zkEVM에 대한 4D 상세 설명: 이더리움 확장성의 미래
저자: 크리스틴 김
소개
소개
영지식 이더리움 가상 머신인 zkEVM은 장단기적으로 이더리움의 확장성을 향상시킬 수 있는 많은 기대를 받고 잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는 기술입니다. 올해의 세 가지 주요 이더리움 스케일링 프로젝트인 zkSync, Polygon 및 Scroll은 각각 zkEVM 구현에 대한 상당한 진전을 발표했으며, 그 중 다수는 올해 초 알파 단계를 시작했으며 현재 L2 블록체인으로 독립적으로 실행되고 있습니다. 시간이 지남에 따라 zkEVM이 이더리움의 베이스 레이어에서 직접 실행될 가능성이 있습니다.
zkEVM은 EVM(Ethereum Virtual Machine)과 동일한 고급 프로그래밍 언어 또는 저급 바이트 코드를 실행할 수 있는 가상 머신으로, 영지식 증명 ZKP를 사용하여 이 코드를 증명하고 데이터 자체를 검증하는 암호 증명을 사용합니다. 속성이나 콘텐츠와 같은 에 대한 정보를 공개하지 않습니다. 1982년에 컴퓨터 과학자 Goldwasser, Micali 및 Rackoff(Silvio Micali는 알고랜드 블록체인의 창시자)가 처음으로 ZKP 개념을 도입했습니다. ZKP는 종종 암호화의 또 다른 분기인 동형 암호화와 혼동됩니다. 암호화된 데이터를 해독하지 않고도 연산을 수행할 수 있는 동형암호는 1978년 Rivest, Adleman, Dertouzos가 처음 제안했으며 클라우드 컴퓨팅 및 스토리지의 핵심 기술 중 하나가 되었습니다. 거래 금액을 난독화하는 데 사용하는 프라이버시 코인 Grin과 같은 일부 공개 블록체인 프로토콜에서도 동형 암호화가 사용된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
지난 40년 동안 컴퓨터 과학자들은 ZKP를 안전하고 효율적으로 생성하기 위해 다양한 알고리즘을 발명했으며, 그 중 다수는 STARK(Scalable Transparent Arguments of Knowledge) 또는 SNARK(Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge)라는 두 가지 범주로 나뉩니다. 이러한 알고리즘은 핵 군축(핵무기를 제거하고 줄이는 행위), 신원 시스템, 그리고 최근에는 확장 가능한 퍼블릭 블록체인 및 암호화폐를 포함한 광범위한 사용 사례를 위해 개발되었습니다. 특히 이더리움에서 많은 개발자들은 ZKP가 다른 암호화 체계에 비해 단순하고 확인하기 쉽기 때문에 확장을 위한 "성배"라고 생각합니다. 구축하거나 크랙하기는 어렵지만 검증하기 쉬운 것은 암호화 프로토콜 개발자의 공통 목표이므로 광범위하고 효과적으로 사용될 수 있습니다.
영지식 시스템은 임의의 복잡성 코드를 증명하기 위해 일반화하고 적용하기가 어려우며, 이더리움 블록체인에서 모든 유형의 거래 활동을 기본적으로 지원하고 증명하기 위해 ZKP를 구축하는 것은 지난 몇 년 동안 개발자들이 계획한 지속적인 연구 노력이었습니다. 2021년 11월이 되어서야 Starkware는 Starkware 팀이 만든 맞춤형 프로그래밍 언어인 Cairo를 통해 구현된 이더리움 기반 트랜잭션을 증명하기 위한 최초의 범용 ZK 시스템을 출시했습니다. 그러나 2022년 7월 zkSync, Polygon 및 Scroll을 포함한 세 가지 이더리움 기반 L2 프로토콜은 zkEVM의 형태로 ZKP를 사용하여 이더리움 확장의 돌파구를 발표했습니다.
참고: 구어체로 zkEVM이라고 부르지만 이러한 가상 머신은 ZKP의 개인 정보 보호 이점을 활용하지 않지만 ZKP의 보안 및 효율성 이점을 충분히 활용합니다. 따라서 이러한 유형의 가상 머신에 대한 더 정확한 이름은 Proof of Validity Generation EVM이지만 이 보고서에서는 더 많이 사용되는 이름인 zkEVM을 사용합니다.
이 보고서는 독자에게 zkEVM의 일반적인 개념을 익히고 이더리움 개발에서 다양한 구현을 이해하는 것을 목표로 합니다. zkEVM은 비교적 추상적인 주제이기 때문에 이 보고서는 이더리움 네트워크의 현재 상태에 대한 간략한 개요로 시작하여 블록 생산, EVM 및 Rullups와 같은 핵심 개념을 소개하여 zkEVM을 이해하는 기초를 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 zkEVM 경쟁 구도에 대한 우리의 전망을 강조할 것입니다. 전반적으로 zkEVM은 아직 이더리움 개발 및 채택의 초기 단계에 있습니다.
오늘 이더리움
zkEVM의 복잡성에 대해 알아보기 전에 먼저 거래가 이더리움 블록에 포함되는 방식을 높은 수준에서 이해하는 것이 중요합니다.
블록 생성
사용자가 이더리움에 새 트랜잭션을 제출하면 네트워크에 연결된 컴퓨터(노드라고도 함)는 트랜잭션을 mempool이라는 로컬 데이터 구조에 저장합니다. mempool은 확인되지 않은 트랜잭션 목록을 유지하는 역할을 하며 노드를 실행하고 32 ETH를 스테이크하는 검증자를 무작위로 선택하여 mempool의 트랜잭션을 블록으로 일괄 처리합니다. 이더리움 블록체인에 새 블록을 추가하기로 선택한 유효성 검사기는 때때로 "제안자"라고 합니다. MEV에서 추가 보상을 얻기 위해 일부 제안자는 블록을 구축할 때 로컬 mempool 대신 타사 블록 빌더에 의존합니다.
블록은 상위 블록(이전 블록 헤더)에 의해 순서가 지정되고 함께 연결됩니다. 각 블록은 상위 블록의 해시를 포함하고 블록을 서로 연결하여 블록체인 데이터 구조를 형성합니다. 상위 블록 해시를 통한 블록 연결은 다음 다이어그램에 나와 있습니다.
2022년 9월 15일 이전에 이더리움은 작업 증명 PoW 합의 메커니즘에 의존했습니다.채굴자는 검증자를 교체하여 블록 생산을 담당합니다.채굴자는 많은 자본을 저당할 필요가 없지만 많은 양의 전기를 소비해야 합니다. 사용자 트랜잭션을 처리합니다.
