실시간 증명에서 네이티브 롤업까지: ZK가 주도하는 이더리움 확장의 마지막 단계

저자: imToken

편집자 주: 이더리움은 10,000 TPS라는 새로운 확장성 시대를 향해 나아가고 있으며, 영지식 증명(ZK) 기술이 핵심 동력으로 부상하고 있습니다. 본 글은 "이더리움 10,000 TPS 로드맵"의 두 번째 글로서, 실시간 증명의 기술적 어려움, 증명자(Prover)의 참여 로직, L1 전환 시 발생하는 보안 문제, 그리고 "네이티브 롤업(Rollup)"이 어떻게 궁극적인 ZK 확장성을 구현하는지에 중점을 두고 있습니다.

ZK화가 이더리움의 기술적 재구축의 출발점이라면, '실시간 증명'과 '네이티브 롤업'은 이 확장 혁명의 핵심 구현 링크입니다.

이 글에서는 이더리움 메인넷에서 12초 ZK 실시간 증명을 달성하는 방법, 증명자가 되기 위한 하드웨어 임계값과 인센티브 메커니즘, 그리고 기본 Rollup이 이더리움 L2 환경을 어떻게 바꿀 것인지에 대해 심층적으로 살펴보겠습니다.

01. 실시간 증명: 이더리움 확장의 핵심

이더리움의 10,000 TPS 달성 로드맵에는 실시간 증명이라는 필수적인 기술적 혁신이 있습니다.

Succinct의 공동 창립자인 우마 로이는 "실시간 증명이란 이더리움 메인넷에서 블록에 대한 ZK 증명 생성 프로세스를 12초 이내에 완료할 수 있는 능력을 말합니다."라고 설명했습니다.

이것이 무슨 뜻일까요? 실시간 증명이 달성되면 이더리움은 블록 검증 로직을 프로토콜 자체에 통합하고 검증 가능성을 희생하지 않고 가스 한도를 거의 "임의적으로" 증가시킬 수 있게 되어 L1의 엄청난 확장을 달성할 수 있게 됩니다. (편집자 주: 이더리움 메인넷에서 각 블록의 생성 시간은 12초이므로 "실시간"이란 증명이 각 블록 주기 내에 완료됨을 의미합니다.)

하지만 실시간 증명을 달성하려면 zkVM 기술만으로는 충분하지 않으며, 이더리움 프로토콜 계층도 변경되어야 합니다.

이더리움 재단의 라디슬라우스는 내년 글램스터담 업그레이드에서 핵심 메커니즘인 "블록 검증과 즉시 실행의 분리"가 도입될 것으로 예상된다고 지적했습니다. 이를 통해 증명자(증명자)는 전체 슬롯 내에서 zkEVM 증명을 생성할 수 있는 시간을 더 많이 확보할 수 있고, 이를 통해 진정한 실시간 처리를 달성할 수 있습니다.

기술 구현 측면에서 Succinct는 최신 SP1 Hypercube zkVM을 출시했습니다. 이는 200개의 GPU 클러스터에서 10,000개 메인넷 블록의 93%에 대한 증명을 실시간으로 생성할 수 있습니다.

로이는 연말까지 성공률을 99%까지 높일 수 있을 것이라고 확신했습니다. 일부 난이도 높은 블록으로 인해 극소수의 블록에서 증명 생성이 불가능할 수도 있지만, 프로토콜 설계에는 이러한 블록을 건너뛰고 다음 블록으로 진행할 수 있는 장애 허용 메커니즘이 포함되어 있습니다.

또한 이더리움은 블록 시간을 12초에서 6초로 줄이는 것을 고려하고 있습니다(글램스터담에 대한 또 다른 잠재적 제안). 이를 통해 사용자 경험과 거래 확인 속도가 크게 향상되지만, 이는 ZK Prover에 추가적인 부담을 줍니다. 증명자의 경우 작업의 난이도가 두 배가 되기 때문입니다.

하지만 로이는 걱정하지 않습니다. ZK 기술의 성능은 매년 10배씩 향상될 수 있으니, 블록 타임이 절반으로 줄어들더라도 충분히 감당할 수 있습니다.

6월에 Linea는 네트워크의 온체인 활동 100%가 ZK 증명으로 처리된다고 발표했습니다. Linea의 현재 TPS는 2에 불과하지만, 이는 성능상의 제약이 아니라 사용상의 필요에 따른 제약입니다.

Linea 블록 간격이 2초에 불과하고, ZK 증명은 스마트 컨트랙트를 통한 검증을 위해 이더리움 L1에 업로드된다는 점은 주목할 만합니다. 이 모델은 미래 메인넷의 "ZK화"를 선도할 것으로 예상됩니다.

