제공하는 ZK 기반 L2 및 L3 (hyperchain) 을 생성하기 위한 프레임워크이다.

매터 랩스는 개발자에게 영지식 증명 기술이 제공하는 확장성과 허용적인 오픈소스 라이선스를 제공하기 위해 ZK 스택을 개발하고 있다. ZK 스택의 개발자는 체인의 모든 측면을 커스터마이징할 수 있는 모든 권한을 갖는다.

zkSync 시대의 하이퍼체인 비전은 상호운용성과 구성 가능성을 우선시하는 확장 가능한 통합 유동성 네트워크를 만드는 것을 목표로 한다. 신뢰할 수 있고 완전한 상호운용성을 유지하려면 각 하이퍼체인은 ZK 스택에서 사용할 수 있는 동일한 zkEVM 엔진에 의해 구동되어야 한다.

하이퍼브리지 자체는 다른 체인에서 발생하는 트랜잭션의 머클 증명을 검증하는 일련의 스마트 컨트랙트로 구성될 것이다. 원본 자산은 L1의 공유 브리지 컨트랙트에 잠기게 되며, 이는 생태계 전반에 걸쳐 유동성이 통합된다는 것을 의미한다. 하이퍼브리지는 원자적이지 않고 비동기적이라는 점에서 L2→L1 브리지와 기술적으로 유사할 것이다.

5. 최종 의견

5.1 한계

롤업 프레임워크 내 상호운용성은 아직 충분히 검토되지 않았기 때문에 논의하기에는 너무 이르다. 전반적인 증명 시스템을 개선하는 것이 시급하기 때문에 현재로서는 우선순위가 높지 않다. 현재 롤업 프레임워크의 한계는 다음과 같다:

• 단일 주체에 의해 운영된다: 모든 롤업은 단일 시퀀서 및 증명자에 의해 운영되지만, Polygon zkEVM은 보다 탈중앙화된 기능을 갖추고 있다. 이는 또한 체인 간의 상호운용성이 단일 주체에 의해 수행된다는 것을 의미한다.

• 동일한 프레임워크 내에서 특별한 상호운용성 솔루션이 없다: 예를 들어, 베이스와 OP-메인넷은 동일한 프레임워크로 운영되지만 현재 OP-메인넷에서 베이스로, 또는 OP-메인넷에서 아비트럼 원으로 상호운용성에서 우위를 점하지 못하고 있다. 이는 zkSync Era와 Polygon zkEVM도 비슷하다. 그러나 컨트랙트 구조가 이러한 기술 스택 간에 공유되기 때문에 프레임워크가 더 성숙해지면 서로 통합하는 것이 더 원활해질 것이다.

5.2 미래: 공유 리소스

원활한 상호운용성을 달성하기 위해서는 공유 리소스가 추구해야 할 방향인 것 같다. 이 모든 프레임워크가 존재한다면 상호운용성을 정복할 수 있는 HTTP와 같은 단일 표준은 존재할 수 없다. 공유 리소스가 이 생태계를 더욱 발전시킬 것이라고 생각한다.

• 공유 시퀀서/프루버:

  • 공유 시퀀서나 프루버를 활용하면 상호운용성이 원자적으로 향상될 수 있다. 즉, 소스 체인의 단일 트랜잭션이 목적지 체인에서 트랜잭션의 실행을 보장한다. 이는 탈중앙화된 의미에서 상호운용성을 더욱 원활하고 안전하게 만들 수 있다.

• 공유된 표준:

  • 동일한 프레임워크가 각 네트워크에서 거의 동일한 브리지 컨트랙트를 공유한다. 이를 통해 동일한 프레임워크에 구축된 체인 간의 통합이 더 쉬워질 수 있다. 또한 서로 다른 프레임워크로 구축된 다른 롤업 체인이 상호 운용될 수 있도록 공유 프록시 콘트랙트나 공유 토큰 표준을 사용할 수도 있다.

• 다른 솔루션:

  • 롤업 프레임워크 내의 상호운용성 솔루션은 안전에 초점을 맞추고 있으며 앞으로도 그럴 것이다. 이는 느릴 수 있지만 또한 엄격할 수 있음을 의미한다. Polymer, LayerZero, Axler, Hyperlane 등과 같은 타사 솔루션은 더 많은 기능과 유연성을 제공하는 동시에 빠른 실행을 제공할 수 있다.

5.3 마치며

결론적으로, 이더리움 롤업 프레임워크 내 상호운용성은 지속적인 개발과 탐구의 영역이다. 현재 롤업 프레임워크에는 단일 주체에 의해 운영되고 동일한 프레임워크 내에서 특별한 상호운용성 솔루션이 없다는 점과 같은 몇 가지 한계가 있지만, 공유 리소스 및 타사 솔루션과 같은 잠재적인 솔루션도 있다. 프레임워크가 계속 성숙해짐에 따라 탈중앙화된 의미에서 상호운용성이 더욱 원활하고 안전해져 롤업 체인의 생태계가 더욱 번성할 수 있을 것이다.

이 글의 비주얼을 제공해주신 Kate에게 감사의 말씀을 전합니다.