PoW 및 PoS 합의 프로토콜에서 이더리움 블록체인의 확장성 부족은 제한된 블록 공간에서 비롯됩니다. 블록 공간은 Ethereum의 Gas에 의해 제한됩니다. 실행하는 데 더 많은 컴퓨팅 작업이 필요한 트랜잭션은 일반적으로 더 높은 가스 단위로 가격이 책정되는 반면 컴퓨팅 비용이 낮은(즉, 리소스 집약도가 낮은) 트랜잭션은 가스 비용이 더 낮습니다. 가스는 이더리움 네트워크를 통해 자동으로 기본 요금이라는 동적 가스 비율을 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 Ethereum의 블록에 포함되면 EVM(Ethereum Virtual Machine)이라는 맞춤형 런타임을 통해 실행됩니다. EVM은 이더리움에 임의의 복잡성 코드를 배포하도록 설계되었으며, 이는 이더리움을 튜링 완전 시스템이라고도 하는 범용 블록체인으로 만드는 것입니다.
EVM이 트랜잭션을 실행하는 방법에 대한 특정 규칙이 있습니다. 첫째, EVM은 Solidity 및 Yul과 같은 사람이 읽을 수 있는 프로그래밍 언어를 EVM 바이트코드라는 기계 지향 또는 "저수준" 언어로 컴파일합니다. 그런 다음 EVM은 바이트코드를 "opcodes"라고 하는 순차적 명령 목록으로 구문 분석합니다. 각 opcode는 EVM이 다른 작업을 수행하도록 지시하고 EVM 바이트코드에 16진수 형식으로 표시됩니다. 예를 들어 스마트 컨트랙트가 온체인에서 실행될 때 임시 데이터를 보존하도록 EVM에 지시하는 opcode는 mnemically "MSTORE"로 표시되거나 16진수로 "0x52"로 표시됩니다. 독자가 opcode를 개념화하는 데 도움이 되도록 다음은 Ethereum Yellow Paper에 정의된 간단한 opcode입니다.
수년 동안 Ethereum 개발자는 EVM에 새로운 opcode를 계속 추가했으며 사용자가 네트워크에서 해시 함수 및 스칼라 곱셈과 같은 고급 작업을 수행할 수 있는 사전 컴파일도 추가했습니다. 동종 최초의 런타임 환경인 EVM은 범용 퍼블릭 블록체인의 스마트 계약 배포 표준으로 널리 채택되었습니다. 그러나 최초의 기술인 EVM에는 설계 제한이 있으며 가장 관련성이 높은 것은 EVM의 ZKP 호환성 부족입니다.
Rollups
이더리움의 확장성을 향상시키기 위해 트랜잭션 실행을 기본 레이어에서 롤업으로 추상화하는 L2 네트워크가 있습니다. 롤업은 트랜잭션 데이터를 압축하여 기본 레이어에 트랜잭션 배치를 제출하는 데 필요한 블록 공간의 양이 온체인 mempool을 통해 이러한 트랜잭션을 개별적으로 확인하는 데 필요한 블록 공간의 양보다 훨씬 적습니다. 롤업은 유효성 검사기나 채굴자가 아닌 "주문자"라고 하는 네트워크 운영자가 실행합니다. 시퀀서는 롤업의 상태 전환 유효성 검사를 담당합니다. 그들은 사용자 트랜잭션을 롤업 배치로 패키징한 다음 이 트랜잭션 배치의 증거를 이더리움 베이스 레이어에 제출하는 엔터티입니다. 다음 그림은 롤업에서 분류기의 역할을 보여줍니다.
롤업은 플라즈마 및 상태 채널과 같은 이더리움의 다른 스케일링 솔루션과 다릅니다. 이더리움의 역사 동안 핵심 개발자들은 이더리움의 확장성 로드맵을 연구하고 폐기했습니다. 롤업에는 낙관적 롤업과 ZK 롤업의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 낙관적 롤업은 사기 증명에 의존합니다. 즉, L2 네트워크 상태에 대한 변경 사항이 유효성에 대한 직접적인 증명 없이 이더리움에 배포됩니다. 적어도 한 명의 정직한 참가자가 낙관적 롤업의 상태 전환을 관찰하는 한 잘못된 상태 전환을 감지하고 취소할 수 있습니다. Arbitrum 및 Optimism의 경우 사기 증거를 제출할 수 있는 "챌린지 창"은 일주일 동안 지속됩니다. 낙관적 롤업의 상태 전환은 챌린지 기간이 종료되면 최종적이고 유효한 것으로 간주됩니다.
반면에 ZK 롤업은 트랜잭션 배치가 L2에서 처리될 때마다 유효성 증명을 생성하고 이더리움에 게시하는 ZKP에 의존합니다. 모든 트랜잭션 배치에 대한 유효성 증명을 자동으로 생성하면 ZK 롤업의 보안도 향상됩니다. 이는 또한 이더리움에 새로운 유효성 증명이 제출될 때마다 ZK 롤업에서 자금을 인출할 수 있는 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 압축을 제공합니다. 다음 표에는 낙관적 롤업과 ZK 롤업의 차이점이 요약되어 있습니다.
ZK Rollup에 비해 Optimistic Rollup의 주요 장점은 Optimistic Rollup의 가상 머신이 EVM의 가상 머신과 거의 동일하다는 것입니다. Optimism 및 Arbitrum과 같이 현재 Ethereum에서 실행되는 Optimistic Rollup 구현은 각각 OVM 및 AVM이라고 하는 Ethereum과 동일한 트랜잭션 실행 환경을 시뮬레이션합니다. 대부분의 ZK 롤업은 애플리케이션에 따라 다르므로 모든 유형의 이더리움 기반 트랜잭션 및 DApp을 지원하지는 않습니다. Loopring, StarkEx 롤업 및 zkSync 1.0은 특정 유형의 결제, 토큰 거래 및 NFT 발행을 가능하게 하는 애플리케이션별 ZK 롤업의 예입니다.
StarkNet과 같은 특정 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 하며, 이는 일반적으로 EVM 호환성이 아닌 ZKP 생성에 최적화되어 있습니다. 이는 기존의 분산형 애플리케이션과 사용자가 새로운 실행 환경에 온보딩하는 데 어려움이 있다는 점을 감안할 때 이더리움에서 ZK 롤업을 채택하는 데 어려움이 있습니다. 이 문제를 극복하기 위해 Polygon Hermez, zkSync 및 Scroll과 같은 ZK Rollups 프로젝트는 Ethereum의 모든 스마트 계약 코드에 대한 기본 실행 환경인 EVM과 호환되는 ZK Rollups를 구현하기 위해 노력하고 있습니다.
STARKs、SNARKs、Volitions and Validiums
실제로 롤업은 온체인에서 발행된 증명의 유형(낙관적 롤업의 사기 증명 또는 ZK 롤업의 유효성 증명)뿐만 아니라 롤업의 데이터 가용성 전략 및 증명 알고리즘에 의해서도 구별됩니다.
현재 SNARK 및 STARK로 알려진 두 가지 광범위한 유효성 증명 범주가 있습니다.
