작성자: Emperor, 0xkrane

편집자: Lynn, Mars Finance

블록체인은 글로벌 상태에 대한 합의를 가능하게 하는 전 세계적으로 분산된 원장입니다. 일부 블록체인에는 이 전역 상태를 기반으로 프로그래밍을 가능하게 하는 Turing-complete 실행 환경이 장착되어 있습니다. 블록체인 실행 환경을 대상으로 하는 프로그램을 스마트 계약이라고 하며, 그 기반이 되는 블록체인을 스마트 계약 플랫폼이라고 합니다. Ethereum, Solana 및 Avalanche는 가장 널리 알려진 스마트 계약 플랫폼입니다. 우리는 스마트 계약 플랫폼을 실행 환경(또는 가상 머신)이 CPU 역할을 하고 상태가 스토리지 역할을 하는 분산 컴퓨터로 생각할 수 있습니다.

블록체인을 컴퓨터로 보는 이러한 프레임워크는 특히 블록체인의 맥락에서 보조 프로세서/오프체인 컴퓨팅이 불가피한 이유를 설명하는 데 중요합니다. 기존 컴퓨팅에서 보조 프로세서는 마이크로아키텍처에서 시작되었으며 성능을 향상하도록 설계되었습니다. 마찬가지로, 이더리움의 보조 프로세서는 기본 계층 프로토콜의 기능과 설계 공간을 향상시키기 위해 기록 데이터 및 고성능 오프라인 계산에 대한 액세스를 약속합니다. 자세한 내용은 보조 프로세서에 대한 소개 기사를 참조하세요.

이 기사에서는 보조 프로세서의 중요성과 메타 속성을 밝히는 것을 목표로 첫 번째 원리부터 보조 프로세서를 살펴봅니다. 그런 다음 이를 롤업과 비교하여 두 개념이 다르지만 밀접하게 관련되어 있음을 보여줍니다. 또한 보조 프로세서와 함께 롤업을 사용할 수 있는 경우의 예도 제공합니다. 예를 들어, 모든 기능을 갖춘 롤업이나 L1이라도 무거운 작업을 수행하려면 보조 프로세서가 필요할 수 있습니다.

우리는 블록체인이 계산은 중앙 집중화되지만 검증은 여전히 ​​분산되어 있는 미래를 향해 나아가고 있다는 점을 관찰하면서 이 기사를 마무리합니다. 롤업, 코프로세서 및 기타 검증 가능한 오프체인 계산의 형태는 이 미래의 다른 예일 뿐입니다.

우리가 여기까지 온 방법:

Vitalik은 " 블록체인 확장성의 한계 "에서 일반 사용자가 노드를 운영할 수 있는 것이 블록체인 탈중앙화에 매우 중요하다고 언급했습니다.

앞서 언급했듯이 이더리움은 분산형 글로벌 컴퓨터로 여러 가지 방식으로 개념화될 수 있습니다. 소프트웨어를 실행하고 스마트 계약 실행을 위한 컴퓨팅 리소스를 제공하는 노드 네트워크입니다. 이더리움 블록체인은 컴퓨터의 저장소 및 메모리와 유사하게 상태 정보와 코드를 저장합니다. EVM(Ethereum Virtual Machine)은 각 노드에서 실행되어 트랜잭션을 처리하고 CPU처럼 코드를 실행합니다. 그러나 이더리움은 신뢰할 수 없는 노드 간의 합의를 사용하여 허가가 없고 분산되어 있습니다. 일부 노드가 오프라인 상태가 되어도 네트워크는 계속 작동됩니다. EVM의 올바른 작동을 보장하기 위해 이더리움과 같은 지분 증명(PoS) 네트워크의 검증자는 이를 검증하기 위해 모든 상태 전환을 수행해야 합니다. 이는 PoS 네트워크에서 가장 느린 노드의 속도를 제한하여 애플리케이션 개발자가 사용할 수 있는 컴퓨팅 양을 제한합니다.

일반 컴퓨터와 달리 Ethereum은 네트워크 남용을 방지하기 위해 계산 및 저장을 제한합니다. 각 작업마다 요금이 부과되므로 무한 루프는 경제적으로 실용적이지 않습니다. 이 접근 방식은 진입 장벽을 낮추어 Raspberry Pi와 같은 일상적인 하드웨어가 네트워크 노드를 실행할 수 있게 해줍니다. 이러한 제한은 누구나 분산형 이더리움 네트워크 운영을 도울 수 있는 포괄적인 시스템을 가능하게 합니다.

