ZK Sync: 이더리움 대중화의 핵심 고리
편집자 주: 이 기사의 출처는이더리움 애호가(ID: ethfans)이더리움 애호가(ID: ethfans)
요약
, 저자: Alex Gluchowski, 번역자 및 교정자: Min Min & A Jian, 승인을 받아 Odaily에서 복제.
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요약
퍼블릭 체인의 확장성 문제를 성공적으로 해결하려면 트랜잭션 처리량을 개선하는 것만이 아닙니다. 소위 확장성은 시스템이 탈중앙화 비용 없이 수백만 사용자의 요구를 충족할 수 있어야 함을 의미합니다. 암호화폐의 대규모 대중화를 위한 전제 조건은 빠른 속도, 저렴한 비용, 원활한 사용자 경험 및 개인 정보 보호입니다.
기술적 혁신이 없을 경우 기존 확장성 솔루션은 하나 이상의 조건에서 상당한 절충안을 만들어야 합니다. 다행스럽게도 최근 영지식 증명 기술의 발전으로 훨씬 더 많은 새로운 솔루션이 제공되었습니다.
오늘 Matter Labs 팀은 뛰어난 사용자 및 개발자 경험을 제공하도록 설계된 ZK Rollup 기반의 무신뢰 확장성 및 개인 정보 보호 솔루션인 ZK Sync의 비전을 발표하게 되어 기쁩니다. 또한 ZK Sync의 개발자 테스트넷이 활성화되었음을 발표하게 된 것을 자랑스럽게 생각합니다.
ZK Sync는 Ethereum의 처리량을 VISA와 같은 초당 수천 건의 거래로 늘리는 동시에 자금이 기본 계정에 저장된 만큼 안전하고 높은 수준의 검열 저항을 유지하는 것을 목표로 합니다. 프로토콜의 또 다른 중요한 측면은 매우 낮은 대기 시간입니다. ZK Sync의 트랜잭션은 즉각적인 경제적 최종성을 갖습니다.
우리는 Lean Design의 개념에 동의하며 각 단계가 사용자에게 가장 실용적인 가치를 제공할 수 있도록 각 기능을 하나씩 순서대로 도입하여 단계별 방식으로 프로토콜을 발전시키는 것을 지원합니다. 그래서 기본(보안)부터 시작하여 기본 확장성(토큰 전송), 프로그래밍 가능성(스마트 계약), 마지막으로 프라이버시에 중점을 둡니다.
ZK Sync 기능 요약:
L1의 보안과 엄격히 동일
1초 미만의 트랜잭션 확인 속도
검열 방지, DoS 공격 방지
개인 정보 보호 스마트 계약
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블록체인 확장의 가장 큰 과제
인터넷 통화, DeFi, 웹 3.0과 같은 블록체인 개념의 가치 제안은 진정으로 대중화되기 전에는 크게 실현될 수 없습니다.
확장성은 트랜잭션 처리량뿐만 아니라 블록체인 시스템이 수백만 사용자의 요구를 충족할 수 있는지 여부도 나타냅니다.
대중에게 블록체인 혁명을 가져오는 데 있어 가장 큰 세 가지 과제를 살펴보겠습니다.
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실생활에서 블록체인을 확장하기 위해 오늘날 가장 분산된 블록체인의 트랜잭션 처리량은 훨씬 더 나쁩니다. 비트코인 네트워크는 초당 7개의 트랜잭션을 처리할 수 있고 이더리움 네트워크는 초당 15개의 트랜잭션을 처리할 수 있으며 VISA는 초당 평균 2000개의 트랜잭션을 처리할 수 있습니다.
그러나 비트코인과 이더리움에서는 비효율성이 버그가 아니라 기능입니다! 유효성 검사기 수를 줄이는 것만으로도 트랜잭션 처리 속도를 쉽게 높일 수 있습니다. 두 개의 상위 블록체인 네트워크로서 비트코인과 이더리움의 많은 수의 풀 노드가 가장 중요한 자산입니다. 따라서 이것은 블록체인에 탄력성을 부여하여 기존 금융 기관과 근본적으로 차별화합니다.