SNARK는 비트코인과 이더리움에서 가장 일반적으로 사용되는 데이터 암호화 기술인 타원 곡선 암호화에 의존합니다. SNARK는 또한 일반적으로 신뢰할 수 있는 설정에 의존합니다. 즉, 알고리즘에는 신뢰할 수 있는 엔터티가 미리 데이터를 생성해야 합니다. 신뢰할 수 있는 설정은 반복되는 이벤트가 아니라 개인 또는 그룹이 핵심 데이터를 생성하는 일회성 프로세스입니다. 이 데이터를 CRS(Common Reference String)라고 하며 zk-SNARK 알고리즘에서 신뢰할 수 있는 증명을 생성하는 데 사용되는 수치입니다. CRS를 생성하는 데 필요한 입력이 손상되면 잘못된 증명 생성이 발생할 수 있습니다. 따라서 신뢰할 수 있는 모든 설정 참가자가 CRS/SRS를 생성하는 데 사용된 입력을 삭제하거나 의식이 완료된 후 복구할 수 없도록 만드는 것이 중요합니다.
STARK는 타원 곡선이나 신뢰할 수 있는 설정에 의존하지 않습니다. STARK는 일부 개발자가 양자 암호화에 유리하다고 생각하는 해시 함수에 의존합니다. 그러나 STARK는 더 복잡하고 실행하는 데 더 많은 컴퓨팅 리소스가 필요합니다. 2012년부터 등장한 SNARKs에 이어 2018년에 출시되었습니다. 이러한 이유로 SNARK는 STARK보다 더 널리 사용됩니다. STARKs 기반 알고리즘의 몇 가지 예로는 Fractal, SuperSonic, Fri-STARKs 및 genSTARK가 있습니다.
유효성 증명을 생성하는 다양한 방법 외에도 ZK 롤업은 데이터 가용성 전략도 다릅니다. 데이터 가용성 정책은 궁극적으로 온체인에 게시되는 트랜잭션 배치의 구성 요소를 결정합니다. Optimistic 및 ZK를 포함한 롤업은 일반적으로 트랜잭션 배치가 처리될 때마다 메인넷 Ethereum에 3개의 데이터 복사본을 커밋합니다. 첫째, 롤업 유효성 검사기는 새로운 네트워크 상태의 루트 해시를 이더리움에 제출합니다. (상태는 L2의 업데이트된 트랜잭션 및 계정 잔액 기록을 나타냅니다.) 상태는 다음 그림과 같이 Merkle 트리 데이터 구조에 기록됩니다.
루트 해시는 전체 Merkle 트리의 암호화된 커밋이며 때로는 상태 커밋이라고도 합니다. 모든 ZK 롤업이 루트 해시를 이더리움에 커밋해야 하는 것은 아니지만 일반적으로 이더리움에 게시된 데이터가 롤업에서 실행되는 트랜잭션을 쉽게 재구성하고 확인할 수 있도록 하기 위해 그렇게 합니다.
암호화 증명은 L2 블록체인의 새로운 상태를 확인하는 데 사용되는 높은 수준의 루트 해시 외에도 이더리움에 기록됩니다. 낙관적 롤업의 경우 이 증명은 ZKP 또는 사기 증명일 수 있습니다. STARKs 또는 SNARKs 알고리즘에 의해 생성될 수 있습니다. 마지막으로 ZK Rollups는 이 두 가지 데이터 외에도 상태 델타라고도 하는 처리된 트랜잭션 배치의 압축 버전을 이더리움에 게시합니다. 상태 델타는 ZK 롤업 고유의 이더리움에 대량의 트랜잭션 데이터를 제출하는 비용 효율적인 방법입니다. 낙관적 롤업은 다른 데이터 압축 기술을 사용하여 트랜잭션을 일괄 처리하고 온체인에 제출합니다.
또한 Scroll 팀과 같은 일부 ZK 롤업 프로젝트는 추가 데이터 압축 이점을 위해 실제로 상태 델타를 Ethereum에 게시하는 데 의존하지 않습니다. 스크롤 개발자는 이더리움 개선 제안 EIP-4844 및 댄크샤딩과 같은 향후 코드 변경이 이더리움에 트랜잭션 데이터를 제출하는 비용을 크게 줄여 다른 데이터 압축 기술에 비해 상태 델타의 효율성 향상이 무시할 수 있을 것이라고 믿습니다.
롤업은 Merkle 트리의 가장 낮은 수준의 데이터를 사용하고 이를 Merkle 트리의 가장 높은 수준(루트)의 루트 분포와 결합하여 누구나 온체인에 제출된 트랜잭션 배치의 내용을 재구성하고 확인할 수 있도록 합니다. 대부분의 롤업의 정의 기능은 이더리움에 커밋된 온체인 데이터를 사용하여 L2 네트워크에서 실행되는 트랜잭션을 다시 생성하는 기능입니다. 그러나 일부 롤업은 상태 델타 또는 기타 압축된 트랜잭션 데이터를 Ethereum에 제출하지 않고 대신 데이터를 다른 곳에 게시하여 운영 비용을 줄이고 네트워크 확장성을 향상시킵니다. 일부 개발자는 거래 데이터를 이더리움에 커밋하는 것을 피하여 거래 재구성 보장을 깨뜨리는 L2 네트워크를 롤업으로 분류해서는 안 된다고 주장할 것입니다.
Rollup이 상태 델타를 처리하는 방식에 따라 네트워크를 Validium 또는 Volition으로 분류할 수 있는지 여부가 결정됩니다.
Validium은 유효성 증명과 루트 해시만 체인에 제출하고 상태 델타는 체인 외부의 별도 네트워크에 저장하는 롤업으로 이해할 수 있습니다. 롤업은 더 이상 이더리움의 데이터 가용성에 의존하지 않고 네트워크 블록 공간에 의해 제한되기 때문에 이론적으로 롤업의 트랜잭션 처리량을 9,000 TPS로 늘릴 수 있습니다. Validiums의 단점은 보안입니다. 오프 체인 데이터를 게시하는 데 사용되는 별도의 네트워크에는 Ethereum과 동일한 보안 보장이 없습니다.
Volitions는 이더리움 스케일링 스타트업 Starkware가 개척한 상태 델타 오프체인 또는 온체인을 사용자에게 발행하는 결정을 남깁니다. 이는 잠재적으로 더 높은 비용으로 이더리움 또는 Starkware의 신뢰할 수 있는 DAC(Data Availability Council)와 같은 오프체인 네트워크에 직접 온체인을 확인하여 거래에 강화된 보안이 필요한지 여부를 사용자가 결정할 수 있는 새로운 방법입니다.
EVM 동등성의 4가지 주요 수준
위의 내용은 이더리움, EVM 및 ZK 롤업에서 트랜잭션 실행의 전반적인 프레임워크를 이해하는 데 도움이 되며 이제 zkEVM에 대해 논의합니다.
zkEVM은 메인넷 이더리움과 동일한 트랜잭션 실행 환경을 모방한 ZK 롤업입니다. zkEVM의 구현은 증거 알고리즘과 데이터 가용성 전략뿐만 아니라 zkEVM과 동등한 수준의 EVM에서도 다릅니다. EVM 등가에는 네 가지 주요 수준이 있습니다. 다음은 다양한 수준에 대한 요약입니다.