02. 이더리움 ZK 증명자의 하드웨어 임계값이 높습니까?

실시간으로 ZK 증명을 생성하려면 강력한 컴퓨팅 리소스가 필요합니다.

이더리움 재단의 Prover에 대한 초기 기술 목표는 하드웨어 비용을 10만 달러 미만으로, 전력 소비량을 10킬로와트 미만으로 유지하는 것입니다. 이는 테슬라 파워월 가정용 배터리의 전력 소비량과 거의 같습니다.

이 수치는 전혀 "가볍게" 들리지 않습니다. 이더리움 비평가 저스틴 본스(사이버 캐피털 창립자)는 이를 "솔라나의 검증자 노드를 훨씬 능가하는 엄청난 하드웨어 요구 사항"이라고 칭했지만, 이는 실제로는 완전히 다른 두 가지 역할을 혼동하는 것입니다.

이더리움 재단 프로토콜 조정팀의 라디슬라우스는 증명자(Prover)와 검증자(Validator)는 서로 다른 역할을 하므로 혼동해서는 안 된다고 지적했습니다. 검증자는 노드를 운영하고 합의에 참여하는 반면, 증명자는 영지식 증명(ZK)을 생성하는 역할을 합니다. 거래의 영지식 증명이 올바르게 생성되면 네트워크는 거래를 다시 실행할 필요 없이 증명의 정확성만 검증하면 됩니다.

라디슬라우스는 이에 대해 낙관적인 입장을 밝혔습니다. "하드웨어 요구 사항을 충족하는 정직한 증명자가 발견된다면 이더리움은 안전하게 운영될 수 있습니다. 저희는 의도적으로 데이터 센터보다 낮은 기준을 적용하고 있습니다. 대규모 기관이나 데이터 센터가 아니더라도 기술 역량을 갖춘 개인 개발자라면 누구나 집에서 Prover를 운영할 수 있습니다."

현재 이 10만 달러짜리 하드웨어 구성은 초기 목표일 뿐입니다. 이더리움 재단 연구원 소피아 골드는 올해 11월 데브커넥트 아르헨티나 개발자 컨퍼런스 이전에 주류 Prover가 이 기준을 충족할 것으로 예측합니다.

Succinct의 공동 창립자인 로이는 내년 초까지 GPU 요구 사항이 약 16개의 그래픽 카드로 줄어들고 총 비용이 10,000달러에서 30,000달러 사이로 조절될 것으로 예상합니다.

동시에 Succinct는 테스트 네트워크에 "수백 개의 증명자"로 구성된 분산형 네트워크를 구축하여 총 수백만 개의 증명을 생성했습니다.

이 시스템의 핵심 논리는 경쟁 증명입니다. 즉, 모든 증명자가 입찰에 참여하고, 각 라운드에서 낙찰자가 선정되어 zk 증명을 실행합니다. 이 시스템의 목표는 더 짧은 시간과 더 낮은 비용으로 참여자들이 낙찰받을 수 있도록 하여 컴퓨팅 파워 입찰 메커니즘을 형성하는 것입니다.

이는 ZK가 주도하는 이더리움의 미래에 채굴자의 정신이 다른 형태로 다시 나타날 것이라는 것을 의미합니다. 다만, 그들의 역할이 블록 계산에서 증명 계산으로 바뀌었을 뿐입니다.

03. ZK 아키텍처로 메인넷 전환: 매우 어려운 시스템 마이그레이션

이더리움 L1 메인넷을 제로 지식 증명(ZK) 아키텍처로 전환하는 것은 2022년 작업 증명(PoW)에서 지분 증명(PoS)으로 전환한 이후 거의 같은 수준의 또 다른 기술적 과제입니다. 전체 프로세스에는 프로토콜 계층의 재구성이 필요할 뿐만 아니라 네트워크 중단을 방지하기 위해 다양한 잠재적인 에지 시나리오와 보안 위험을 신중하게 고려해야 합니다.

7월 EthProofs 컨퍼런스에서 연구원 저스틴 드레이크는 몇 가지 잠재적 위험을 제시했습니다. 예를 들어, 악의적인 공격자가 소위 "증명자 킬러"를 블록에 삽입하여 전체 네트워크의 검증 메커니즘을 무력화할 수 있습니다. 또는 네트워크 활동이 갑자기 감소하면 ZK 증명 생성 비용을 충당할 거래 수수료가 부족해져 네트워크 지속 가능성에 영향을 미칠 수 있습니다.

