한 기사는 zkEVM 솔루션을 분류합니다: zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM, Scroll
편집: Deep Tide TechFlow
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유효성 롤업으로도 알려진 ZK 롤업은 트랜잭션을 오프체인에서 처리하고 단일 압축 트랜잭션으로 메인 체인에서 병합할 수 있도록 하는 이더리움을 확장하는 혁신적인 방법입니다. 이 프로세스는 메인 체인의 보안 및 분산을 유지하면서 트랜잭션 처리량을 늘리고 수수료를 줄입니다.
ZK 롤업의 눈에 띄는 기능 중 하나는 ZKP(Zero-Knowledge Proofs)를 사용하는 것입니다. 이는 증명자가 추가 정보를 공개하지 않고 진술이 사실임을 확인자에게 증명할 수 있는 일종의 암호화 증명입니다.
ZK 롤업의 경우 ZKP는 오프체인 트랜잭션의 무결성을 보장하여 증명자가 트랜잭션 세부 사항을 공개하지 않고 검증자가 새로운 상태를 수락하기 전에 모든 트랜잭션을 확인하지 않고도 트랜잭션 배치의 유효성을 증명할 수 있도록 합니다.
ZK 롤업은 이더리움 위에 추가 신뢰 가정을 도입하지 않고 보안을 위해 이더리움과 수학에 의존하기 때문에 낙관적 롤업보다 더 높은 수준의 보안을 제공합니다. 낙관적 롤업은 게임 이론과 1/n 정직한 노드 가정에 의존합니다. 즉, 각 트랜잭션 배치에 대해 악의적인 트랜잭션에 도전할 수 있는 정직한 노드가 항상 하나 이상 있을 것입니다.
반면 시퀀서 및 증명자라고도 하는 ZK 롤업의 운영자는 사용자 자금을 손상시킬 가능성이 없습니다. 그 역할은 "단순히" 트랜잭션 배치를 수집하고 ZK 증명을 생성하는 반면 사용자 자금은 On 상태로 유지하기 때문입니다. 이더리움 L1, 이더리움은 궁극적으로 L2가 제출한 ZK 증명을 확인하고 기본 트랜잭션을 완료할 책임이 있습니다.
유효성 증명은 상태 데이터에 대해 복잡한 다항식 계산을 수행하여 생성됩니다. 상태 데이터가 유효하지 않으면 유효성 증명을 생성할 수 없습니다. L1의 검증자는 유효성 증명을 검증하기 위해 상태 데이터를 입력하므로 증명자가 상태 데이터를 변경하면 검증자는 증명을 수락하지 않습니다.
낙관적 롤업과 비교할 때 ZK 롤업에는 더 빠른 완결성과 더 효율적인 데이터 가용성이라는 두 가지 장점이 있습니다.
첫째, 최종성을 더 빠르게 만듭니다. 유효성 증명이 제공되는 한 트랜잭션은 이더리움에서 확인되지만 낙관적 롤업은 문제가 없는지 확인하기 위해 일주일을 기다려야 하므로 트랜잭션이 합법적이고 최종적인 것으로 간주됩니다.
둘째, ZK 롤업은 데이터 가용성과 관련하여 더 효율적입니다. 상태 차이만 게시하면 되기 때문에 낙관적 롤업은 유효성 검사를 위해 모든 트랜잭션을 다시 작성하는 대신 전체 데이터를 게시해야 하므로 누구나 트랜잭션을 재구성하고 결국에는 문제를 제기할 수 있습니다.
결과적으로 ZK 롤업은 이더리움(ZK 회로를 포함하여 거래를 실행하는 데 사용하는 시스템과 관계없이 모든 롤업이 공유해야 하는 희소한 리소스)에서 더 적은 데이터 대역폭을 사용하여 사용자가 훨씬 더 저렴한 수수료(또는 제로 수수료)를 받을 수 있도록 합니다. .