널리 사용되는 또 다른 확장 솔루션은 각 검증자가 모든 트래픽이 아닌 관련 블록체인 트래픽의 일부만 검증하도록 요구하는 것입니다. 그러나 이것은 필연적으로 추가적인 신뢰 가정을 도입할 것이며 시스템이 기반이 되는 게임 이론 기반은 극도로 취약해질 것입니다.
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과제 2: 개인 정보 보호 달성
대부분의 사람들은 많은 양의 부를 전면적으로 양도하는 것을 원하지 않습니다. 예를 들어 베네수엘라와 같은 불안정한 지역의 주민들은 그들이 얼마나 많은 돈을 가지고 있는지 즉시 공개된다면 암호화폐로 지불할 의사가 없을 것입니다. 성인 콘텐츠(예: 음란물)를 생산하거나 소비하는 사람들은 결제 시 신원이 노출될 수 있다면 PayPal을 대신하여 암호화폐를 사용할 수 없습니다.
또한 온체인 기밀성이 없으면 일반 데이터 보호 규정(GDPR) 및 2018년 캘리포니아 소비자 개인정보 보호법(CCPA)과 같은 개인정보 보호 규정으로 인해 일반 비즈니스가 퍼블릭 체인에서 보다 중앙 집중화된 방식으로 전환될 수 있습니다. 현금 없는 사회를 감시의 악몽으로
프라이버시는 블록체인 대중화를 위한 필수 요소입니다.
프라이버시는 프로토콜의 기본 구성이어야 합니다. Vitalik Buterin의 말을 인용하자면, "프라이버시 모델의 익명성 세트가 적당한 크기라면 실제로는 매우 작습니다. 프라이버시 모델의 익명성 세트가 작으면 거의 아무것도 아닙니다. 글로벌 익명성 세트만이 진정으로 강력합니다. 신뢰할 수 있습니다."
은밀한 거래가 기본 선택이 되려면 은밀한 거래에 대한 거래 수수료가 매우 낮아야 하지만 기술적으로 은밀한 거래는 필연적으로 높은 계산 비용을 초래합니다.
개인 정보 보호 모델은 프로그래밍이 가능해야 합니다. 실제 사용 사례는 송금에만 국한되지 않고 계정 복구, 다중 서명, 지출 한도 등도 필요합니다.
과제 3: 원하는 사용자 경험 달성
현실은 냉혹합니다. 제품 관리자는 사용자가 즉각적인 만족을 가져다주는 가볍고 가벼운 경험을 선호하지만 장기적 위험은 무시한다는 사실을 알고 있습니다. 사용자가 익숙한 것에서 새로운 것으로 전환하도록 유도하려면 많은 힘이 필요합니다. 누군가에게는 암호화폐의 가치 제안(급진적 자기 주권, 검열 저항, 건전한 화폐)이 충분히 매력적입니다. 그러나이 사람들은 시장에 진입했을 가능성이 높습니다. cryptocurrencies가 원래 약속을 지키려면 사용자 기반이 수십억은 아니더라도 수백만이되어야합니다.
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ZK Sync Promise: 무신뢰, 기밀, 고속
이 문서에서는 제안된 프로토콜의 아키텍처, 설계 원칙 및 바람직한 속성에 대해 설명합니다. 물론 기술을 설명하기 위해서는 설명 과정이 필수불가결하다.
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1. 보안: ZK 롤업 기반
ZK Sync는 ZK Rollup의 개념을 기반으로 구축되었습니다.
즉, ZK Rollup은 모든 자금이 메인 체인의 스마트 계약에 저장되고 계산 및 저장이 오프체인에서 수행되는 2계층 확장 솔루션입니다. 새로운 롤업 블록이 생성될 때마다 상태 전환의 영지식 증명(SNARK)이 생성되어 검증을 위해 메인 체인의 계약에 제출됩니다. 이 SNARK에는 롤업 블록에 있는 모든 트랜잭션의 유효성 증명이 포함되어 있습니다. 또한 각 블록의 공개 데이터 업데이트는 저렴한 콜데이터로 메인 체인에 게시됩니다.
