원문 기사: https://www.parity.io/blog/polkadot-rollups
저자: Parity
편집자: OneBlock+
블록체인 기술은 출시 이래로 확장성 측면에서 근본적인 문제에 직면해 왔습니다. 네트워크 사용자와 애플리케이션 수가 급증함에 따라 이더리움과 같은 주류 퍼블릭 체인의 거래 처리 기능은 점차 생태계 발전을 제한하는 병목 현상이 되었습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 블록체인 커뮤니티는 다양한 확장 솔루션을 개발했으며, 그 중 Rollup 기술은 보안을 유지하면서도 처리량을 크게 향상시킬 수 있어 많은 주목을 받았습니다.
롤업 기술의 핵심적인 장점은 거래 계산을 오프체인 실행으로 전환하는 동시에, 최적화된 데이터 전송 및 검증 프로세스를 통해 블록체인 네트워크의 처리 용량을 크게 향상시킨다는 것입니다. 그러나 Rollup은 다양한 플랫폼에서 널리 사용되었지만 여전히 많은 과제에 직면해 있습니다. 특히 Layer 1 블록체인과의 안전한 통합, 검증 효율성, 크로스 체인 상호 운용성 측면에서 그렇습니다.
이러한 기술적 맥락에서 폴카닷의 파라체인 아키텍처는 혁신적인 블록체인 설계 패러다임으로 롤업과 비슷한 확장 잠재력을 보여주지만, 기본 구현에서는 더욱 진보된 아키텍처를 채택합니다. 폴카닷은 단일 체인 종속성 모델과 달리 고유한 릴레이 체인을 통해 서로 다른 블록체인 간의 원활한 상호 운용성을 달성하는 멀티 체인 생태계를 구축했으며, 공유 보안 모델과 효율적인 검증 메커니즘을 통해 롤업과 유사하거나 심지어 그 이상의 확장 효과를 달성합니다.
이 글에서는 Polkadot의 병렬 체인 아키텍처와 주류인 Rollup 확장 솔루션 간의 본질적인 연결을 심층 분석하고, 기술 구현 측면에서 Polkadot의 혁신적인 이점을 체계적으로 분석합니다. 이 비교 연구를 통해, 독특한 디자인을 갖춘 Polkadot이 어떻게 보다 효율적이고 유연하며 안전한 블록체인 확장 솔루션을 제공하는지 알아보겠습니다.
롤업 기술 분석: 계산과 검증 분리의 혁신
블록체인 네트워크의 주요 임무는 합의 프로토콜을 통해 체인의 거래를 검증하는 것입니다. 이러한 거래는 한 계정에서 다른 계정으로 토큰을 보내거나 네트워크 간의 데이터 전송과 같은 "실제" 거래일 수 있습니다. 블록체인 네트워크는 블록 크기와 블록 시간에 대한 자연스러운 한계를 가지고 있기 때문에 모든 블록체인 네트워크에는 처리량 한계가 있으며, 이것이 Rollup 기술이 돌파하려고 하는 병목 현상입니다.
기술적인 관점에서 Rollup은 오프체인 환경에서 거래 계산을 수행하고 데이터 압축 및 일괄 처리 메커니즘을 통해 여러 거래를 단일 데이터 패킷으로 패키징합니다. 이렇게 처리된 데이터 패킷은 결국 1계층 메인 체인으로 다시 제출되고, 여기서는 보안 프로토콜을 통해 데이터 가용성이 보장됩니다. 이런 방식으로 Rollup은 컴퓨팅과 데이터 가용성의 분리를 달성하여 블록체인 확장을 위한 효율적이고 우아한 솔루션을 제공합니다.
롤업 기술 생태계: 두 가지 주요 구현
낙관적 롤업: 신뢰 가정에 따른 지연된 검증
이름에서 알 수 있듯이, Optimistic Rollups은 "낙관적" 가정에 기초합니다(Optimistic은 영어로 optimism을 뜻합니다). 즉, 사기로 판명되지 않는 한 제출된 모든 거래는 유효하다고 가정합니다. 이러한 디자인 철학은 기존의 "먼저 검증하고, 그 다음에 실행" 모델과는 극명하게 대조됩니다.
구체적으로, Optimistic 롤업은 먼저 모든 거래를 승인하고 패키지된 데이터를 L1 메인넷으로 전송합니다. 이 시스템은 각 거래에 대한 실시간 검증보다는 "사기 방지" 메커니즘에 의존하여 체인의 컴퓨팅 부담을 크게 줄입니다.
시스템이 잠재적인 사기 거래를 감지하면 분쟁 해결 프로세스가 시작됩니다. 거래는 분쟁 발생 전 상태로 롤백되고, 사기 거래를 제출한 검증자는 처벌을 받습니다. 참여자는 선의의 보장으로 자산을 담보해야 합니다. 사기가 확인되면 담보된 자산은 몰수됩니다. 정확한 분쟁 해결을 보장하기 위해 롤업 시스템은 완전한 거래 재생 기능을 구현해야 합니다.