언어 능력 동등
언어 수준의 EVM 동등성을 달성하기 위해 zkEVM은 EVM 친화적인 언어를 이해하고 기본적으로 컴파일할 수 있어야 합니다. 즉, 이러한 유형의 zkEVM은 Solidity 또는 Yul과 같은 EVM 친화적인 프로그래밍 언어를 ZKP 생성에 최적화된 사용자 지정 언어로 변환합니다. 이것은 ZK-Rollups에서 EVM 호환성을 달성하는 가장 쉽고 효과적인 방법 중 하나로 간주됩니다. 그러나 이러한 유형의 zkEVM은 사용자와 스마트 계약 개발자에게 EVM과 상호 작용하는 것과 동일한 경험을 제공한다는 점에서 가장 제한적입니다.
EVM과의 언어 수준 호환성은 EVM의 고급 프로그래밍 언어를 ZKP를 생성하도록 설계된 가상 머신에서 해석되는 맞춤형 저수준 언어로 변환하는 컴파일러를 통해 Solidity를 실행하는 것을 의미합니다. Solidity 코드를 통해 EVM과 상호 작용하는 데만 관심이 있는 대부분의 이더리움 사용자 및 스마트 계약 개발자에게 zkEVM의 기본 동작은 이더리움 메인넷에서와 같이 zkEVM을 통해 동일한 유형의 코드를 실행할 수 있는 한 중요하지 않을 수 있습니다. 반면에 EVM용으로 구축된 복잡한 개발 도구, 프레임워크 및 테스트 환경은 언어 수준의 EVM 호환성만 있는 zkEVM에서 작동하도록 수정해야 할 수 있습니다.
바이트코드 수준의 등가물
EVM 등가의 두 번째 및 세 번째 수준은 ZK 롤업이 Solidity 또는 Yul과 같은 상위 수준 언어에서 컴파일된 EVM 바이트코드를 해석해야 하는 바이트코드 수준입니다. zkEVM은 EVM과 동일한 고급 프로그래밍 언어와 저급 바이트코드를 에뮬레이션할 수 있어 EVM과 더 깊은 호환성을 제공합니다. 이러한 유형의 zkEVM은 구축하기가 더 복잡하고 고급 엔지니어링이 필요합니다.
가상 머신이 EVM 바이트코드를 실행하는 방식은 각각 EVM이 다른 작업을 수행하도록 지시하는 opcode라고 하는 특정 명령 목록을 통해 이루어집니다. 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. 완전한 바이트코드 호환 zkEVM은 네이티브 이더리움 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 zkEVM과 Scroll zkEVM을 포함하여 두 개의 바이트코드 호환 zkEVM이 있습니다. 현재 설계에서 이 두 가지 구현은 EVM 바이트코드와 부분적으로만 호환되지만 시간이 지남에 따라 이러한 구현은 완전한 호환성을 위해 노력하고 있습니다.
합의 수준 동등성
EVM 동등성의 네 번째이자 마지막 수준은 합의 수준입니다. 이것은 ZK 롤업이 달성할 수 있는 최고의 기본 EVM 호환성입니다. 모든 "enshrined Rollup"이 ZK를 기반으로 할 필요는 없으며 낙관적 롤업일 수도 있지만 "enshrined Rollup"이라고도 합니다. 아이디어는 zkEVM에 의해 생성된 암호화 증명이 이더리움에서 어떤 용량으로도 재실행될 필요가 없으며 증명 자체가 메인넷 이더리움에서 생성된 블록을 확인하는 데 사용될 수 있다는 것입니다. 어떤 의미에서 합의 수준의 호환성을 달성하는 zkEVM은 zkEVM의 가장 진정한 형태입니다.
일부 개발자의 경우 합의 수준의 호환성을 달성하는 ZK 롤업은 zkEVM이라고 해야 하는 유일한 ZK 롤업인 반면, 언어 및 바이트코드 호환성이 있는 다른 ZK 롤업은 각각 EVM 호환으로 간주되어야 합니다. EVM과 동등하지만 zkEVM은 아닙니다. zkEVM의 정확한 정의와 다양한 수준의 EVM의 동등성에 대해 이더리움 개발자들 사이에서 많은 논쟁이 있습니다. 실제로 EVM 동등성은 범위이며 위에서 설명한 각 수준은 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 수준의 동등한 혼합 롤업을 갖도록 진화할 수 있음을 의미합니다.
이더리움의 zkEVM 프로젝트 개요
현재 컨센서스 수준의 호환성을 달성할 수 있는 실용적인 zkEVM이 없으며 개발자는 여전히 연구 및 개발 중입니다.Ethereum 핵심 개발자는 이를 "다년간의 엔지니어링 노력"이라고 설명합니다. 일부 zkEVM은 언어 및 바이트코드 수준에서 등가물을 달성하여 주로 이더리움의 애플리케이션 중심인 현재 ZK 롤업 레이어 2 생태계를 개선하기 위한 아이디어를 제공합니다. 애플리케이션 중심 트랜잭션이 아닌 일반적인 스마트 계약 및 사용자 트랜잭션을 실행하기 위해 ZK 롤업을 구축하는 것은 어려운 작업이며 지금까지 소수의 프로젝트만이 메인넷에서 성공적으로 시작되었습니다.
다음은 이더리움의 5개 zkEVM 프로젝트에 대한 개요입니다.
zkSync 2.0
블록체인 개발 팀인 Matter Labs는 2018년 12월에 설립되었으며 2020년 6월에 이더리움에서 zkSync라는 자체 ZK 롤업 프로토콜을 출시했습니다. zkSync는 ETH, ERC 20 토큰 및 기본 NFT의 낮은 가스 전송, 아토믹 스왑 및 지정가 주문을 포함하여 제한된 범위의 스마트 계약 작업을 지원하는 총 잠금 가치 기준 이더리움에서 6번째로 큰 L2 네트워크입니다. 이 회사는 최근 Andreessen Horowitz가 이끄는 시리즈 B 라운드에서 5천만 달러를 모금했으며 향후 몇 년 동안 zkSync 생태계를 확장하기 위한 2억 달러의 재무 기금을 발표했습니다.
zkSync 2.0은 모든 유형의 스마트 계약 작업을 지원하도록 설계된 언어 수준 호환 zkEVM입니다. zkSync 2.0은 UltraPLONK라는 SNARK를 기반으로 하는 증명 알고리즘에 의존합니다. 또한 Solidity 및 기타 유형의 프로그래밍 언어를 zkEVM 바이트코드로 컴파일하는 LLVM이라는 오픈 소스 컴파일러 인프라에 의존합니다. 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 Rollup 기술의 초기 단계로 인한 기술적 취약성 위험이 크기 때문에 대부분의 Rollup 프로젝트는 극비로 실행되며 오픈 소스를 지원하지 않습니다. 일단 성공적으로 출시되면 zkSync 2.0은 사용자가 오프체인 트랜잭션의 상태 델타를 이더리움에 온체인이 아닌 zkPorter라는 별도의 프로토콜에 게시하도록 선택할 수 있는 방법이 될 것입니다. 이 전략은 이론적으로 zkSync 2.0의 초당 트랜잭션 처리량을 2,000 TPS에서 20,000 TPS 이상으로 증가시킵니다.