이 아키텍처는 다음을 보장합니다.
롤업 유효성 검사기는 상태를 손상시키거나 자금을 훔칠 수 없습니다(사이드체인과 달리).
유효성 검사기가 비협조적일지라도 롤업은 플라즈마와 달리 데이터 가용성이 있기 때문에 사용자는 롤업에서 자금을 회수할 수 있습니다.
유효성 증명 덕분에 사용자나 신뢰할 수 있는 제3자는 사기를 방지하기 위해 롤업 블록을 온라인으로 모니터링할 필요가 없습니다(결제 채널 또는 낙관적 롤업과 같은 오탐을 사용하는 시스템과 달리). 다음은 거짓 증명에 비해 타당성 증명의 압도적인 이점을 심도 있게 논의하는 수준 높은 기사입니다(편집자 주: 중국어 번역의 경우 "유효성 증명 대 거짓 증명" 기사 끝에 있는 하이퍼링크 참조).
즉, ZK Rollup은 기본 체인의 보안 보장을 엄격하게 상속합니다. 풍부한 이더리움 커뮤니티 및 기존 인프라와 결합된 이 보안 보장을 통해 자체 기본 체인을 구축하는 대신 두 번째 레이어 솔루션에 집중하기로 결정했습니다.
이 개념을 더 잘 이해하려면 ZCon1 및 Dappcon의 프레젠테이션, zeroknowledge.fm의 Matter Labs에 대한 팟캐스트 및 이전 기술 설명 게시물을 참조하십시오. 호기심 많은 독자는 ZK 롤업과 낙관적 롤업의 차이점을 이해하기 위해 이 기사(편집자 팀: 하이퍼링크에 대한 기사 끝에 있는 "낙관적 vs ZK 롤업, 확인" 참조)를 읽을 수도 있습니다.
Matter Labs는 Ethereum Foundation의 자금 지원을 받아 지난 1년 동안 ZK Rollup 기술을 연구해 왔습니다. 첫 번째 프로토타입 출시 이후 아키텍처와 ZK 회로를 완전히 다시 작성했습니다. 최신 릴리스는 커뮤니티에서 받은 피드백을 통합하고 다양한 사용성 및 성능 개선 사항을 구현합니다.
완전한 신뢰 없음
기본 체인(Ethereum)과 동일한 보안 보장
첫 번째 확인 후 이더리움이 보증하는 확실성
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2. 사용성: 실시간 거래
ZK 증명 기술의 최신 개발로 증명 시간이 단축되어 ZK 롤업 블록 생성 시간이 1분 미만으로 단축될 것으로 기대합니다. 블록 증명이 메인 체인에 제출되고 롤업 스마트 계약에서 확인되면 이 블록의 모든 트랜잭션은 체인 재구성에 저항하는 Layer-1의 기능에 의해 마무리되고 보호됩니다.
그러나 이더리움에서 단 15초의 블록 지연은 소매 및 온라인 결제에 긴 시간입니다. 어떻게 하면 더 잘할 수 있을까요?
해결책은 ZK Sync에서 즉시 거래 영수증(instant tx receipts)을 도입하는 것입니다.
ZK Sync 블록 생성에 참여하기로 선택한 유효성 검사기는 메인넷의 ZK Sync 스마트 계약에 상당한 보증금을 제출해야 합니다. 유효성 검사기가 도달한 합의는 사용자에게 트랜잭션이 다음 ZK Sync 블록에 포함되고 합의 참가자의 과반수(2/3)가 서명했다는 1초 미만의 확인을 제공합니다(스테이킹 가중치 적용).
새로운 ZK Sync 블록이 생성되어 메인 체인에 제출되면 철회할 수 없습니다. 그러나 블록에 커밋된 트랜잭션이 포함되지 않은 경우 원본 영수증과 새 블록에 서명한 검증인의 보증금은 몰수됩니다. 이러한 검증인이 약속한 보증금은 총 금액의 1/3을 초과해야 합니다. 즉, 벌금은 보증금의 1/3 이상을 차지하게 되며, 악의적인 검증자만 처벌받게 됩니다.