Zk-롤업은 이더리움 확장성을 위한 궁극적인 솔루션으로 간주되지만 이더리움 가상 머신(EVM)이 ZK 회로를 지원하도록 설계되지 않았기 때문에 구현이 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 조직과 연구자들은 영지식 증명 계산과 호환되는 방식으로 스마트 계약을 실행할 수 있는 zkEVM이라는 롤업 지원 가상 머신을 만들려고 시도했습니다.
Vitalik이 제안한 네 가지 zkEVM 분류
알아야 할 사항은 다음과 같습니다.
알아야 할 사항은 다음과 같습니다.
zkEVM이 이더리움의 기능에 가까울수록 Zk 증명을 생성하는 것이 더 느리고 더 비쌉니다.
반면에 블록체인 또는 롤업이 이더리움의 사양 및 표준을 더 잘 준수하면 개발자가 애플리케이션을 구축하고 이더리움 생태계에 통합하기가 더 쉬워집니다.
결론적으로 이더리움과의 호환성이 높은 블록체인이 경쟁력이 있을 수 있습니다.
첫 번째 범주: 해시, 상태 트리, 트랜잭션 트리, 사전 컴파일 또는 기타 합의 논리를 포함한 모든 부분에서 이더리움을 정확히 복제하는 이더리움과 정확히 동일한 zk 롤업입니다. 지금까지 어떤 zkEVM도 이더리움과 동등한 수준을 달성하지 못했습니다.
두 번째 범주: EVM과 완전히 동등한 Zk 롤업은 EVM과 동등해지려고 노력하지만 Ethereum과 완전히 동등하지는 않습니다. 기존 응용 프로그램과 완벽하게 호환되지만 Ethereum을 약간 수정하여 개발을 더 쉽게 만들고 증명을 더 빨리 생성할 수 있습니다. Scroll 및 zkEVM Polygon은 이론적으로 이 범주에 속하지만 실제로는 현재 세 번째 그룹에 속합니다.
세 번째 범주: EVM과 거의 동일하며 증명 생성을 더 빠르게 하기 위해 더 많은 요소와 동등성이 희생됩니다. Polygon zkEVM 및 Scroll은 현재 이 범주에 속합니다. 이 범주는 종종 두 번째 범주로 가는 발판입니다.
네 번째 범주: 높은 수준의 언어 등가성. 둘 다 Solidity로 작성된 스마트 계약을 수락하고 이를 zk 친화적인 다른 사용자 정의 언어로 변환한다는 의미입니다. zkSync 및 StarkNet은 이 범주에 속하지만 zkSync는 시간이 지남에 따라 EVM 바이트코드에 호환성을 추가하고 결국 더 높은 유형으로 이동할 수 있습니다.
Vitalik이 제안한 분류가 현재 가장 대중적이고 편견이 없지만 다른 분류 방법이 있습니다.
Immutable이 제안한 4가지 분류
NFT 전용 StarkWare 기반 L2인 Immutable은 블로그 게시물 중 하나에서 다음과 같은 유용한 분류를 제공합니다.
이러한 범주는 Vitalik의 분류보다 스택의 특정 수준(고급 언어, 바이트코드 또는 런타임 환경)에서 이더리움과의 호환성 또는 동등성에 도달하는 기존 zkEVM을 더 명확하게 기반으로 합니다.
견고성 호환. 이더리움과의 호환성은 높은 수준의 언어 수준인 Solidity에서 구현되며, 이는 개발자가 이더리움에서 익숙한 언어로 스마트 계약을 계속 작성할 수 있음을 의미합니다. 그러나 이러한 롤업은 Solidity를 중간 표현으로 즉시 변환한 다음 바이트코드로 컴파일하고 사용자 지정 환경에서 실행합니다. 특히 이러한 L2는 트랜스파일러를 사용하여 Solidity 코드를 사용자 정의 VM(StarkWare용 Cairo, zkSync용 LLVM-IR)용으로 읽을 수 있는 코드로 변환합니다. 일부 Solidity 기능은 이러한 변환기에서 지원되지 않으므로 개발자가 스마트 계약을 조정해야 할 수 있습니다. 예: zkSync 및 StarkNet.