분쟁 해결 과정의 비용이 많이 들기 때문에 실제로 발생 빈도는 비교적 낮습니다. 동시에 충분한 도전 기간을 보장하기 위해 Optimistic Rollup은 일반적으로 최종 확인 대기 기간을 7~14일로 설정하는데, 이는 이 기술의 주요 한계 중 하나입니다.
ZK Rollup: 암호화된 보안 즉시 검증
ZK(제로 지식) 롤업은 더욱 엄격한 검증 메커니즘을 채택하여 모든 거래가 오프체인에서 검증되고 암호화 증명을 생성한 다음, 검증을 위해 거래 데이터와 함께 증명을 메인넷 스마트 계약에 제출해야 합니다.
이러한 접근 방식을 사용하면 검증된 유효한 거래만 체인에 기록되므로 시스템 보안과 안정성이 크게 향상됩니다. 네트워크 무결성을 유지하기 위해 유효하지 않은 거래 배치는 즉시 거부됩니다. 그러나 복잡한 암호화 기술을 사용하고 특정 하드웨어에 대한 높은 요구 사항과 잠재적인 중앙 집중화 위험 때문에 ZK 롤업은 Optimistic 롤업보다 구현이 복잡하고 비용이 많이 듭니다.
또한 ZK Rollup은 여전히 다양한 L1 프로토콜 간 상호 운용성 문제에 직면해 있으며, 이로 인해 멀티체인 생태계에서 적용 범위가 어느 정도 제한됩니다.
Polkadot Parachain: 회의적인 검증 아키텍처
병렬 체인 디자인: 다중 체인 협업을 위한 공유 보안 모델
폴카닷 생태계의 파라체인은 원래 전용 체인으로 설계되었습니다. Agile Coretime 모델이 도입되면서 이 개념은 더욱 유연한 리소스 할당 메커니즘으로 진화하여 다양한 프로젝트가 실제 필요에 따라 고품질 블록 공간을 확보할 수 있게 되었습니다. 그럼에도 불구하고, 논의의 목적으로 이 문서에서는 여전히 Parachain이라는 용어를 사용합니다.
구조적 관점에서 볼 때, 각 Parachain은 거래 검증과 블록 생성을 독립적으로 수행하여 특정 비즈니스 로직에 기반한 기능적 서비스를 제공합니다. 그러나 완전히 독립적인 블록체인과는 달리 Parachain의 최종 합의는 Polkadot의 Relay Chain에서 제공되며, 이는 Parachain만의 고유한 보안 모델입니다. 검증된 파라체인 블록은 크로스 체인 상호 운용성을 달성하기 위해 릴레이 체인에 통합됩니다.
심층 분석 결과, Polkadot의 파라체인은 기본적으로 "Rollup" 구현인 것으로 나타났습니다. ZK Rollups과 비슷하게 Parachain은 거래를 릴레이 체인에 제출하기 전에 사전 검증합니다. 그러나 블록의 유효성을 보장하기 위해 Polkadot은 다중 계층 검증 메커니즘을 채택하고 "회의적인" Rollup 모델을 구축합니다. 이 모델은 제로 트러스트 원칙에 기초하고 있으며 네트워크 참여자가 악의적인 행동을 할 수 있다고 가정하므로 엄격한 다중 검증 보장이 구현됩니다.
파라체인 생태계에서 콜레이터 노드는 사용자 거래를 집계하고, 상태 전환을 실행하고, 새로운 블록을 제안하는 등의 핵심 역할을 수행하며, 파라체인과 릴레이 체인 간의 다리 역할을 합니다.
다중 계층 검증: Polkadot 의 보안 시스템
폴카닷의 검증 아키텍처는 릴레이 체인 검증자 세트(현재 파라체인당 5개)에서 동적으로 할당된 노드인 백커의 역할을 도입하고, 콜레이터가 제안한 블록을 검증할 책임을 맡습니다. 이러한 동적 할당 메커니즘은 검증 권한의 공정한 분배를 보장하고 단일 그룹이 장기간 특정 파라체인의 보안을 제어하는 것을 방지하기 위해 릴레이 체인에서 관리됩니다.
후원자는 수집자가 제안한 블록의 유효성을 검증하여 해당 블록이 파라체인의 규칙을 준수하는지, 시스템의 다른 부분과 충돌하지 않는지 확인합니다. 이러한 증거는 릴레이 체인 블록에 기록되고, 데이터 가용성 시스템과 결합되어 지지자들의 검증 행동에 대한 책임을 묻고, 효과적인 경제적 보안 모델을 형성합니다.
