영지식 증명, 크립토 업계의 마법의 총알이 될까?

[Xangle Digest]

작성자: Crypto_Gang

• 2021년 탈중앙화 생태계 내에서 혁신을 주도하고 있는 영지식 증명(Zero Knowledge proofs, Zk-Proofs)
• 영지식 증명을 기반으로 한 Zk-롤업으로 이더리움 확장성 개선 노력
• 미나 메인넷 출시, 폴리곤의 헤르메즈 합병, ZkSync V2 출시 등 영지식 증명을 활용한 솔루션에 이더리움 생태계에서 높은 관심을 보이는 상황

올해, 영지식 증명(Zero knowledge proofs, zk-proofs)*은 탈중앙화 생태계에서 혁신을 주도하는 암호화 툴로 주목받고 있습니다.

*영지식 증명은 컴퓨터 과학 연구원 Shari Goldwasser, Silvio Micali, Charles Rackoff의 1985년 논문 'The Knowledge Complex of Interactive Proof-Systems'에서 처음 고안되었습니다. 영지식 증명은 한 당사자가 다른 당사자에게 추가 정보에 대한 노출 혹은 진술 자체의 내용을 밝히지 않고 주어진 진술이 사실임을 증명할 수 있는 매커니즘입니다.

1. 이더리움의 확장성 딜레마와 레이어2의 등장

2017년 크립토키티 사태 이후 이더리움 개발자들은 블록체인 고유의 확장성 딜레마를 해결하고자 많은 노력을 들였습니다. 지난 3년을 이더리움의 단점인 비효율성 개선하면서도 개인정보 보호 능력을 갖추기 위한 솔루션 개발에 몰두한 것입니다. 그 결과 다양한 이더리움의 확장성과 비효율성을 개선한 레이어2 솔루션들이 제시되었습니다. 레이어1인 이더리움과 다른 층(레이어)에서 가동되는 스테이트채널, 플라즈마, 사이드체인 등이 바로 그 솔루션들입니다. (아래 그림 참조)

그러나, 이 확장 솔루션들도 여전히 문제점을 가지고 있었습니다. 스테이트 채널은 EVM(Ethereum Virtual Machine)과 호환되지 않았으며, 사용자 ID와 초기 자본 락업이 요구되었습니다. 플라즈마 또한 EVM과 호환되지 않는 한계를 보였습니다. 사이드체인은 이더리움과 독립된 합의 알고리즘을 운영하기 때문에 보안성 및 안정성의 이슈가 제기되었습니다.

2. Zk(Zero knowledge) 롤업, 궁극의 레이어2 솔루션?

레이어2 솔루션 중 롤업(Rollup)은 트랜젝션 연산을 오프체인으로 이동시키지만, 트랜잭션 데이터를 이더리움 체인에 저장하기 때문에 레이어1의 보안성을 계승하는 솔루션입니다. 그런데 여기서 트랜잭션 데이터가 유효한지에 대한 검증이 필요합니다. 옵티미스틱 롤업은 모든 트랜잭션이 유효하다는 가정하에 어떠한 계산(검증)도 거치지 않고 배치를 제출합니다. 그러나 누구나 이의를 제기할 수 있는 DTD(Dispute Time Delay, 분쟁 시간 지연) 기간이 필요하기에, 예금 인출 등을 원하는 경우 최소 1주일의 기간을 기다려야한다는 단점이 있습니다.

반면에 영지식 증명 기술을 사용하는 Zk-롤업은 모든 트랜잭션의 유효성에 대해서 검증을 합니다. 이 때 유효성 검증을 위해서 레이어2로 이동을 해서 모든 트랜잭션의 검증을 마치고 검증 결과만을 레이어1의 트랜잭션에 기록합니다. Zk 롤업에서는 모든 트랜잭션의 검증을 했기 때문에 DTD 기간이 필요하지 않으며 예금의 빠른 인출이 가능합니다. 다만 기존 Zk-롤업은 EVM과 호환되지 않는다는 단점을 가지고 있었습니다.

그러나 최근 Matter Labs가 ZkSync v2를 출시하면서 EVM 호환 가능한 Zk-롤업을 발표했습니다. Matter Labs의 발표에 따르면, v2에서는 EVM에 호환되면서도 ZkSync와 10분 미만의 인출 대기 시간만 기다리면 자금 인출이 가능해졌습니다. zkSync는 아직 테스트넷이지만 커브와 같은 디앱을 사용할 수 있어 EVM 호환성을 증명하고 있습니다.

3. 영지식 증명의 미래

이처럼 영지식 증명을 이용한 Zk-롤업이 발전하면서 최근 영지식 증명에 대한 크립토 업계의 관심은 매우 뜨거운 상황입니다. 2021년 3월에는 영지식 증명을 활용해 데이터 사이즈를 획기적으로 줄여 노드 검증자 진입장벽을 없앤 미나 프로토콜이 런칭되었습니다. 2021년 8월에는 폴리곤이 2,500만 달러에 Zk-롤업 솔루션 헤르메즈와 합병했으며 9월에는 미나와 파트너쉽을 발표했습니다. 2021년 11월, ZkSync 개발사인 Matter Labs에서는 a16z로부터 5천만 달러의 투자를 유치했습니다. Loopring과 Immutable X도 zk 롤업을 활용하여 디파이와 NFT에 특화된 생태계를 조성하고 있습니다.

주요 ZK롤업 솔루션

• ZkSync V2 - MatterLabs
• Mina Protocol
• Hermez - Polygon
• Immutable X

이처럼 많은 자금과 개발자들이 영지식 증명에 대해 관심을 가지고 있는 상황에서 누가 레이어2 확장 솔루션의 승자가 될지 귀추가 주목됩니다.

출처: https://thedefiant.io/zero-knowledge-ethereum-layer-1, https://limechain.tech/blog/optimistic-rollups-vs-zk-rollups/, https://techcrunch.com/2021/11/08/matter-labs-scores-50m-from-a16z-to-bring-zero-knowledge-rollup-scaling-to-ethereum/, https://www.coindesk.com/business/2021/08/13/polygon-merges-with-hermez-network-in-250m-deal/,