Ethereum 노드의 이러한 계산 제한으로 인해 기계 학습 모델, 게임 또는 과학 컴퓨팅 응용 프로그램과 같은 복잡한 응용 프로그램은 현재 Ethereum에서 직접 실행할 수 없습니다.

이는 이더리움을 필수 애플리케이션의 기반으로 널리 접근 가능하고 안전하며 지속 가능하게 만들기 위한 절충안입니다. 그러나 필연적으로 계산이 무제한인 컴퓨터에 비해 몇 가지 제한 사항이 있습니다. Pentium 5와 같은 오래된 프로세서와 비교해도 다음과 같은 한계가 있습니다.

이는 이더리움을 필수 애플리케이션의 기반으로 널리 접근 가능하고 안전하며 지속 가능하게 만들기 위한 절충안입니다. 그러나 필연적으로 계산이 무제한인 컴퓨터에 비해 몇 가지 제한 사항이 있습니다. Pentium 5와 같은 오래된 프로세서와 비교해도 다음과 같은 한계가 있습니다.

궁극적으로 제한된 저장 및 계산으로 인해 애플리케이션에 사용할 수 있는 자유도가 제한됩니다(이러한 제한은 블록체인마다 다르지만 항상 존재합니다). 사람들은 블록체인을 1970년대와 1980년대의 계산이 제한된 환경과 비교하지만 우리는 몇 가지 큰 차이점이 있다고 생각합니다.

이 모든 것은 수년에 걸쳐 CPU가 향상되었고 각 장치에 더 많은 CPU 코어가 추가되어 점점 더 복잡한 작업을 수행할 수 있게 되었다는 의미입니다. 블록체인 컴퓨터가 기존 컴퓨팅만큼 빠르지 않을 것이라고 생각한다면(기본 노드 요구 사항으로 인해) 대체 컴퓨팅 소스를 찾는 것이 합리적입니다. 여기서 흥미로운 비유는 기존 컴퓨팅의 CPU가 그래픽 처리 작업에 능숙하지 않아 거의 모든 컴퓨터에서 GPU가 증가한다는 것입니다. 마찬가지로, 블록체인은 간단한 계산 배터리를 가능하게 하는 안전한 상태 저장소가 되는 데 중점을 두기 때문에 오프체인 컴퓨팅이 애플리케이션 설계 공간을 확장할 수 있는 분명한 기회가 있습니다. 오늘날 블록체인은 개방형 액세스, 자기 주권, 검열 저항 및 구성성과 같은 속성이 필요한 저컴퓨팅 애플리케이션에만 적합합니다. 더 다양한 애플리케이션을 온체인에 배치하려면 애플리케이션 개발자에 대한 제한을 해제해야 합니다. 우리는 이러한 제한이 실험을 용이하게 한다는 가정 하에 이렇게 말합니다. 예를 들어 CLOB는 계산상의 한계로 인해 이더리움에서 효율적으로 실행될 수 없어 AMM을 채택했으며 거래량이 1조 달러에 달했습니다.

블록체인 애플리케이션에 더 많은 컴퓨팅 성능을 제공하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다.

기준 노드 요구 사항을 상대적으로 자주 늘립니다. 이는 솔라나(Solana), 수이(Sui) 등 고성능 통합 블록체인이 취하는 대략적인 경로이다. 노드의 높은 기준선을 통해 매우 빠른 블록체인을 구축할 수 있으며 애플리케이션 설계에서 일부 설계 제약 조건도 제거됩니다. Phoenix는 솔라나의 지정가 주문장 DEX이며 현재 이더리움(또는 모든 L2)에서는 구축할 수 없습니다. 기본 요구 사항이 증가하는 반면, 계속해서 증가하면 노드 실행은 전문 인프라 제공자에게만 가능하다는 것입니다. 과거의 RAM 요구 사항은 솔라나의 하드웨어 요구 사항이 어떻게 계속 증가하는지 보여주는 좋은 예입니다.

아카이브(참고: 2020년 평균 RAM 수요 사용)는 계산을 오프체인 제3자에게 전달합니다. 이것이 이더리움 생태계가 채택한 전략입니다. 이러한 제3자 자체는 블록체인(집계의 경우), 오프체인 검증 가능한 컴퓨팅 장치(예: 보조 프로세서) 또는 신뢰할 수 있는 제3자(dydx 주문서와 같은 애플리케이션별 오프체인 컴퓨팅의 경우)일 수 있습니다. ) ).

