ZK-ROLLUP 및 유효성 증명 모델 설명

영지식 롤업(zk-rollup)은 블록체인 네트워크, 특히 이더리움에서 사용되는 레이어 2 확장 솔루션의 한 유형으로, 높은 수준의 보안을 유지하면서 거래 처리량을 크게 높이도록 설계되었습니다. 이 솔루션은 수백 또는 수천 건의 거래를 하나의 거래로 묶거나 "롤업"하여 오프체인에서 실행합니다. 메인 블록체인(레이어 1이라고도 함)에서 이러한 거래를 완료한 후, 유효성 증명이라고 하는 단일 간결한 암호화 증명이 온체인에 제출되어 모든 일괄 처리된 거래가 올바르게 실행되었는지 검증합니다.

zk-rollup의 핵심 아이디어는 영지식 증명(특히 zk-SNARK 또는 zk-STARK)을 활용하여 각 거래의 전체 내용을 공개하지 않고도 거래 데이터의 정확성과 유효성을 보장하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 메인 블록체인의 연산 및 저장 부담을 줄이는 동시에 트랜잭션을 더욱 효율적으로 처리할 수 있습니다.

zk-rollup에는 다음과 같은 몇 가지 주요 특징이 있습니다.

• 데이터 가용성: 트랜잭션 데이터는 일반적으로 온체인에 저장되므로 모든 관찰자가 데이터 및 검증 로직을 사용하여 상태를 재구성할 수 있습니다.
• 보안: 유효성 증명은 레이어 1 블록체인에서 검증되므로 보안 모델은 기본 레이어에서 상속됩니다.
• 처리량: 여러 트랜잭션에 대해 단일 증명만 제출함으로써 zk-rollup은 레이어 1 실행에 비해 처리량을 크게 높일 수 있습니다.

zkSync, StarkNet, Scroll과 같은 프로젝트는 이더리움에서 zk-rollup 솔루션을 구현한 개발자의 예입니다. 이러한 플랫폼은 거래 수수료를 최소화하고, 확인 시간을 단축하며, 기반 기술의 신뢰 불필요성과 탈중앙화 특성을 유지하면서 블록체인의 효과적인 확장을 지원하는 것을 목표로 합니다.

본질적으로 zk-rollup은 이더리움을 비롯한 유사 블록체인이 오랫동안 직면해 온 확장성 및 비용 문제를 해결할 수 있는 혁신입니다. 연산을 오프라인으로 이동하고 정확성을 온체인에서 증명함으로써, 탈중앙화 시스템이 달성할 수 있는 한계를 넓혀줍니다.

zk-rollup이 확장성을 확보하는 동시에 보안을 유지할 수 있도록 하는 기본 구성 요소는 유효성 증명 모델입니다. 유효성 증명은 수학적으로 검증 가능한 간결한 암호화 표현으로, 오프체인에서 실행된 일련의 거래가 해당 거래의 내부 세부 정보를 공개하지 않고도 올바른 규칙과 논리를 준수함을 증명합니다. 이 모델은 낙관적 롤업에서 사용하는 기존의 사기 방지 접근 방식과 대조됩니다. 낙관적 롤업에서는 오프체인 거래가 달리 증명되지 않는 한 유효하다고 가정합니다.

유효성 증명 모델에서 각 zk-rollup 배치에는 특수 오프체인 증명자가 생성한 증명이 포함됩니다. 이 증명은 레이어 1 블록체인에 배포된 검증자 스마트 계약에 의해 검증됩니다. 유효성 증명을 성공적으로 검증하면 포함된 모든 거래가 블록체인 프로토콜 규칙에 따라 충실하게 실행되었음을 확인할 수 있습니다. 그런 다음에야 새로운 상태 루트(업데이트된 블록체인 상태의 암호화 해시)가 블록체인에 수용됩니다.

zk-rollup에 사용되는 영지식 증명에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

• zk-SNARK(영지식 간결 비대화형 지식 인수): zkSync와 같은 프로젝트에서 사용되며, 빠른 검증 시간과 작은 증명 크기를 제공하지만 일반적으로 매개변수를 초기화하기 위한 신뢰할 수 있는 설정 단계가 필요합니다.
• zk-STARK(영지식 확장 가능 투명 지식 인수): StarkWare의 StarkNet과 같은 플랫폼에서 사용되며, 투명하고 양자 저항성이 뛰어나 신뢰할 수 있는 설정은 필요하지 않지만 더 큰 증명을 생성합니다.

zk-rollup에서 유효성 증명 모델을 사용하는 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 완결성: zk-rollup에 포함되고 온체인에서 확인된 거래는 유효성 증명을 통해 제공되는 확실성 덕분에 거의 즉시 최종본으로 간주됩니다.
• 보안: 레이어 1 네트워크는 검증된 증명과 함께 제공되는 상태 전환만 허용하므로 공격 표면 위험을 상당히 줄입니다.
• 효율성: 압축된 증명을 검증하는 데는 각 거래를 온체인에서 개별적으로 검증하는 것보다 훨씬 적은 리소스가 필요합니다.