이더리움 재단 프로토콜 조정팀의 라디슬라우스는 전체 전환 과정이 수년이 걸릴 수 있으며, 특히 보안 위험에 주의를 기울여야 한다고 밝혔습니다. ZK 가상 머신(zkVM)은 아직 초기 단계에 있는 복잡한 기술이며, 다양한 취약점이 발생할 가능성이 높습니다. 그러나 생태계가 성숙해짐에 따라 다양한 증명 시스템(증명 다양성) 도입, 인센티브 메커니즘 개선, 그리고 형식적 검증을 통해 이더리움 L1에서의 실행 가능성과 견고성을 점진적으로 향상시킬 수 있습니다.

동시에 이더리움은 합의 계층을 근본적으로 재구성하여 "빔 체인(Beam Chain)"이라는 새로운 구조를 구축할 계획입니다. 이 계획의 목표는 설계 초기부터 ZK(지식 증명)에 최적화되고 사용자 친화적인 환경을 제공하는 것입니다. 드레이크는 앞으로 이더리움의 모든 데이터 검증 작업을 일반 노트북 CPU에서 완료할 수 있을 것이라고 밝혔습니다.

04. 메인넷 "Snarkization": 네이티브 롤업이 다가옵니다

이더리움 메인넷이 zkEVM을 통합하는 동안, 또 다른 장기적 비전인 네이티브 롤업이 점차 등장하고 있습니다.

현재 롤업(낙관적 또는 ZK 유형)은 모두 독립적인 증명 시스템을 사용하며, 그 보안은 자체 검증자 또는 분류 메커니즘에 의존하고 있으며, 롤업과 이더리움 메인넷 사이에 특정 신뢰 가정이 있습니다.

"네이티브 롤업"의 비전은 완전히 다릅니다. zkEVM을 메인넷에 통합함으로써 이더리움 L1 검증자는 롤업의 상태 전이 증명을 직접 검증할 수 있으며, 이를 통해 메인넷에서 진정으로 검증되고 보안되는 L2를 실현할 수 있습니다.

이를 위해서는 이더리움 L1 클라이언트에 "execute precompile" 키 코드를 추가해야 하며, 이를 통해 검증자는 L2에서 생성된 ZK 상태 전송 증명을 직접 검증할 수 있습니다. 이더리움 재단의 프로토콜 코디네이터인 라디슬라우스는 "L1 검증자는 이러한 롤업의 실행 증명을 사용하여 정확성을 검증할 것입니다."라고 말했습니다.

즉, 네이티브 롤업이 현실화되면 미래에 L1에서 발생하는 거래든 네이티브 롤업에서 발생하는 거래든 최종 결제와 보안은 동일한 이더리움 검증자 그룹에 의해 보장되고, 신뢰 수준도 정확히 동일해질 것입니다.

즉, 네이티브 롤업에 1,000만 달러를 예치하는 것은 이더리움 메인넷에 직접 예치하는 것만큼 안전하다는 것을 의미합니다.

Linea 프로젝트 리더인 데클란 폭스는 장기적인 목표는 네이티브 Rollup이 되는 것이라고 밝혔습니다. 그는 이것이 ETH 2.0 샤딩 솔루션의 "업그레이드된 버전"이라고 생각합니다. 더 이상 동일한 구조의 64개 샤드 체인을 고정적으로 운영하는 것이 아니라, 다양한 시나리오와 사용자 요구에 맞춰 고도로 프로그래밍 가능하고 사용자 정의 가능한 이기종 Rollup 시스템을 구축하는 것입니다.

과거 ETH 2.0의 동질적 샤딩 아키텍처와 달리, 기본 Rollup은 이기종일 수 있어 최종 사용자에게 더욱 다양하고 차별화된 애플리케이션 경험을 제공합니다.

롤업은 아직 공식적으로 이더리움 로드맵에 포함되지 않았지만, zkEVM의 공식 출시와 L1 아키텍처의 점진적인 재구성을 통해 사전 설정 인터페이스와 사전 컴파일된 로직이 예측 가능한 기술적 추세가 되었습니다.

라디슬라우스는 "이더리움은 EVM을 스나키화(즉, ZK 증명 기능 통합)하고 네이티브 롤업을 촉진하는 데 있어 높은 수준의 기술적 시너지 효과를 가지고 있습니다. 두 가지 모두 기반 ZK 기술 스택을 공유하기 때문입니다."라고 결론지었습니다. 물론 이 과정은 이더리움 커뮤니티 거버넌스를 거쳐 EIP(이더리움 개선 제안)를 형성하고, 궁극적으로 하드포크를 통해 배포되어야 합니다.

모든 것이 잘 진행되고 우리가 낙관적이라면, 관련 EIP는 연말까지 제출되어 Glamsterdam 업그레이드 후 포크에서 출시될 수 있습니다.

그러나 이 일정은 여전히 매우 불확실하므로 신중하게 검토할 필요가 있습니다.