StarkNet
zkSync와 마찬가지로 StarkNet은 이미 이더리움에서 실행 중인 Starkware 팀이 구축한 범용 ZK 롤업입니다. Starknet의 트랜잭션 실행 환경은 StarkNet OS라고 하며 기본 스마트 계약 프로그래밍 언어는 Cairo라고 합니다. 다른 ZK Rollup과 비교할 때 Starknet은 가장 완전한 기능을 갖춘 블록체인 네트워크 중 하나입니다. StarkNet은 비 Volitions 유형 롤업보다 기하급수적으로 낮은 거래 수수료를 달성하기 위해 선택적인 오프체인 데이터 솔루션을 사용자에게 제공합니다. StarkNet 운영 체제는 STARK에 기반한 증명 알고리즘에 의존합니다. zkSync 2.0과 마찬가지로 StarkNet OS에서 증명을 생성하는 프로세스는 오픈 소스가 아닙니다. 경쟁자인 zkSync와 유사하게 시간이 지남에 따라 증명 생성에 대한 세부 정보가 공개되어 누구나 전용선을 통해 네트워크에 연결할 수 있습니다.
StarkNet 자체는 EVM과의 언어 수준 호환성을 지원하지 않지만, 이더리움 실행 계층 소프트웨어 클라이언트인 Nethermind 뒤에 있는 팀은 Warp라는 Solidity to Cairo 언어 컴파일러를 적극적으로 구축하고 있습니다. Warp 컴파일러를 사용하여 StarkNet 사용자는 Cairo에서 코드를 다시 작성하지 않고도 Ethereum 기반 스마트 계약을 배포할 수 있습니다. 또한 EVM과 StarkNet 호환성을 지원하기 위해 또 다른 Solidity-to-Cairo 언어 컴파일러를 구축하는 Kakarot이라는 커뮤니티 중심 프로젝트가 있습니다.
Starkware 팀은 7월에 기본 StarkNet 토큰과 새로운 재단 계획을 발표했습니다. 토큰 분배 방식은 초기 100억 개의 공급량 중 3분의 1이 스타크넷 핵심 기여자에게 할당될 것이라고 밝혀 논란의 대상이 되었습니다. 올해 Starkware는 80억 달러의 평가액으로 1억 달러를 모금했습니다. 이 라운드는 투자 회사인 Greenoaks Capital, Coatue 및 Tiger Global이 주도했습니다. StarkNet 외에도 StarkWare는 사용자에게 StarkEx라는 맞춤형 블록체인 확장성 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 STARK 기반의 ZK의 신기술을 활용합니다. StarkNet과 달리 StarkEx는 애플리케이션 중심의 ZK 롤업입니다. Ethereum에서 더 큰 확장성을 달성하기 위해 StarkEx를 사용하는 주목할만한 DeFi 응용 프로그램에는 soRare, Immutable 및 DeversiFi가 있습니다.
Polygon zkEVM
Polygon 팀이 구축한 zkEVM(구 Matic Network)은 EVM과 바이트코드 수준의 호환성을 달성합니다. Polygon의 zkEVM은 2023년 초 언젠가 이더리움에서 출시될 것으로 예상되며 최근 공개 검토를 위해 오픈 소스되었습니다. 물론 코드는 공개적으로 볼 수 있지만 오픈 소스 라이선스로 공개되지 않았기 때문에 사용, 수정 또는 공유할 수 없습니다. Polygon의 zkEVM 구현은 SNARK 및 STARK를 기반으로 한 증명에 의존합니다. 특히 zk-SNARK는 zk-STARK의 정확성을 증명하는 데 사용되며 zk-STARK와 관련된 빠른 증명 시간을 활용하고 zk를 생성하는 이점이 있습니다. -SNARKs 비교적 가벼운 컴퓨팅 리소스의 장점. 데이터 가용성 문제와 관련하여 Polygon의 zkEVM 구현은 오프체인 데이터 솔루션을 즉시 지원하지 않지만 Polygon은 가용성이 더 높은 애플리케이션을 개발하기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다.
2017년에 설립된 Polygon은 주로 Ethereum 스케일링 솔루션에 중점을 둔 회사입니다. 2020년 6월에 Polygon PoS라는 지분 증명 기반 이더리움 사이드체인을 출시했습니다. 그 이후로 Polygon의 제품 플러그인은 크게 성장했고 더욱 다양해졌습니다. zkEVM 구현 외에도 Polygon은 두 가지 다른 ZK 롤업 구현인 Polygon Miden과 Polygon Zero를 적극적으로 개발하고 있습니다. Optimistic Rollup과 Polygon Nightfall이라는 ZK Rollup을 결합한 하이브리드 롤업 구현입니다. 올해 초 Polygon 팀은 ICO 이후 첫 번째 주요 자금 조달 라운드를 마감했으며 Sequoia Capital India가 이끄는 40개 벤처 캐피탈 회사로부터 4억 5천만 달러를 모금했습니다.
Scroll
Scroll은 바이트코드 수준에서 호환되는 또 다른 zkEVM 구현입니다. Scroll은 Sandy Peng, Ye Zhang, Haichen Shen이 2021년에 설립했으며 2022년에 화이트리스트 사용자를 위한 사전 알파 버전 테스트넷 출시를 발표했습니다. 특히 zkEVM 구현을 둘러싼 모든 코드는 공개되어 있으며 오픈 소스 라이선스에 따라 배포됩니다. Scroll은 SNARK를 기반으로 하는 증명 알고리즘에 의존하며 오프체인 데이터 가용성 솔루션을 지원하지 않습니다. 또한 Scroll 팀은 zkEVM을 지원하기 위해 증명 생성을 위한 분산형 시장을 설계하고 있습니다. 무허가 및 검열 저항 방식으로 ZKP를 생성하기 위해 전 세계 사용자가 실행할 수 있는 전용 하드웨어 시설 구축에도 주력하고 있습니다.
