이더리움 확장: 솔루션 탐색

많은 블록체인과 마찬가지로 이더리움은 현재 트랜잭션 처리 용량이 제한되어 있습니다. ETH 전송 및 수천 개의 DApp을 지원함에도 불구하고 사용량이 증가함에 따라 거래 속도가 느려지고 비용이 많이 듭니다. 

높은 수수료를 완화하기 위해 이러한 상황으로 인해 NFT 마켓플레이스를 위한 오프체인 중앙 집중식 서비스와 같은 안전하지 않은 설계 결정이 내려졌습니다. EIP 1559의 도입으로 수수료 추정 및 인센티브가 개선되었지만 확장성은 크게 개선되지 않았습니다. … 확장성 문제는 확장성, 분산화 및 보안이라는 인기 있는 블록체인 트릴레마 내에서 잘 이해됩니다.

블록체인 트릴레마는 분산화, 보안 및 확장성이라는 세 가지 속성을 동시에 달성하는 것이 불가능하다고 주장합니다. 분산화를 희생하면 Web2가 이미 입증한 것처럼 확장 가능하고 안전한 시스템을 구축하는 것이 훨씬 쉽습니다. 합의 메커니즘을 희생하여 확장성을 우선시하면 무의미하고 안전하지 않은 탈중앙화된 블록체인을 갖게 됩니다. 블록체인 트릴레마를 해결하는 것은 믿을 수 없을 정도로 복잡하며 지난 XNUMX년 동안 계속되는 도전이었습니다.

처리량 향상: 다양한 접근 방식

수년에 걸쳐 이더리움 블록체인 트릴레마를 해결하기 위해 많은 솔루션이 해결되었습니다. 대중적인 제안은 초당 더 큰 블록 또는 블록을 구축하는 것입니다. 좋은 생각처럼 보일 수 있지만 이는 블록체인 노드와 검증자/채굴자에 대한 합의를 위한 요구를 강화하여 중앙 집중화를 증가시킵니다. 또한 재구성 속도가 느려져 보안 위험이 증가합니다.

대안은 폴리곤 네트워크에서 볼 수 있듯이 메인 체인의 부하를 줄이기 위해 사이드 체인을 만드는 것입니다. 이 시스템은 이더리움(시가 총액이 적음)보다 약한 합의에 의존하기 때문에 보안 상충 관계가 있습니다. 특정 사용 사례에 적합할 수 있지만 종종 중앙 집중화로 이어지고 Ethereum의 확장성 문제를 완전히 해결하지 못합니다. 그리고 어쨌든 Visa와 같은 시스템을 실행하는 데 필요한 수만 건의 요청과는 거리가 멀습니다. 

레이어 2 및 샤딩: 이더리움의 확장성 문제에 대한 솔루션? 

샤딩 및 레이어 2 이더리움이 블록체인 트릴레마를 유지하면서 확장할 수 있는 최상의 옵션으로 널리 알려져 있습니다.  

한편으로는, 블록체인 샤딩 오랫동안 블록체인 세계에서 확장성의 핵심으로 여겨져 왔습니다. 2.0년 Eth2019의 주요 기능으로 BLS 서명 체계, PoS 합의 메커니즘 및 eWASM 구현으로 이동했습니다. 반면에, 레이어 2 롤업 메커니즘에 대한 지속적인 연구를 통해 급속한 발전을 이루었습니다. 이 두 경쟁 방식의 현재 상태와 미래에 대해 살펴보겠습니다. 

블록체인 샤딩은 어떻게 작동합니까? 

샤딩이라는 용어는 데이터베이스를 샤드라고 하는 더 작고 관리하기 쉬운 조각으로 수평 분할하는 데이터베이스 과학에서 비롯됩니다. 각 샤드는 데이터 하위 집합을 포함하는 별도의 데이터베이스입니다. 샤딩은 데이터와 쿼리를 여러 서버에 분산하여 데이터베이스를 확장하는 데 사용되므로 데이터베이스가 강력한 단일 서버 없이도 더 많은 양의 데이터를 처리할 수 있습니다.