EVM 호환. 언어 수준에서 이러한 롤업은 EVM과 호환되지만 자체 바이트코드가 있습니다. 즉, Solidity가 EVM opcode/바이트코드로 직접 컴파일한 다음 사용자 정의 VM 런타임 섹션 코드 전에 사용자 정의 단어로 변환할 수 있습니다. 실제로 이러한 롤업은 대부분의 이더리움 프로그램과 호환되지만 일부 응용 프로그램은 다시 작성해야 할 수도 있습니다. 또한 일부 바이트코드 기능(예: 사전 컴파일)은 지원되지 않습니다. 예: 다각형 zkEVM.
EVM과 동일합니다. 이러한 롤업은 VM 자체가 EVM과 다르지만 EVM opcode 및 바이트코드를 직접 읽을 수 있는 zk 검증 회로를 생성합니다. 이러한 롤업은 기존 애플리케이션과 완벽하게 호환되지만 이더리움을 약간 수정하여 개발을 더 쉽게 하고 증명 생성을 더 빠르게 할 수 있습니다. 예: 스크롤합니다.
이더리움과 동일합니다. 이는 Polygon이 수행한 방식과 유사하게 모든 구성 요소에서 Ethereum을 복제하는 것을 의미합니다. 지금까지 zk Rollup은 이 범주에 속하지 않습니다.
이 프레임워크를 Immutable에서 제안한 프레임워크와 결합하고 몇 가지 추가 정보를 추가하면 성능 데이터를 사용할 수 있기 전에 다른 zkEVM 구현을 비교할 때 고려해야 할 몇 가지 설계 차이점과 유사점을 강조하여 다음 다이어그램을 요약할 수 있습니다.
zkSync 2.0
zkSync 2.0(메인넷 출시 직전에 zkSync Era로 브랜드 변경됨)은 Solidity 프로그래밍 언어와 완벽하게 호환되는 Ethereum 네트워크용 확장 솔루션입니다. zkSync를 사용하여 사용자는 zkSync Rollup 및 zkSync Porter의 두 가지 데이터 가용성 유형 중에서 선택할 수 있습니다. 전자는 이더리움에 직접 데이터를 게시하여 이더리움 L1만큼 안전하게 만드는 반면, 후자는 데이터를 오프체인에 저장하여 더 빠르고 저렴한 트랜잭션을 제공하지만 보안 수준은 낮습니다.
zkSync는 Solidity로 작성된 스마트 계약 코드를 Yul로 변환하고 Yul을 LLVM-IR로 변환한 다음 zkSync의 EVM 코드 세트용으로 특별히 설계된 맞춤형 회로 호환 바이트로 다시 컴파일할 수 있기 때문에 EVM과 호환됩니다. 이를 위해서는 중간 단계가 필요하지만 계정 추상화와 같은 다른 비 EVM 기능을 추가할 수도 있습니다. 또한 zkSync의 회사인 Matter Labs는 점차 이더리움 툴킷과의 호환성을 높일 계획이며 확장성과 상호 운용성 분야에서 최초의 3계층 프로토타입인 zkSync Opportunity를 출시할 준비를 하고 있습니다. 테스트넷에 게시되었습니다.
작성 당시 zkSync Era는 막 출시되었으므로 성능에 대해 언급하기에는 너무 이릅니다. 간단한 트랜잭션만 지원하는 zkSync 1.0(현재 zkSync Lite로 알려짐)은 가장 큰 zk 롤업 중 하나이며, TVL에 따르면 8,300만 달러 이상의 잠금 및 1,900만 이상의 누적 트랜잭션이 있는 반면 StarkNet의 TVL은 1,900만 달러를 조금 넘습니다. 누적 거래량 400만.