Scroll 팀은 프라이버시 스케일링 이더리움(PSE) 팀으로 알려진 이더리움 재단의 스케일링 솔루션 연구 개발 팀과 긴밀히 협력하고 있습니다. zkSync, StarkWare 및 Polygon과 같은 다른 팀과 비교할 때 Scroll은 규모가 작고 연구 중심적이며 덜 상업적입니다. 그들은 zkEVM 구현에만 집중하고 있는 반면, 다른 경쟁 팀은 다른 ZK 관련 제품 및 서비스 제품군을 보유하고 있습니다. Scroll은 올해 Polychain Capital 및 Bain Capital Crypto와 같은 선도적인 암호화폐 벤처 캐피털 회사와 Ethereum Foundation 직원의 Ying Tong 및 Carlos Aria를 포함한 여러 엔젤 투자자로부터 시리즈 A 자금으로 3천만 달러를 모금했습니다.
Privacy & Scaling Explorations (PSE)
PSE는 이더리움 재단의 연구 기관으로, ZKP의 최첨단 연구와 이더리움에서의 적용을 탐구하는 데 중점을 두고 있습니다. 이전에는 "AppliedZKP" 그룹으로 알려져 있었습니다. 이 보고서에서 강조한 다른 zkEVM 구현과 달리 PSE의 zkEVM은 가까운 장래에 대규모 사용을 만족시키는 데 초점을 맞추지 않습니다(PSE 연구의 실용적인 구성 요소는 Scroll 팀에서 구현하고 있습니다). PSE에서 연구 중인 zkEVM은 "enshined Rollup" 모델에 따라 EVM과 합의 수준의 호환성을 달성하는 데 중점을 둡니다.
PSE 연구에 사용된 증명 알고리즘은 Zcash(ZEC) 암호화폐의 핵심 개발자인 Electric Coin Company에서 개발한 Halo 2라는 zk-SNARK입니다. PSE 팀이 구축한 zkEVM 구현은 오픈 소스이며 누구나 기여할 수 있습니다. zkEVM 외에도 PSE 팀은 담합 방지 분산 응용 프로그램 인프라, 향상된 사용자 트랜잭션 개인 정보 보호 및 대체 암호화 서명 체계에 대한 연구를 포함하여 여러 다른 프로젝트를 진행하고 있습니다.
zkEVM 구축의 과제
이더리움에서 생산 준비가 된 zkEVM 구현을 구축하는 데는 몇 가지 지속적인 과제가 있습니다. zkEVM과 같은 신기술 구현, zkEVM의 분산 운영 및 zkEVM 증명 생성을 위한 특수 하드웨어 구축의 입증되지 않고 테스트된 특성은 개발자에게 주요 장애물입니다. 이 섹션에서는 이러한 문제에 대한 몇 가지 통찰력에 대해 설명합니다.
새 필드
zkEVM은 이더리움의 새로운 개념이며 2022년에야 공식적으로 실행되기 시작합니다. 이 기술의 간단한 문제는 입증되지 않은 대규모 테스트 특성입니다. 대부분의 zkEVM 구현이 증명을 생성하는 방법, 증명 생성을 위한 하드웨어 요구 사항 및 분산형 시퀀서의 세부 사항에 대해 아직 알려지지 않은 부분이 많이 있습니다. 신뢰할 수 있는 확장 솔루션으로서 zkEVM에 대한 신뢰를 구축하는 것은 Scroll, Polygon, StarkNet 및 zkSync와 같은 팀의 중요한 초점 영역입니다.
탈중앙화의 도전
zkEVM 운영에 대한 분산 경로를 둘러싼 문제는 모든 롤업(낙관적 롤업 포함)에 적용됩니다. 유효성 및 사기 증명의 생성은 중앙 집중식 주문자에 크게 의존하기 때문입니다. 위에서 언급한 바와 같이 시퀀서는 사용자 트랜잭션을 일괄 처리하고 이러한 일괄 처리의 증거를 Ethereum L1에 제출하는 책임이 있는 L2 이해 관계자입니다.
현재 이더리움에서 실행 중인 모든 롤업은 중앙 집중식 시퀀서에 의해 운영되며 단일 엔티티가 관리하는 업그레이드 가능한 스마트 계약에 의존합니다. 오늘날 Rollup의 중앙 집중식 특성에 대한 주요 이유 중 하나는 기술 초기에 코드의 예기치 않은 버그에 빠른 수정이 필요했기 때문입니다. 또한 특히 zkEVM 이면의 기술은 끊임없이 변화하고 있어 사용자가 자신의 장치에서 이 초기 기술을 실행하도록 자신 있게 인센티브를 제공하기 어렵습니다. 롤업을 위한 분산형 주문자를 구현한다는 것은 일반적으로 토큰을 시작하고 여러 주문자와 증명자를 무허가 방식으로 구성하는 합의 프로토콜을 만드는 것을 의미합니다. 토큰을 출시하고 합의 프로토콜을 생성하는 것은 퍼블릭 블록체인에서 새로운 것이 아니지만 책임감 있게 출시하려면 시간과 사전 숙고가 필요합니다. StarkWare의 토큰 계획은 공급 설계 및 초기 분배로 인해 논란을 불러일으켰으며, Polygon도 zkEVM 출시 이후 현재 토큰 경제를 개선할 것으로 예상됩니다. zkSync는 앞으로 몇 달 안에 롤업을 위한 토큰을 출시할 것으로 예상되지만 Scroll의 토큰 계획은 아직 불분명합니다.
현재 zkEVM의 맥락에서 분류기의 분산화를 향한 중요한 첫 번째 단계는 프로젝트 소프트웨어의 소스를 공개하는 것입니다. 이미 많은 수의 사용자가 있는 롤업 zkEVM 구현은 분산된 zkEVM 운영 측면에서 이점이 있을 수 있습니다.
zkEVM 하드웨어 챌린지
zkEVM 증명은 검증이 간단하지만 ZKP 이면의 수학이 선형 계산 시퀀스에 의존하기 때문에 이를 생성하는 것은 계산 집약적입니다. 이로 인해 기계에서 증명을 생성하는 작업을 병렬화하기가 어렵습니다. 재귀 증명을 사용하여 이 방향으로 최근 진전이 이루어졌습니다. 재귀 증명은 증명 생성의 대기 시간을 줄이는 기술로, ZK 롤업에서 트랜잭션의 작은 배치를 병렬로 처리할 수 있도록 트랜잭션을 추가로 압축하기 위해 반복적으로 증명 증명을 생성하는 것을 말합니다. 이것은 StarkNet VM 및 Polygon의 zkEVM이 유효성 증명을 생성하는 데 사용하는 기술입니다.
ZKP 생성은 계산 집약적이기 때문에 zkEVM은 그래픽 처리 장치(GPU), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 심지어 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 고급 하드웨어에 의존해야 할 수도 있습니다. 증명을 생성하는 데 필요한 계산을 실행하려면 특수 하드웨어가 필요합니다. 작업 증명(PoW) 합의 프로토콜에 따라 블록을 효율적으로 채굴하려면 특수 하드웨어가 필요합니다. 두 하드웨어 산업의 성장의 차이는 증명자와 채굴자의 선택 과정에 있습니다.