블록체인에서 샤딩을 활용한다는 아이디어는 개발자들 사이에서 빠르게 인기를 얻었습니다. 블록체인 샤딩은 네트워크를 샤드라고 하는 더 작은 하위 네트워크로 나누고 샤드는 트랜잭션을 병렬로 처리할 수 있도록 합니다. 샤드 블록체인에서 각 샤드는 독립적으로 작동하는 별도의 체인입니다. 이것은 각 노드, 광부/검증자가 로컬 합의를 생성하기 위해 주어진 샤드에 집중할 수 있음을 의미합니다. 첫째, 트랜잭션을 병렬로 처리할 수 있습니다. 둘째, 각 샤드에는 관리할 트랜잭션이 적습니다. 완벽하게 들리는데 문제가 무엇입니까?

샤딩 챌린지: 합의, 교차 샤드 통신 및 보안

블록체인 샤딩을 사용하면 전반적인 합의를 정의하기가 쉽지 않습니다. 네트워크의 글로벌 합의는 무엇입니까? 각 지역 합의의 합집합인가? 누구나 신뢰할 수 있는 글로벌 합의를 만들기 위해 이러한 로컬 합의를 어떻게 그리고 어디에 고정합니까? 그러한 질문은 대답하기 쉽지 않습니다. 

샤딩 구현의 또 다른 중요한 과제는 샤드 간 통신입니다. 데이터베이스의 경우 데이터가 서로 다른 샤드로 분할되어 실제 문제 없이 독립적으로 읽거나 쓸 수 있기 때문에 이러한 문제가 없습니다. 코드를 실행하는 블록체인 샤드의 경우 훨씬 더 복잡합니다. 각 샤드는 자체 코드를 실행하고, 다른 샤드의 상태를 참조하고, 다른 샤드에서 코드를 실행할 수 있어야 합니다. 이것은 사소한 일이 아닙니다. 

이 샤딩 난이도는 다음과 같은 문제와도 관련이 있습니다. 보안. 이 문제는 전문가들에 의해 연구되었으며 다양한 샤딩 체계가 다음과 같은 경향이 있는 것으로 간주되었습니다. 많은 새로운 형태의 공격. 우선, 단순히 합의 메커니즘에 의문을 제기합니다. 10개의 샤드가 있고 채굴자가 샤드당 분산되어 있다면 하나의 샤드를 인수하는 것이 전체 블록체인을 인수하는 것보다 10배 저렴합니다. 개략적으로 51% 공격은 5.1%로 변환됩니다. 이에 대한 한 가지 해결책은 합의 메커니즘을 작업 증명에서 지분 증명으로 변경하는 것입니다. 이것이 Ethereum이 Proof Of Stake로 전환하는 주요 동기였습니다.

에 보안 앞, 효과 병합 크게 논의되었습니다. 에 분산 앞선 업데이트된 이더리움 합의는 토큰 소유권이 네트워크 제어를 결정한다는 점을 감안할 때 중앙화를 선호했습니다. 

이더리움의 새로운 합의와 관련하여 몇 가지 매개변수가 중앙 집중화를 장려했습니다.

• Ethereum 노드를 실행하는 것은 간단하지 않으며 리소스와 가동 시간이 필요합니다. 그것은 단순히 지갑이 그것을 구현하고 노트북이나 모바일에서 실행되는 것을 방지합니다.

• 32 ETH 임계값과 알 수 없는 날짜까지 스테이킹을 해제할 수 없다는 사실은 Lido와 거래소가 대부분의 시장을 차지하는 풀링 및 유동성 스테이킹을 만들었습니다. 오늘날 4명의 행위자가 이더리움 블록체인에 스테이크된 코인의 55% 이상을 제어하고 있습니다(Lido 29.2%, Coinbase 13.1%, Kraken 7.6% 및 Binance 6.2%).

대체로 블록체인 샤딩은 확장성을 높이는 흥미로운 아이디어이지만 특히 전반적인 합의를 정의하고 효율적인 교차 샤드 프로토콜을 구현하는 경우 복잡한 아키텍처가 필요합니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 많은 작업을 수행했지만 아직 이를 구현하고 블록체인 트릴레마에 미치는 영향을 파악하는 데는 아직 멀었습니다. 

구출을 위한 롤업

롤업은 여러 거래를 이더리움이 실행할 단일 거래로 압축하여 결제를 위한 이더리움의 보안으로 많은 거래를 오프체인에서 실행할 수 있도록 합니다. 이 아이디어에는 두 가지 주요 구현이 있습니다. 

• 사용자가 분쟁 발생 시 사기 증거를 발행할 수 있는 낙관적 롤업
• L2 네트워크가 유효성 증명을 발행하는 ZK-롤업.