몰수된 금액의 일부는 거래 수신자에게 보상하는 데 사용되고 나머지는 소각됩니다.
삭감 메커니즘은 사용자 자신이나 원래 거래 영수증에 서명한 정직한 합의 참여자에 의해 촉발될 수 있습니다. 후자는 삭감 메커니즘을 촉발하는 고유한 인센티브를 가지고 있습니다. 다음 블록 생산 라운드에 참여하는 경우에도 처벌을 받을 수 있습니다. 따라서 컨센서스 참여자 중 한 명만 정직하면 사기를 감지할 수 있습니다.
다시 자세히 설명하겠습니다. ZK Sync에서는 제로 확인 트랜잭션 모드를 설계했습니다. 즉, 트랜잭션에는 즉각적인 트랜잭션 데이터가 수반되며 영수증은 아직 체인에 게시되지 않은 ZK Sync 블록을 가리킵니다. .
블록 증명이 메인 체인에 게시되기 전에 ZK Sync에서 제로 확인 트랜잭션을 이중 지출하는 데 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 또한 악의적인 검증자가 자신의 트랜잭션이 제로 컨펌 트랜잭션이 되었다고 믿도록 사용자를 속이려면 보안 준비금의 1/6을 몰수할 준비를 해야 합니다.
구매자와 판매자의 관점에서 제로 컨펌 트랜잭션은 다음과 같습니다.
실시간
반전의 가능성이 있지만 단 몇 분 동안만
개별적으로가 아니라 수천 명의 판매자를 동시에 공격하는 경우에만 되돌릴 수 있습니다.
신용 카드 결제와 비교하여 ZK Sync는 사용자 경험과 보안이 크게 향상되었습니다!
이제 다양한 플레이어의 관점에서 살펴보겠습니다.
실제 상품을 판매하는 온라인 상점은 사용자에게 주문을 즉시 확인하지만 판매자가 배송 전에 전체 확인을 기다리기 때문에 공격에 면역입니다.
오프라인 매장은 거래량이 적을 때 공격이 거의 불가능합니다. 즉시 영수증과 함께 Macbook을 판매하더라도 공격을 시작하려면 서로 다른 위치에 있는 수천 명의 공격자가 필요하며 성공하려면 대부분의 유효성 검사기의 결탁에 의존해야 합니다.
조금 더 깊이 들어가 봅시다. 위험을 정량화하기 위해 마진이 제공하는 경제적 보장과 PoW 블록체인이 제공하는 결제 보장을 비교할 수 있습니다(여기에서 Nic Carter가 작성한 기사 참조). 예를 들어, Coinbase가 이더리움 자금 입금을 수락하기 전에 35번의 거래 확인이 필요합니다. 아마존 클라우드 서비스를 통해 GPU를 임대해 51% 공격을 가하면 거래 철회까지 10분이 걸리고 비용은 약 6만 달러다. 수백만 달러의 보증금을 가정할 경우 즉시 ZK Sync 영수증을 인출하는 비용은 훨씬 더 높을 것입니다. 따라서 이러한 즉시수령의 경제적 확실성은 이더리움 못지않다.
요약: 실시간 거래
1초 미만의 거래 확인의 경제적 확실성은 이더리움과 비슷합니다.
이더리움에서 몇 분 만에 승인
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3. 반응성: 검열 방지 및 DoS 공격 방지
스케일링 체계의 필수 속성은 대부분의 사용자가 모든 트랜잭션의 검증에 참여할 수 없다는 것입니다. 따라서 모든 레이어 2 스케일링 솔루션에는 전용 역할(플라즈마 및 롤업의 검증자, 라이트닝 허브 등)이 필요합니다. 이러한 유형의 역할은 보안 및 성능에 대한 요구 사항이 높기 때문에 중앙 집중화 및 검열의 위험이 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 ZK Sync는 디자인에 검증자와 보호자라는 두 가지 역할을 도입했습니다.