증명자는 유효성 증명 생성을 담당하는 네트워크 이해 관계자입니다. 반면 시퀀서는 사용자 트랜잭션을 배치로 주문 및 패키징하고 레이어 1 블록체인에 데이터를 제출하는 일을 담당합니다. 기술적으로 orderer와 prover의 책임은 하나의 역할로 결합될 수 있습니다. 그러나 증명 생성 및 트랜잭션 주문은 모두 효율적으로 수행하기 위해 고도로 전문화된 기술을 필요로 하기 때문에 이러한 책임을 분할하면 롤업 기능에서 불필요한 중앙 집중화를 방지할 수 있습니다.
증명자와 주문자의 선택 프로세스가 채굴자의 선택 프로세스와 유사하고 Nakamoto 합의를 달성하고 가장 효율적인 하드웨어 참여자에게 보상을 제공한다면 ZKP "채굴" 산업이 비트코인 채굴과 동일한 경로를 따를 수 있습니다. 트랙 개발. 그러나 특정 증명자에 대한 선택 프로세스가 PoW 합의보다 PoS(Proof-of-Stake)와 디자인이 유사할 가능성이 더 높은 몇 가지 이유가 있습니다.
첫째, 사토시 스타일의 선택 프로세스는 가장 효율적인 하드웨어를 갖춘 증명자가 증명 시장을 지배한다는 것을 의미합니다. 전력 소비를 줄이면서 증명자 시장을 독점하는 것을 피하기 위해 Scroll과 같은 프로젝트는 Ethereum 검증자가 32 ETH를 스테이킹해야 하는 방식과 달리 증명자가 자산을 담보로 스테이킹해야 하는 대안 설계를 찾고 있습니다. 스테이킹 모델의 구현은 특정 트랜잭션 배치에 대한 유효성 증명을 계산하지 못하는 것과 같이 네트워크의 보안 및 활성을 위반하는 작업에 대해 증명자가 처벌받을 수 있도록 합니다.
모든 증명자가 증명을 생성하기 위해 경쟁하는 대신 증명을 생성하기 위해 결정론적으로 증명자를 선택하는 또 다른 이점은 향상된 트랜잭션 처리량과 네트워크 확장성입니다. 증명자를 선택한다는 것은 모든 증명자가 동일한 트랜잭션 배치에 대한 증명을 생성하는 것이 아니라 여러 증명자가 서로 다른 트랜잭션 배치에 대한 증명을 병렬로 생성할 수 있음을 의미합니다. 그러나 어떤 형태의 스테이킹과 처벌에 의존하는 리더 선출 시스템에는 복잡성이라는 약점이 있습니다. 사토시 스타일의 PoW 시스템과 비교할 때 PoS 시스템은 참가자를 정직하게 유지하기 위해 더 복잡한 견제와 균형 설계에 의존합니다. 예를 들어, Nakamoto 스타일의 합의는 일반적으로 참가자인 채굴자만 보상을 받기 위해 작업 증명을 생성하도록 요구합니다.
대부분의 zkEVM은 확률론적(경쟁 기반) 무허가 증명자 선택 프로세스가 아닌 결정론적(할당 기반)을 선택하여 Rollup의 전기 사용을 최소화하려고 할 것입니다. Ethereum 공동 창립자 Vitalik Buterin은 zkEVM 유효성 증명을 계산하는 데 ETH를 채굴하는 데 사용되는 전기 에너지의 1% 미만이 필요하다고 추정합니다. zkEVM 설계자의 목표는 가능한 한 많은 사용자가 경제적으로 증명 생성에 액세스할 수 있도록 하면서 가능한 한 증명 시간을 줄이는 것이었습니다. 합의 수준 호환 zkEVM을 달성하기 위한 요구 사항 중 하나는 증명 생성 시간을 이더리움 L1의 블록 시간(평균 13.5초)과 비교할 수 있도록 줄이는 것입니다.
zkEVM 이면의 사양이 명확해지고 표준화된 경우에만 ZKP 하드웨어 제조업체가 진정으로 성장하고 성숙할 수 있습니다. 마지막으로, 유효성 증명 컴퓨팅 산업의 전기 사용량을 예측하는 것은 Rollups가 무허가 증명자와 시퀀서 선택을 위한 모델을 채택하고 구현하지 않는 한 여전히 어려울 것입니다.
zkEVM 경쟁 전망
단기적으로 zkEVM 참가자는 메인넷에서 시작하는 첫 번째 프로젝트가 되기 위해 경쟁하고 있습니다. 그러나 장기적으로는 EVM 호환성 수준(언어에서 합의 수준까지)과 VM 효율성에서 경쟁하게 될 것입니다. zkEVM은 zkEVM 이면의 기술이 더 광범위하게 테스트, 사용 및 이해되면 사용자 확보를 위해 낙관적 롤업 및 기타 L2 확장성 솔루션과 경쟁해야 할 것입니다.
선점자 우위와 후발자 우위
zkSync, Polygon 및 Scroll 팀의 zkEVM 구현은 메인넷에서 출시하기 위해 경쟁하고 있습니다. 초기 메인넷 출시는 DApp 개발자를 유치하는 데 선점할 수 있는 이점을 제공할 수 있으며, 이는 롤업 간의 상호 운용성과 DApp의 구성 가능성의 어려움을 고려할 때 특히 중요한 이점이 될 수 있습니다. 빌딩 블록과 같이 DApp 위에 DApp을 구축하는 기능인 DApp 구성 가능성은 이더리움 탈중앙화 금융(DeFi) 생태계의 특히 중요한 기능으로, 이미 널리 채택된 DApp 개발자가 DApp 개발자를 수용할 가능성을 높입니다. L1 또는 L2에 끌림 .
반면에 zkEVM의 참신한 기술로 인해 zkEVM의 첫 번째 롤아웃 구현은 이더리움 DApp 개발자에게 최적화되지 않을 것입니다. 이 보고서에서 언급한 바와 같이, 바이트코드 수준 및 합의 수준에서 EVM과 완전히 호환되는 zkEVM 구현은 아직 프로덕션 용도로 사용할 준비가 되지 않았습니다. 이더리움 DApps의 배포를 보다 기본적으로 지원하는 zkEVM 구현은 처음으로 출시되지 않을 수 있으며 EVM 등가물이 더 많은 zkEVM은 후발주자라는 이점이 있습니다. 동등성이 깊을수록 zkEVM 개발자의 진입 장벽이 낮아집니다. 즉, 2015년부터 주요 DApp 실행 환경이었던 EVM이 마이그레이션할 수 있는 도구가 많을수록 zkEVM DApp 개발자의 채택이 원활해집니다.