오프체인 컴퓨팅의 통합을 향하여

최근에는 오프체인 검증 가능한 계산을 제공하는 보조 프로세서에 대한 논의가 증가하고 있습니다. 코프로세서는 영지식 증명이나 TEE(신뢰할 수 있는 실행 환경)를 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 방법으로 구현될 수 있습니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다:

동시에 계산 오프로드 측면에서 Ethereum의 롤업 중심 로드맵은 계산을 Ethereum의 다양한 집계로 오프로드합니다. 지난 몇 년 동안 개발자와 사용자는 롤업이 제공하는 더 저렴하고 빠른 트랜잭션과 인센티브 때문에 롤업으로 마이그레이션해 왔습니다. 이상적인 세계에서는 롤업을 통해 Ethereum이 신뢰 가정을 추가하지 않고도 오프체인 실행을 통해 전체 컴퓨팅 성능을 확장할 수 있습니다. 더 많은 계산은 더 많은 트랜잭션을 수행하는 것뿐만 아니라 각 트랜잭션에 대해 더 표현적인 계산을 수행하는 것을 의미합니다. 새로운 트랜잭션 유형은 애플리케이션에 사용할 수 있는 설계 공간을 확장하고 처리량이 높을수록 이러한 표현 트랜잭션 실행 비용이 줄어들어 더 높은 수준의 애플리케이션에 대한 비용 효율적인 액세스가 보장됩니다.

더 진행하기 전에 혼동을 방지하기 위해 집계 및 보조 프로세서를 간략하게 정의하겠습니다.

롤업: 롤업은 기본/호스트 체인과 별도로 영구 파티션 상태를 유지하지만 데이터/증거를 게시하여 기본의 보안 속성을 계속 상속합니다. 상태를 호스트 체인 밖으로 이동함으로써 롤업은 추가 계산을 사용하여 해당 상태 전환에 대한 무결성 증명을 호스트에 게시하기 전에 상태 전환을 수행할 수 있습니다. 롤업은 Ethereum의 높은 수수료를 지불하고 싶지 않지만 Ethereum의 보안 속성에 액세스하려는 사용자에게 가장 유용합니다.

보조 프로세서에 대해 알아보기 전에 먼저 이더리움 스마트 계약 개발의 현재 제한 사항을 이해해 보겠습니다. 이더리움은 계정 잔액, 계약 데이터 등 전역 상태에 지속적인 상태 저장소를 가지고 있습니다. 이 데이터는 블록체인에 무기한으로 남아 있습니다. 그러나 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

이 문제를 둘러싼 해결책은 다음과 같습니다.

코프로세서: 코프로세서 자체는 어떤 상태도 유지하지 않으며, AWS에서 람다 함수처럼 작동하고, 애플리케이션이 계산 작업을 보내고, 계산 증명과 함께 결과를 반환합니다. 보조 프로세서는 기본적으로 특정 트랜잭션에 사용할 수 있는 계산량을 늘리지만 보조 프로세서에 대한 증명도 트랜잭션별로 수행되므로 이를 사용하는 것이 집계보다 비용이 더 많이 듭니다. 비용을 고려하면, 코프로세서는 검증 가능한 방식으로 복잡한 일회성 작업을 수행하려는 프로토콜이나 사용자에게 유용할 수 있습니다. 코프로세서의 또 다른 이점은 오프체인 계산을 사용하는 애플리케이션이 애플리케이션 자체에 신뢰 가정을 추가하지 않고도 이더리움의 전체 기록 상태에 액세스할 수 있다는 것입니다. 이는 오늘날 일반적인 스마트 계약으로는 불가능합니다.

집합체와 보조 프로세서 간의 차이점에 대한 통찰력을 얻기 위해 이 두 기본 요소의 ZK 특징을 참조해 보겠습니다. ZK 롤업은 영지식 증명의 검증 가능성 및 압축 측면에 대한 액세스를 제공하여 생태계의 처리량을 근본적으로 증가시킵니다. 반면에 보조 프로세서는 zk-proofs의 검증 가능성 속성에만 액세스합니다. 이는 시스템의 전체 처리량이 변경되지 않음을 의미합니다. 또한 ZK 롤업에는 롤업의 가상 머신을 대상으로 하는 모든 프로그램을 증명할 수 있는 회로가 필요합니다(예를 들어 Ethereum의 롤업은 EVM을 대상으로 하는 계약을 위해 zkEVM을 구축했습니다). 이와 대조적으로 ZK 보조 프로세서는 수행하려는 작업에 대한 회로만 구축하면 됩니다.