StarkNet
StarkNet은 오프 체인 트랜잭션의 무결성을 보장하기 위해 STARK(Scalable Transparent ARgument of Knowledge)라고 하는 다른 유형의 영지식 증명을 사용하는 유형 4/Solidity 호환 zk-롤업입니다. STARK는 SNARK보다 효율적이고 확장 가능한 것으로 간주되지만 더 복잡한 기술 설정이 필요할 수 있습니다.
StarkNet도 스마트 계약을 지원하지만 STARK를 사용하고 StarkNet 계약과 StarkNet OS가 카이로 언어로 작성되었다는 사실로 인해 그 기능은 상대적으로 작습니다. 개발을 쉽게 하기 위해 StarkWare는 최근 Rust를 에뮬레이트하는 Cairo 1.0으로 업그레이드했습니다. zkSync Era와 마찬가지로 StarkNet은 EVM 내에서 프로그램을 실행하는 대신 사용자 지정 바이트 코드를 사용하여 완전히 새로운 전용 VM을 생성하기 때문에 "Solidity Compatible"로 분류할 수 있습니다. StarkWare는 Warp 변환기를 사용하여 Solidity 코드를 Cairo VM 바이트코드로 변환합니다.
그러나 zkSync Era 및 기타 zkEVM 구현과 달리 StarkNet 팀의 목표는 EVM 또는 기타 Ethereum 구성 요소와 호환되는 것이 아니라 맞춤형 클라이언트 API, JavaScript 라이브러리, 지갑 시스템은 Ethereum 호환 도구가 StarkNet 지원을 수동으로 추가하도록 합니다. Cairo 1.0은 또한 Cairo 1.0과 Cairo 바이트코드 사이의 새로운 중간 표현 계층인 Sierra(Secure Intermediate Representation)를 도입했지만 Warp 트랜스파일러는 일부 Solidity 기능을 지원하지 않으며 EVM 호환성을 위한 zkSync Era와 일치하는 것은 아직 멀었습니다.
Polygon zkEVM
Polygon zkEVM은 맞춤형 언어 zkASM을 사용하여 zkEVM 코드를 해석하고 비 EVM 런타임 환경에서 스마트 계약 실행을 확인하는 zk-롤업입니다. 이 프로젝트는 2021년에 Hermez Network를 2억 5천만 달러에 인수하여 STARK와 SNARK의 보안과 효율성을 결합한 EVM과 동등한 시스템 개발을 시작했습니다. STARK는 트랜잭션 상태에 대한 유효성 증명을 생성하는 데 사용되는 반면 SNARK는 STARK 증명의 정확성을 평가하는 데 사용됩니다. 이러한 솔루션의 조합으로 보안, 속도 및 낮은 거래 수수료가 가능합니다.
2022년 7월, Polygon은 Polygon Hermez를 Polygon zkEVM으로 리브랜딩한다고 발표했습니다. Polygon zkEVM의 최신 테스트넷 릴리스는 재귀를 도입하여 하나의 ZK 유효성 증명이 다른 ZK 증명의 배치를 검증할 수 있도록 하며 각 증명은 여러 트랜잭션을 검증할 수 있습니다. 이 기능은 기존 대안보다 100배 빠르고 이더리움 자체와 기본적으로 호환되는 재귀 SNARK인 Plonky 2로 구동됩니다.
Polygon zkEVM 외에도 Polygon은 데이터 가용성에만 최적화된 블록체인인 Polygon Avail도 개발했습니다. 네트워크는 무허가형이므로 누구나 검증자로 참여할 수 있습니다. 기존 DAC(Data Availability Committees)와 달리 수백 개의 노드가 협력하여 네트워크 보안을 제공합니다. Avail은 Polygon Hermez(Rollup)와 함께 작동하여 이더리움에 게시하는 대신 Hermez에서 상태 데이터를 업로드하여 Validium과 Rollup 간의 솔루션을 제공합니다.