EVM 동등성을 통해 DApp 개발자를 유치하는 것은 zkEVM 구현 간의 첫 번째 명백한 경쟁 영역이며 DApp 개발자 채택에 대한 선점자 이점이 강하지만 기술은 아직 초기 단계이므로 여전히 상당한 반복 및 개선이 필요합니다. 생산 준비가 된 zkEVM을 구축할 공간을 확보하십시오. 궁극적으로 이 게임은 처음부터 혁신가의 딜레마와 비슷합니다. 첫 번째가 되어 레이아웃과 커뮤니티를 구축하는 것이 더 낫습니까, 아니면 두 번째가 되어 더 나은 기능으로 첫 번째 이동자를 전복시키는 것이 더 낫습니까?
가상 머신 설계
시간이 지남에 따라 zkEVM의 또 다른 경쟁 및 개선 영역은 효율성입니다. 앞서 언급했듯이 EVM은 ZK 시스템에 최적화되어 있지 않으며 범용 ZK 롤업을 구축하는 것은 이더리움 기반 스마트 계약 및 DApp에 상당한 오버헤드가 될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 SNARK 또는 STARK 증명에 최적화된 다른 가상 머신 설계는 Starkware 팀이 강력하게 주장하는 EVM 호환성을 감소시킬 수 있습니다. Solidity를 Cairo의 Warp 도구 및 이와 유사한 다른 도구에 컴파일하는 것은 내부 StarkWare 팀이 단순히 EVM과 호환되는 것이 아니라 StarkNet의 가상 머신을 가능한 한 효율적으로 만드는 데 집중했기 때문에 커뮤니티 중심의 이니셔티브였습니다.
이더리움에서는 EVM(및 관련 Solidity)이 DApp 하위 호환성을 깨뜨리지 않고 크게 변경되거나 업그레이드될 수 없다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 2015년에 EVM이 출시된 이후 개발자들은 EVM과 고급 프로그래밍 언어인 Solidity를 사용하여 작은 방법으로 사용성과 보안을 개선했습니다. 예를 들어, 2019년 이더리움 이스탄불 하드포크 업그레이드 중에 핵심 개발자는 "CHAINID"라는 새로운 opcode를 EVM에 추가했으며, 이는 캐노니컬 체인의 고유 식별자를 반환합니다. 이는 노드가 CHAINID를 확인할 수 있도록 하여 업그레이드된 노드가 업그레이드되지 않은 노드에 연결되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 이는 "재생 공격"을 방지하는 데 도움이 되는 특히 유용한 업그레이드입니다.
이더리움 코어 개발자들은 EVM에 대한 추가 업그레이드가 이더리움의 개발 로드맵에서 계속 이루어질 것이라고 주장해 왔습니다. 새로운 opcode 및 사전 컴파일이 EVM에 계속 추가될 가능성이 높으므로 기존 zkEVM 구현이 EVM의 변경 사항을 수용할 수 있도록 유연해야 합니다. 그러나 이러한 개선 사항에도 불구하고 Mina, Sui 및 Aptos와 같은 L1 블록체인은 여전히 다양한 가상 머신 및 스마트 계약 언어 디자인을 실험할 기회가 있으므로 장기적으로 EVM을 쓸모없게 만들 수 있습니다. zkEVM 구현은 주로 바이트코드 및 컨센서스 수준에서 EVM과의 깊은 호환성에 초점을 맞추고 오랫동안 스마트 계약 개발에서 EVM의 관련성과 우위에 베팅했습니다.
ZK 롤업에 대한 낙관적 롤업
결국, 이 보고서에서 논의된 5가지 zkEVM 구현이 Optimism 또는 Arbitrum과 같은 낙관적 롤업을 능가한다는 것은 기정사실이 아닙니다. 기술적인 수준에서 ZK 롤업은 낙관적 롤업보다 더 안전하고 효율적이며 잠재적으로 더 비용 효율적입니다. 그러나 EVM용으로 설계된 범용 컴퓨팅을 입증하는 유연성은 대규모로 테스트 및 배포되지 않았습니다. 일단 zkEVM이 출시되고 그 이면에 있는 기술이 더 성숙하고 견고해지면 사기 증명 기반 낙관적 롤업(예: Optimism 및 Arbitrum)이 업그레이드되어 유효성 증명 생성으로 전환될 수 있습니다. 또한 하이브리드 롤업 및 다중 증명 시스템은 사기 증명을 사용하여 사용자 트랜잭션을 낙관적으로 확인하고 유효성 증명을 간헐적으로 발급합니다.
유효성 증명 생성 시간을 점차적으로 단축하는 것은 zkEVM 이면의 기술이 발전함에 따라 활발한 연구 영역이 될 것이며, 오늘날 Vitalik Buterin과 같은 Ethereum 핵심 개발자와 Optimism의 Kelvin Fichter와 같은 L2 개발자가 본격적으로 논의하고 있습니다.
결론적으로
결론적으로
최근 zkEVM에 대한 시장의 관심이 급증하면서 이더리움의 확장성 로드맵의 최종 단계에 대한 몇 가지 질문이 제기되었습니다. 진정한 의미에서 zkEVM(EVM과 합의 수준의 호환성을 갖춘 ZK 롤업)은 EVM 우위에 대한 장기적인 내기를 나타내는 동시에 스마트 계약 실행을 위한 기본 플랫폼으로 이더리움에 내기를 걸고 있습니다. zkEVM은 트랜잭션 실행을 합의 및 데이터 가용성과 결합하는 대신 롤업으로 추상화하는 데 중점을 두기 때문에 이더리움의 확장성 로드맵에 대한 장기적인 투자이기도 합니다.
올해 몇 가지 거의 생산 준비가 된 zkEVM이 발표되었지만 이 기술은 아직 초기 단계에 있습니다. EVM과 합의 수준의 호환성을 갖춘 zkEVM을 달성하는 것은 여전히 연구 프로젝트이며 생산 준비가 되려면 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 불과 1년 전에 EVM과 바이트코드 수준의 호환성을 달성한 zkEVM도 마찬가지였습니다. Polygon, zkSync, StarkWare 및 Scroll에 의한 zkEVM 구현의 급속한 개발은 계속해서 컴퓨터 과학 및 수학의 경계를 기대 이상으로 넓히고 있습니다. 이더리움 메인넷에서 Polygon zkEVM 및 zkSync 2.0의 출시는 실제 사용자 및 DApp 활동으로 zkEVM을 테스트하는 중요한 출발점이 될 것입니다.
생산 준비가 된 두 zkEVM의 가용성과 확장성은 zkEVM 경쟁 구도뿐만 아니라 낙관적 롤업과 L1 경쟁 체인도 방해할 수 있습니다. zkEVM이 성공하면 Optimistic Rollup은 장기적으로 경쟁력을 유지하기 위해 ZK Rollup 설계로 전환해야 합니다. L1 알트체인은 또한 확장 가능한 EVM과 경쟁하기 위해 가상 머신 설계를 혁신해야 합니다. 이더리움에서 ZKP의 준비성과 적용 가능성에 대해 입증해야 할 것이 많이 남아 있으며 생산 준비가 된 zkEVM의 출시는 이 새로운 기술에 대한 경쟁 구도의 시작으로 보아야 합니다.
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