따라서 롤업과 보조 프로세서의 가장 큰 두 가지 차이점은 다음과 같습니다.

최근에는 호스트 체인에서 직접 실행되는 것처럼 트랜잭션을 실행하고 호스트의 전체 상태에 액세스하는 부스터 롤업이 제안되었습니다. 그러나 부스터 롤업에는 자체 스토리지도 있으므로 호스트와 롤업 전반에 걸쳐 컴퓨팅과 스토리지를 확장할 수 있습니다. 부스터 롤업 제안은 오프체인 컴퓨팅 설계 스펙트럼의 스펙트럼을 가리키며, 스펙트럼의 반대편 끝에는 전통적인 롤업과 보조 프로세서가 있습니다. 롤업, 부스터 롤업 및 코프로세서는 모두 더 많은 계산에 대한 액세스를 제공하며 유일한 차이점은 기본 L1에서 분할된 상태의 양을 유지한다는 것입니다.

Modular Summit 2023에서 "보호된 거래는 롤업입니다"라는 강연에서 Henry De Valence는 이 정확한 개념에 대해 이야기하고 롤업을 정의하는 매우 간단한 이미지를 제시했습니다.

이 강연에서는 기본 체인에 의해 제3자에게 오프로드된 모든 실행이 롤업이라고 가정합니다. 그의 정의에 따르면 보조 프로세서도 롤업됩니다. 이는 오프체인 검증 가능한 계산이라는 기치 아래 롤업과 코프로세서를 통합하는 우리의 관점과는 약간 다르지만 전반적인 정서는 동일하게 유지됩니다!

Vitalik은 Endgame 비전에서 블록 생산이 중앙 집중화되고 블록 검증이 무신뢰되며 고도로 분산되는 미래에 대해 논의합니다. 우리는 이것이 현재 일어나고 있는 일을 생각하는 데 대략적으로 적합한 모델이라고 믿습니다. zk-rollup에서는 블록 생성 및 상태 전환 계산이 중앙 집중화됩니다. 그러나 증명은 검증을 저렴하고 분산화하게 만듭니다. 마찬가지로, zk 보조 프로세서는 블록을 생성하지 않으며, 기록 데이터에만 액세스하고 해당 데이터에 대한 상태 전환을 계산합니다. zk 보조 프로세서에 대한 계산은 항상 중앙 집중식 기계에서 수행될 수 있지만 결과와 함께 반환된 유효성 증명을 통해 누구나 결과를 사용하기 전에 결과를 확인할 수 있습니다. 아마도 Vitalik의 비전은 다음과 같이 다시 말하는 것이 옳을 것입니다. "컴퓨팅의 미래는 중앙 집중화되어 있지만 중앙 집중식 컴퓨팅의 검증은 신뢰할 수 없고 고도로 분산되어 있습니다."

우리는 서로를 알고 있지만 차이점이 있습니다.

일반적으로 유사하지만 롤업과 보조 프로세서는 오늘날 매우 다른 시장에 사용됩니다. "ETH L1에서 보조 프로세서를 사용하고 유동성을 얻을 수 있다면 롤업이 필요한 이유는 무엇입니까?"라고 물을 수도 있습니다. 이는 공정한 질문이지만 롤업을 여전히 사용할 수 있는 몇 가지 이유가 있다고 생각합니다. 오늘날의 보조 프로세서보다 시장 기회가 더 많음):

또한 롤업은 이 별도의 상태에서 트랜잭션을 실행할 수 있는 기능을 제공하므로 여전히 블록체인(더 빠르고 덜 분산된 블록체인이지만 여전히 블록체인)처럼 작동하므로 계산할 수 있는 양에 대해 명시적인 제한이 있습니다. 롤업에서 액세스됩니다. 이 경우 사용자가 임의로 복잡한 트랜잭션을 수행하려는 경우 코프로세서가 롤업에 유용합니다(이제 롤업에서 검증 가능한 트랜잭션을 수행하므로 롤업의 물리적 법칙만 준수하면 됩니다).