유효성 검사기
유효성 검사기는 트랜잭션을 블록으로 패키징하고 해당 블록에 대한 영지식 증명을 생성할 책임이 있습니다. 그들은 합의 메커니즘에 참여하므로 즉각적인 거래 영수증을 생성하기 위해 보증금을 게시해야 합니다. 유효성 검사기 노드는 네트워크 대역폭이 좋은 안전한 환경에서 작동해야 합니다. 또는 원하는 경우 안전하지 않은 클라우드 플랫폼에서 영지식 증명을 생성할 수 있습니다.
유효성 검사기는 거래 수수료로 보상을 받고 거래되는 토큰으로 지불됩니다(최종 사용자에게 최대의 편의 제공).
ZK Sync 합의에 빠르게 도달하기 위해 검증자의 수는 제한됩니다(저희 분석에 따르면 30에서 100 사이가 더 적절합니다). 그러나 ZK Rollup 유효성 검사기는 완전히 신뢰할 수 없다는 점을 잊지 마십시오. ZK Sync에서 악의적인 검증자는 시스템의 보안을 파괴할 수 없으며 정직한 검증자를 속여 슬래싱 메커니즘을 트리거할 수 없습니다. 따라서 낙관적 롤업과 달리 시스템의 가디언(Guardian)이 소수의 검증자를 자주 교체할 수 있습니다. 동시에 지명된 검증인의 2/3가 정직하고 운영되는 한 활동성이 보장됩니다.
보호자
토큰 지분을 스테이킹하여 검증자를 지명하는 ZK Sync 토큰 보유자의 대다수가 가디언이 됩니다. 가디언의 목적은 P2P 트랜잭션 트래픽을 모니터링하고 검열을 감지하며 검열 검증자가 지명되지 않도록 하는 것입니다. 담보가 삭제되지 않도록 보호하기 위해 보호자는 ZK Sync가 DoS 방지 및 검열이 없는지 확인해야 합니다.
투표 키는 일반적으로 온라인 상태로 유지되지만 ZK Sync(소유권 키는 차갑게 저장됨)의 보호자에게 삭감 또는 도난의 위험이 없습니다. 그런 다음 보호자는 트래픽의 작은 부분만 모니터링하도록 선택할 수 있습니다. 따라서 가디언 노드는 일반 노트북이나 클라우드 서버에서 실행할 수 있습니다. 즉, 전용 검증 서비스를 제공할 필요가 없습니다.
가디언은 ZK Sync 기본 토큰 형태의 유효성 검사기 수수료로 보상을 받습니다. 수익과 예금은 더 오랜 기간 동안 잠기므로 ZK Sync 토큰의 장기적인 평가를 촉진합니다.
두 가지 역할: 검증자와 가디언, 둘 다 거래 수수료로 인센티브를 받습니다.
유효성 검사기는 합의 메커니즘을 실행하고 증명을 생성합니다.
상용 하드웨어에서 실행되는 가디언에 의한 검열 방지
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4.1 RedShift: 투명한 범용 SNARK
영지식 증명(투명한 것이든 개인 정보 보호를 막론하고)에 기반한 스마트 계약을 실현하는 데 가장 큰 걸림돌은 재귀적으로 구현되는 효율적이고 일반적인 영지식 증명 시스템(재귀적 구성을 가진 효율적인 일반 ZK 증명 시스템)의 부족입니다. 구성. . Groth16은 가장 효율적인 ZK SNARK였지만 각 애플리케이션에 대해 신뢰할 수 있는 전용 초기화 세트가 필요했고 재귀적일 때 비효율적이었습니다. 반면 FRI 기반 STARK는 고도로 전문화된 구축 기술이 필요하고 임의의 일반 회로에 대한 효율적인 재귀 구성이 부족합니다.
이것은 또한 RedShift를 개발하는 주요 동기 중 하나입니다. 즉, FRI 프로토콜을 기반으로 하는 다항식 커밋 체계에서 투명하고 효율적이며 간결한 새로운 유형의 SNARK를 도출하는 것입니다. ZK Sync의 핵심 부분으로 RedShift를 배포하기 전에 현재 동료 검토 및 커뮤니티 피드백을 받고 있습니다.