악의적이거나 결함이 있는 블록이 최종적으로 확정되는 것을 방지하기 위해 Polkadot은 "승인 검사기"라는 검증 계층을 추가합니다. 승인 확인자는 네트워크 무결성을 유지하기 위해 블록을 다시 검증해야 하지만, 이 프로세스는 블록 데이터에 대한 액세스에 의존합니다. 후원자가 데이터를 전혀 제공하지 않으면 어떻게 되나요? 여기서 데이터 가용성과 삭제 코딩이 유용합니다.
제거 코딩은 블록 데이터를 여러 개의 중복된 조각으로 나누어 네트워크 검증자에 분산 저장함으로써, 일부 데이터 제공자가 오프라인이거나 악의적인 행동을 하더라도 전체 블록을 재구성할 수 있습니다. 이 메커니즘은 데이터 가용성을 보장할 뿐만 아니라 대역폭 사용을 최적화하여 네트워크 효율성도 향상합니다.
제안에서 합의까지: 빠르게 확인되는 검증 프로세스
이상적인 조건 하에서 여러 계층의 검증을 거친 Parachain 블록은 GRANDPA 최종성 알고리즘을 통해 확인됩니다. 승인 검사자가 블록이 유효하지 않다고 판단하면 분쟁 프로세스가 시작되고 모든 릴레이 체인 검증자에게 추가 검사를 수행하도록 요구합니다. 만약 지지자가 제공한 증거가 부정확하다고 판명될 경우, 해당 지지자는 베임을 당하게 됩니다.
신중하게 설계된 이 조정 프로세스를 통해 Polkadot 네트워크는 높은 보안을 유지하는 동시에 빠른 완결성을 달성할 수 있습니다. 확인 과정은 복잡해 보일 수 있지만 전체 과정을 완료하는 데 걸리는 시간은 약 18초 정도입니다.
Polkadot의 기술적 장점: 기존 롤업을 넘어
속도 이점: 14일에서 18초로
폴카닷의 최종 확인 메커니즘에는 여러 검증 단계가 포함되어 있지만, 효율적인 병렬 처리와 최적화된 합의 알고리즘을 통해 약 18초의 최종 확인 시간을 달성합니다. 이 성과 지표는 Optimistic Rollups의 7~14일 분쟁 기간보다 훨씬 뛰어나 DApp 개발자와 최종 사용자에게 보다 원활한 상호 작용 경험을 제공합니다.
이러한 속도 이점은 Polkadot의 고유한 계층적 검증 아키텍처와 GRANDPA 최종성 알고리즘에서 비롯됩니다. 복잡한 검증 정보를 처리할 때에도 시스템은 높은 효율성을 유지하고 보안 및 성능 요구 사항을 균형 있게 유지할 수 있습니다.
XCM: 원활한 상호 연결을 위한 크로스 체인 표준
Polkadot은 효율적인 최종 확인 메커니즘 외에도 기본적인 크로스체인 커뮤니케이션 기능을 제공합니다. XCM 프로토콜을 통해 Polkadot 생태계 내의 애플리케이션은 원활하게 상호 운용될 수 있으며, 개발자는 멀티체인 환경의 풍부한 기능을 활용할 수 있습니다.
XCM 프로토콜은 진정으로 분산된 애플리케이션의 개발을 촉진하고 복잡한 크로스체인 상호 작용 시나리오를 지원합니다. 릴레이 체인이 제공하는 공유 보안 모델 덕분에 폴카닷의 크로스 체인 통신은 빠를 뿐만 아니라(약 12초이며 지속적으로 최적화되고 있음) 높은 수준의 보안을 유지합니다. 이와 대조적으로, Optimistic Rollup 간의 보안 통신은 전체 분쟁 기간(약 7일)을 기다려야 하므로 효율성이 상당히 떨어집니다.
결론
포괄적인 분석 결과, Polkadot은 프로토콜 수준에서 기본 Rollup 기능을 구현했으며 동시에 혁신적인 다중 계층 검증, 빠른 확인 메커니즘, 효율적인 데이터 처리를 통해 보다 진보된 확장 아키텍처를 구축한 것으로 나타났습니다.
Polkadot의 파라체인 시스템은 "회의적 롤업"의 혁신적인 모델을 나타냅니다. ZK 롤업의 사전 검증 이점과 Optimistic 롤업의 유연성을 교묘하게 결합합니다. 고유한 검증 아키텍처와 역할 설계를 통해 성능, 보안 및 상호 운용성을 포괄적으로 개선하여 블록체인 확장 기술의 새로운 개발 방향을 열었습니다.
🔍 Polkadot의 Rollup 아키텍처에 대해 자세히 알아보거나 다른 Rollup과 비교하려면 Polkadot 공식 Wiki를 참조하세요.
https://wiki.polkadot.network/docs/learn-comparisons#rollup-comparison-table