낙관적 롤업 및 완결성 문제:

낙관적 롤업은 가장 EVM처럼 보이는 롤업으로 설계되었습니다. 그들은 사용자가 사기 거래를 제출하지 않고 직접 블록체인 쓰기를 허용한다고 가정하기 때문에 낙관적입니다. 

L2 유효성 검사기가 초기화하여 며칠(Optimism의 경우 7일) 내에 이루어진 오프체인 트랜잭션을 확인할 수 있는 사기 증명을 사용하는 메커니즘이 있습니다. 유효한 사기 방지는 거래 프로세스에서 사기 단계를 식별하여 거래 취소 및 승인 검증자에 대한 벌금으로 이어집니다. 이는 이더리움의 메인체인 보안을 유지하면서 트랜잭션 처리량을 향상시킵니다. 

그러나 낙관적 롤업은 다음과 같은 새로운 과제를 안고 있습니다. 최종. 블록체인에서 확인된 트랜잭션은 영구적이고 되돌릴 수 없는 것으로 간주되지만 이는 합의 메커니즘에 따라 다릅니다. 예를 들어 PoW 체인은 재구성 가능성이 낮을 때 거래를 최종 거래로 간주하고 비트코인 ​​거래는 6번의 확인 후에 최종 거래로 간주합니다. 낙관적 롤업을 사용하면 며칠 후에 트랜잭션을 되돌릴 수 있으므로 최종 문제와 다른 절충안이 생성됩니다.

다른 종류의 롤업: ZK-롤업

SNARK 또는 STARK와 같은 ZKP(Zero-Knowledge Proof) 기술을 사용하여 이름이 지정된 ZK-Rollup은 또 다른 유형의 롤업입니다. 영지식 속성은 실제로 유용하지 않기 때문에 유효성 롤업이라고 부르는 것이 더 정확할 수 있습니다.

롤업은 일련의 거래를 실행하고 거래의 최종 결과를 확인하는 이더리움 블록체인의 스마트 계약으로 검증된 유효성 증명을 생성합니다. 영지식 암호화 프리미티브를 사용하여 암호화 증명이 생성됩니다. 

보다 광범위하게 영지식 증명을 통해 한 당사자(증명자)는 실제 정보를 공개하지 않고 다른 당사자(검증자)에게 특정 정보를 소유하고 있음을 입증할 수 있습니다. 증명자는 내용을 배우지 않고도 증명자의 진술의 진실성을 확신할 수 있습니다.

원래 기밀성을 위해 설계된 ZKRollups는 압축 및 신뢰할 수 있는 컴퓨팅과 같은 매우 다른 목적을 위해 영지식 증명을 사용합니다. 두 가지 주요 영지식 기술은 zk-STARK(영지식 확장 가능 투명 지식 인수를 의미)와 zk-SNARK(영지식 간결한 비대화형 지식 인수를 의미)입니다.

L2의 데이터 가용성 문제:

우리가 본 것처럼 ZKP 기술은 L2 상태의 유효성을 보장하지만 증명만으로는 상태에 대한 액세스를 제공하지 않습니다. 처리량을 늘리기 위해 실행은 오프체인으로 이동하지만 재구성을 위해 데이터에 계속 액세스할 수 있어야 합니다. 이를 달성하기 위해 거래 데이터는 이더리움에서 콜데이터로 제출되어 향후 재구성에 데이터를 사용할 수 있도록 합니다. 이 데이터는 또한 IPFS 또는 Arweave와 같은 신뢰할 수 있는 분산 저장소에 저장되어 누구나 L2를 재구성하고 분산 저장소의 내부 인센티브를 활용할 수 있습니다. 

이 데이터를 온체인에 저장할 수 있는 기능이 있다면 더 좋겠지만 데이터는 L2의 상태/진실을 재구성하는 역할만 하고 실행되지 않으므로 블록체인 용량을 비효율적이고 비용이 많이 듭니다. 

이 장애물을 해결하기 위해 Ethereum 개발자는 EIP4488 및 EIP4844(혼란을 피하는 행운)의 두 가지 EIP를 제안했습니다. 첫 번째는 calldata의 가스 비용을 낮추고 두 번째는 L2 데이터 스토리지를 위한 새로운 트랜잭션 유형을 생성합니다. 이 데이터는 변경할 수 없고 읽기 전용이며 EVM에서 액세스할 수 없으므로 실행할 수 없습니다. 