일부 전문가는 Polygon에서 제공하는 사양이 EVM 호환성으로 더 잘 설명된다고 지적하지만 팀은 최초의 완전한 EVM과 동등한 솔루션을 만들기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
Scroll
Scroll은 Ethereum Foundation의 PSE(Privacy and Scaling Explorations) 그룹과 협력하여 Scroll 팀이 개발한 EVM과 동등한 zk-rollup Machine(EVM)과 완벽하게 호환됩니다. 이는 개발자가 모든 EVM 호환 언어를 사용하여 스마트 계약을 생성하고 Scroll에 배포할 수 있음을 의미합니다. Scroll은 현재 EVM opcode를 지원하지 않지만 1:1 opcode 매핑을 구축하고 컴파일러 없이 직접 EVM opcode를 수락하여 지원하도록 계획되어 있습니다.
Scroll의 아키텍처에는 중앙 집중식 직렬화 노드와 분산된 증명 네트워크가 포함됩니다. 중앙 집중식 직렬화 노드는 트랜잭션 주문, 블록 생성 및 트랜잭션 데이터를 데이터 가용성을 위해 이더리움의 롤업 계약에 호출 데이터로 제출하는 일을 담당합니다. 직렬화 노드를 점진적으로 분산화할 계획을 스크롤합니다. 한편, Roller라는 분산형 증명 생성기는 분산 컴퓨팅 성능을 활용하여 증명을 생성하고 L1 네트워크에 게시합니다. 롤러는 무작위로 선택되며 속도를 높이기 위해 서로 다른 롤러에서 서로 다른 블록의 여러 증거를 병렬로 생성할 수 있습니다.
*참고: 현재 온체인 데이터 가용성만 지원되지만 Scroll의 원래 디자인에는 Validium 모드도 포함되었습니다.
실제로 Scroll과 Polygon은 zkEVM 구축에 바이트코드 수준의 접근 방식을 취합니다. 이 접근 방식은 변환 단계를 완전히 제거합니다. 즉, 이러한 zkEVM은 컴파일 및 해석될 때까지 Solidity 코드를 다른 언어로 변환하지 않습니다. 그러나 Scroll과 Ethereum의 유일한 차이점은 런타임 환경이지만 Polygon은 맞춤형 VM을 생성하고 최적화한 다음 EVM 바이트코드를 해당 VM의 바이트코드로 변환합니다. Scroll과 달리 Polygon의 런타임("zkExecutor")은 EVM opcode 대신 사용자 지정 "zkASM" opcode(다이어그램의 마이크로 작업)를 실행하여 EVM 해석을 최적화합니다(즉, EVM을 직접 증명하는 대신 제약 조건 수를 줄임). 대부분은 그렇지만 Polygon zkEVM은 Solidity 코드, 도구 및 애플리케이션과 100% 호환되지 않을 수 있습니다.
이들은 범용 zkEVM 구현을 롤아웃하는 데 중점을 둔 가장 주목할만한 프로젝트이지만 다른 애플리케이션별 프로젝트도 실제로 zk 기술을 사용하고 있습니다.
루핑은 탈중앙화 교환(DEX) 프로토콜을 지원하는 애플리케이션별 zk-롤업입니다. 루프링은 또한 누구나 zk 증명을 사용하여 덱스를 구축할 수 있는 플랫폼입니다. Immutable X는 NFT 트랜잭션 및 게임을 위해 StarkWare 위에 구축된 또 다른 앱별 zk-rollup입니다. Aztec은 데이터를 암호화하여 사용자 개인 정보를 보호하면서 프로토콜에 대한 데이터 투명성과 가용성을 유지하는 개인 정보 보호 중심의 이더리움 기반 zk-롤업입니다. 또한 Aztec은 zkSync 및 기타 프로젝트에서도 사용되는 PLONK 증명 시스템을 발명했습니다.