Redshift는 임의의 프로그램을 증명 가능한 ZK 회로로 변환할 수 있는 범용 SNARK입니다. 이기종 회로(예: 서로 다른 스마트 계약)는 재귀 방식으로 SNARK에서 구성될 수 있습니다. RedShift는 충돌 방지 해시 함수에만 의존하므로 포스트 퀀텀 보안으로 간주될 수 있습니다.
투명: 신뢰할 수 있는 설정이 필요하지 않음
포스트 퀀텀 보안으로 간주될 수 있음: 입증된 암호화 기반
Universal: 일반 프로그램에 적합(STARK와 반대임)
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4.2 아연: 영지식 스마트 계약 프레임워크
ZK Sync의 프로그래밍 가능 모델 설계에서 우리는 다음 목표를 달성하기 위해 노력합니다.
높은 확장성
공개 스마트 계약 및 개인 스마트 계약 지원
가장 중요한 점: 평평한 학습 곡선과 쉬운 개발 프로세스
많은 우수한 프로젝트가 이러한 목표 중 몇 가지를 달성했지만 지금까지 위의 목표를 모두 달성할 수 있는 프로젝트는 없습니다. 예를 들어 ZkVM은 범용 스마트 계약을 위한 가상 머신을 제공하지만 방탄 기반이며 간결한 증거 집계를 지원하지 않습니다. ZEXE는 뛰어난 개인 정보 보호 설계를 갖추고 있지만 영지식 증명 회로의 구체적인 세부 사항과 장단점에 대한 깊은 이해가 필요하므로 프로그래머의 문턱이 매우 높습니다. 다른 단순한 영지식 증명 프로그래밍 프레임워크에는 안전한 스마트 계약 개발에 필요한 표현력과 기능이 부족합니다.
따라서 영지식 증명 기반 스마트 계약을 위해 설계된 안전하고 간단하며 효율적인 프로그래밍 프레임워크이자 가상 머신 기반 런타임 환경인 Zinc를 만들기로 결정했습니다.
SyncVM의 설계 우선 순위는 주로 보안 및 개발자 친화성입니다. 계약을 정의하기 위한 프로그래밍 언어는 단순화된 Rust 구문을 엄격히 따르며 Solidity 및 Libra의 Move에서 스마트 계약 프로그래밍 요소를 차용합니다. 개발자는 효율적이고 안전한 프로그램을 작성하기 위해 영지식 증명 분야의 기술적 세부 사항을 깊이 이해할 필요가 없습니다. 실제로 Rust, Solidity 및 C++와 같은 프로그래밍 언어에 대한 배경 지식이 있는 개발자라면 누구나 하루 만에 Zinc를 이해할 수 있습니다.
Bellman 프레임워크용 Rust로 프로그램의 일부를 작성하는 것과(ZEXE는 유사한 API를 사용함) Zinc용으로 동일한 프로그램을 작성하는 것의 비교는 다음과 같습니다.
Zinc 버전 0.1은 2020년 1월에 출시됩니다.
안전하고 표현력이 풍부한 프로그래밍 프레임워크
영지식 증명을 위임된 방식으로 생성하는 샌드박스 가상 머신
첫 번째 레벨 제목
개발자 네트워크의 ZK Sync 0.1 버전이 온라인 상태입니다. 이 버전은 단일 운영자 환경에서 ETH 및 ERC20 토큰 전송으로 제한됩니다.
ZK Sync의 SDK 확인
Github에서 코드 찾아보기
체험 데모
버전 0.1의 개발자 네트워크를 시작하는 것은 ZK Sync의 비전을 실현하기 위한 첫 번째 단계입니다. 앞으로도 많은 연구, 실험 및 개발 작업이 필요합니다. 피드백을 배우고 통합함에 따라 디자인의 일부가 변경될 수 있습니다. 그러나 우리는 ZK Sync가 수백만 명의 사용자를 암호화폐의 세계로 안내할 것이며 이 비전은 변하지 않을 것임을 보장합니다. 우리는 사용자 경험에 대한 기준을 높게 설정하고 영지식 증명 기술이 블록체인 가치를 희생하지 않고 웹과 같은 경험을 제공할 수 있음을 입증할 것입니다.
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