이러한 EIP는 ZKRollup 로드맵이 Execution Sharding 로드맵과 정확히 만나는 지점이며, 둘 다 다른 목적을 위해 동일한 개념을 제안합니다. EIP4488은 필수 L2 데이터를 저장하는 것을 목표로 하는 반면 Proto-Danksharding으로도 알려진 EIP-4844는 Danksharding 및 실행 샤딩을 구현하기 위한 단계입니다.

단크샤딩:

Danksharding은 종종 병렬로 분리 및 처리를 위해 큰 데이터 세트를 더 작은 부분으로 나누는 것을 포함합니다. 이 방법은 훈련 세트가 매우 클 수 있는 빅 데이터 및 AI 분야에서 사용됩니다. 

Proto-danksharding(EIP-4844)은 샤딩을 구현하지 않지만 샤딩할 수 있는 저렴한 호출 데이터 스토리지를 제공합니다. 이 저렴한 콜데이터 스토리지는 L2에서 이더리움의 확장성을 크게 향상시켜 잠재적으로 샤딩을 중복되게 만듭니다. 

프로토 댄크샤딩:

Proto-danksharding을 통해 Ethereum 블록체인은 확장 불가능한 계산 및 확장 가능한 데이터를 갖게 됩니다. 그리고 ZkRollups는 본질적으로 이 확장 가능한 데이터와 확장 불가능하지만 신뢰할 수 있는 계산을 확장 가능한 계산으로 변환합니다.

블록체인 트릴레마의 ZKRollups:

ZKRollups는 기본 블록체인 속성을 변경하지 않고도 강력한 확장성 이점을 제공합니다. 영지식 증명 온체인을 확인하는 것이 주요 요구 사항인 반면 데이터 가용성은 오프체인에서 구현할 수 있습니다. 장기적으로 Layer-1은 단순하고 안전하며 탈중앙화되고 Layer-2는 확장성을 제공할 것이라고 기대할 수 있습니다.

캐치는 어디에 있습니까?

L2는 실제로 많은 확장이 가능합니다. 그럼에도 불구하고 온체인(L1에서)으로 정산하려면 L2의 전체 상태에 대한 유효성 증명을 생성해야 하므로 중앙 집중화 문제가 발생합니다. 현재 L2 디자인에는 단 하나의 검증자가 있어 트랜잭션을 검열할 수 있습니다. 기본 브리지가 구축되어 있으므로 L1 자산을 실제로 동결할 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위한 연구가 진행 중이며 다른 당사자가 증명을 내보낼 수 있도록 허용하지만 이러한 증명 사이의 중재를 위해 몇 가지 어려운 질문이 남아 있습니다. 모든 경우에 이것은 미래를 위해 해결해야 할 중요한 문제입니다. 

Starknet은 이것을 다음과 같이 식별했습니다. 로드맵의 중요한 주제, Arbitrum은 책임을 시퀀서 수신함 및 지연 수신함 검열 시 자금을 회수할 수 있도록 합니다.

생각을 폐쇄 

우리가 조사한 바와 같이 확장성은 보안 및 분산화에 비용이 들 수 있는 반면 레이어 2 솔루션은 블록체인 트릴레마의 다른 측면을 손상시키지 않으면서 확장성을 높일 수 있는 가장 유망한 방법으로 간주됩니다.

ZKP 기술을 사용하는 낙관적 및 유효성 롤업은 규모에 따라 신뢰할 수 없고 복잡하며 무허가 거래를 가능하게 함으로써 이더리움의 미래를 형성하는 데 필수적입니다. 유효성 롤업은 낙관적 롤업에 비해 짧은 완결성이라는 중요한 이점이 있습니다. 이더리움의 로드맵은 최근 블록체인 수준에서 이러한 롤업을 지원하도록 변경되었습니다.

블록체인 확장성의 미래에는 계층 2(또는 재귀 롤업)에서 실행되는 복잡한 DApp이 포함되어 있어 분산되고 안전한 계층 1이 제공되어 사실상 무한한 확장성을 허용합니다. 장기적으로 레이어 1은 결제 레이어가 될 수 있으며 DApp의 복잡성은 레이어 2로 이동했습니다.

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• 출처: https://www.ledger.com/blog/on-the-future-of-ethereum-charles-guillemet