또한, 경제적 인센티브에 의존하여 사기를 탐지하는 설계와 달리, 유효성 증명 모델은 잘못된 배치는 유효한 증명을 생성할 수 없기 때문에 실행조차 불가능하게 합니다. 이러한 특징으로 인해 zk-rollup은 특히 강력하며, 소액 결제, DeFi 프로토콜, NFT 거래 플랫폼과 같이 빠르고 안전하며 저렴한 거래가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

궁극적으로, 유효성 증명은 zk-rollup이 탈중앙화나 보안을 저해하지 않으면서 블록체인을 효율적으로 확장할 수 있도록 해주며, 확장 가능한 탈중앙화 시스템의 발전에 있어 중요한 진전을 보여줍니다.

zk-Rollups는 블록체인 생태계 내 사용자와 개발자 모두에게 다양한 이점을 제공합니다. 그중에서도 가장 중요한 것은 성능 향상, 비용 절감, 그리고 더욱 강화된 보안 보장입니다. 그러나 모든 신기술과 마찬가지로 zk-rollup에도 신중한 고려가 필요한 여러 과제가 있습니다.

zk-rollup의 장점

• 높은 처리량: zk-rollup은 여러 트랜잭션을 단일 증명으로 통합하여 초당 수천 건의 트랜잭션을 처리할 수 있으며, 이는 대부분의 베이스 레이어 블록체인의 한계를 훨씬 뛰어넘습니다.
• 낮은 거래 수수료: 증명을 통해 모든 오프체인 활동을 작은 온체인 트랜잭션으로 압축하여 트랜잭션당 비용을 크게 낮출 수 있습니다.
• 보안 상속: zk-rollup은 베이스 레이어(예: 이더리움)에서 보안을 확보하므로 레이어 1 체인의 강력하고 분산된 합의 알고리즘의 이점을 누릴 수 있습니다.
• 빠른 확정성: 최대 분쟁 기간이 발생할 수 있는 낙관적 롤업과 달리 주당, zk-rollup은 유효성 증명을 통해 거래 정확성을 확실하게 판단하므로 거의 즉각적인 결제 시간을 제공합니다.
• 데이터 효율성: 블록체인에 업로드되는 데이터 세트의 양이 줄어들어 불필요한 데이터 낭비가 줄어들고 전체 네트워크의 효율성이 향상됩니다.

과제 및 한계

• 증명자 복잡성: 유효성 증명 생성은 연산량이 많아 특수 하드웨어가 필요할 수 있으며, 이는 소규모 개발자의 접근성을 제한할 수 있습니다.
• 개발 복잡성: zk 친화적인 애플리케이션을 작성하려면 zk 회로 및 Cairo(StarkNet에서 사용) 또는 Zinc(zkSync에서 사용)와 같은 관련 언어에 대한 깊은 이해가 필요한 경우가 많습니다.
• 스마트 계약 한계: 현재 zk-rollup 환경은 EVM 호환 기능의 모든 범위를 지원하지 않을 수 있으며, 이는 특정 분산형 시스템의 도입을 제한할 수 있습니다. 애플리케이션.
• 신뢰할 수 있는 설정 문제: 일부 zk-SNARK 기반 솔루션은 신뢰할 수 있는 설정을 필요로 하며, 이 설정이 손상될 경우 시스템 무결성에 영향을 미칠 수 있습니다. zk-STARK는 이러한 문제를 완화하지만, 증명 크기가 커지고 증명 시간이 길어지는 단점이 있습니다.
• 사용자 경험: 백엔드 암호화는 원활하게 작동하지만, 릴레이어와 브리징 메커니즘의 필요성은 기술 환경에 익숙하지 않은 최종 사용자에게 복잡성을 유발할 수 있습니다.

이러한 어려움에도 불구하고 zk-rollup 분야는 빠르게 성장하고 있습니다. 하드웨어 가속, 증명 시스템 최적화, 그리고 향상된 개발자 도구의 발전으로 zk-rollup의 접근성과 실용성이 더욱 향상되고 있습니다. 또한, 이더리움의 확장성 로드맵에는 이더리움 2.0의 데이터 샤딩과 같은 프로젝트를 통해 롤업에 대한 지원을 확대하는 것이 포함되어 있으며, 이는 롤업의 효율성과 도입을 더욱 향상시킬 것입니다.

업계가 지속적으로 발전함에 따라, zk-rollup은 확장 가능하고 안전하며 저비용 블록체인 인프라의 초석 역할을 할 것으로 기대됩니다. 특히 DeFi, 게임, Web3 ID 시스템 분야에서 더욱 그렇습니다. 효율성과 보안성 간의 균형을 이루는 zk-rollup은 블록체인 확장성 분야에서 가장 유망한 혁신 중 하나로 자리매김했습니다.