Immutable X, Sorare, rhino.fi, ApeX, dYdX 및 기타 많은 프로토콜이 StarkEx에 구축되었습니다. StarkEx ZK-Rollup을 사용하는 프로젝트에서 데이터는 이더리움에 calldata로 전송되고 온체인에 게시됩니다. Validium 모드에서 데이터는 오프체인에 저장되고 해시만 온체인에 저장됩니다. 롤업 모드는 더 큰 보안을 보장하지만(사용자는 원장 상태를 재생성하기 위해 이더리움 블록체인과 상호 작용하기만 하면 됩니다), Validium 모드는 더 낮은 비용과 더 큰 개인 정보 보호를 보장합니다.
전반적으로 zkSync Lite는 가장 큰 zk 롤업이지만 StarkWare는 StarkEx에 구축된 프로젝트를 포함하여 가장 큰 생태계를 가지고 있으며 TVL 및 시장 점유율도 가장 큽니다.
요약하다
결론적으로 zk-rollup은 블록체인 네트워크 확장을 위한 유망한 솔루션으로 다양한 요구 사항과 요구 사항을 충족하는 다양한 구현을 제공합니다. 일부 분류가 존재하지만 대략적인 해석이며 정의 및 기술적 차이에 대한 합의가 부족하다는 점에 유의할 가치가 있습니다.
Scroll의 공동 창립자 Sandy Peng은 "어떤 정의에 대해서도 명확한 합의가 없습니다." "Scroll의 전체 연구 팀"은 특정 내러티브 또는 특정 인식을 선호하지만 명확한 것은 아닙니다. 우리 연구팀은 모든 것이 무엇을 의미하는지조차 동의하지 않습니다. "
그럼에도 불구하고 zk 롤업 구현에서 몇 가지 일반적인 경향이 나타났습니다.
첫째, 그들은 모두 데이터 가용성에 대한 하이브리드 접근 방식을 취하여 기존 온체인 데이터 스토리지의 롤업 버전과 오프체인 데이터 스토리지의 유효 버전을 제공하는 것으로 보입니다. Avail의 CEO인 Anurag Arjun은 Blockworks에 다음과 같이 말했습니다.
둘째, 그들은 실제로 실행될 때까지 대부분 순수한 오픈 소스 코드를 피하는데, 이는 Arbitrum 및 Optimism과 같은 낙관적 롤업과의 치열한 경쟁과도 관련이 있습니다. Zk-롤업은 더 효율적일 것이라고 약속하지만 기술적으로 달성하기가 더 어렵습니다.
또한 위의 표에서 알 수 있듯이 낙관적 롤업, 특히 Arbitrum은 선점자 이점의 이점을 누리고 있으며 애플리케이션, 거래량 및 시장 점유율 측면에서 시장을 주도하고 있습니다. 성공적인 것으로 입증된 경우 낙관적 롤업은 유효성 증명 모델을 이미 확립된 사용자 기반과 통합할 수 있습니다(예: Optimism의 업그레이드 Bedrock은 유효성 증명을 도입할 수 있음).
또한 모든 구현은 효율성을 위해 중앙 집중식 시퀀서로 시작했지만 모두 중앙 집중화 문제를 해결하기 위해 점진적으로 분산화하는 것을 목표로 합니다. 흥미롭게도 분산형 분류기는 기본 토큰의 경제적 인센티브가 필요할 수 있으므로 언급된 모든 프로젝트가 이 단계를 수행해야 합니다.
마지막으로, 작년에 이러한 zkEVM 구현으로 달성한 놀라운 결과로 인해 회사는 증명 생성 속도를 높이기 위해 새로운 zk 하드웨어 개발을 포함하여 개발의 다양한 측면에 초점을 맞추면서 zk 기술 전반에 대한 새로운 관심을 갖게 되었습니다.
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