여기서 주목해야 할 또 다른 중요한 점은 대부분의 유동성이 현재 ETH L1에 있으므로 제품 개선을 위해 유동성에 의존하는 많은 프로토콜의 경우 여전히 이더리움 메인넷에서 출시하는 것이 현명할 수 있다는 것입니다. 이더리움 메인넷의 애플리케이션은 보조 프로세서에서 간헐적으로 트랜잭션을 실행하여 더 많은 계산에 액세스할 수 있습니다. 예를 들어 Ambient 또는 Uniswap v4와 같은 DEX는 후크 및 보조 프로세서를 사용하여 수수료 변경 방법을 결정하거나 시장 데이터를 기반으로 유동성 곡선의 모양을 수정하는 방법을 결정하는 복잡한 논리를 수행할 수 있습니다.

흥미로운 비유는 롤업과 보조 프로세서 간의 상호 작용을 명령형 및 함수형 프로그래밍과 비교합니다. 명령형 프로그래밍은 변경 가능한 상태와 부작용에 중점을 두고 작업을 단계별로 수행하는 방법을 지정합니다. 함수형 프로그래밍은 불변 데이터와 순수 함수를 강조하여 상태 변경과 부작용을 방지합니다. 마찬가지로 롤업은 보유 상태를 수정하는 명령형 프로그램인 반면 보조 프로세서는 상태를 변경하지 않지만 결과와 계산 증명을 생성하는 기능적 프로그램과 같습니다. 또한 명령형 프로그래밍 및 함수형 프로그래밍과 마찬가지로 롤업 및 보조 프로세서도 그 위치가 있으므로 그에 따라 사용해야 합니다.

증거 기반의 미래

컴퓨팅이 중앙 집중화되어 있지만 중앙 컴퓨팅에 대한 검증이 신뢰가 없고 고도로 분산되어 있는 세상이 된다면 이더리움은 어디로 갈까요? 세상의 컴퓨터가 데이터베이스로 축소될 것인가? 이게 나쁜 일인가요?

궁극적으로 이더리움의 목표는 사용자에게 무신뢰 컴퓨팅 및 스토리지에 대한 액세스를 제공하는 것입니다. 과거에는 이더리움에서 무신뢰 계산에 액세스하는 유일한 방법은 모든 노드에서 계산을 수행하고 검증하는 것이었습니다. 증명 기술(특히 영지식 증명)의 발전으로 검증자 노드에서 발생하는 대부분의 계산을 오프체인 계산으로 이동할 수 있으며 검증자만 온체인 결과를 확인하도록 할 수 있습니다. 이는 본질적으로 이더리움을 세계의 불변 게시판으로 만듭니다. 전산 증명을 통해 거래가 올바르게 완료되었는지 확인할 수 있으며 이를 이더리움에 게시함으로써 이러한 증명에 대한 타임스탬프와 불변의 기록 저장소를 얻을 수 있습니다. 영지식 증명이 임의의 계산에서 더욱 효율적이 됨에 따라 어느 시점에서는 ZK의 계산 비용이 블록체인(아마도 100개 검증인 CometBFT 체인)의 계산 비용보다 훨씬 낮아질 수 있습니다. 그러한 세상에서는 ZK 증명이 무신뢰 컴퓨팅에 대한 지배적인 접근 방식이 되지 않을 것이라고 상상하기 어렵습니다. David Wong은 최근 비슷한 생각을 표현했습니다.

미래의 모든 계산은 입증될 수 있으며, 이를 통해 Ethereum 기본 계층을 이러한 애플리케이션의 본거지로 개조하려고 시도하는 대신 사용자 요구가 있는 다양한 무신뢰 애플리케이션을 위한 인프라를 구축할 수도 있습니다. 이상적인 세상에서는 맞춤형 인프라가 더욱 원활한 사용자 경험을 창출하고 그 위에 구축된 애플리케이션과 함께 확장될 것입니다. 이를 통해 web3 애플리케이션이 web2 애플리케이션과 경쟁할 수 있게 되고 사이퍼펑크가 꿈꿔왔던 신뢰할 수 없고 증거 기반의 미래를 열 수 있기를 바랍니다.

전체적으로 우리는 다음 패러다임을 향해 나아가고 있다고 믿습니다.

믿지 말고 확인하세요.