Ethereum Rollup의 미래는 실제로 두 가지 주요 접근 방식(ZK 및 Optimistic)의 하이브리드입니다.

원제: " 하이브리드 ZK/미래의 낙관적 롤업 "

저자: kelvinfichter

컴파일: MK

저는 최근 이더리움 롤업의 미래가 실제로 두 가지 주요 접근 방식(ZK 및 Optimistic)의 하이브리드라고 확신하게 되었습니다. 이 게시물에서는 내가 생각하는 기본 아키텍처를 설명하고 이것이 최선의 경로라고 생각하는 이유를 설명하려고 합니다.

ZK 또는 낙관적 롤업의 특성을 논의하는 데 너무 많은 시간을 할애하지 않을 것입니다. 이 게시물은 이러한 것들이 어떻게 작동하는지 이미 잘 이해하고 있다고 가정합니다. 전문가가 될 필요는 없지만 최소한 그들이 무엇이며 높은 수준에서 어떻게 작동하는지 알아야 합니다. Rollups를 설명하려고 하면 이 게시물이 매우 매우 길어질 것입니다. 전반적으로 독서를 즐기십시오!

낙관적 롤업으로 시작

Hybrid ZK/Optimistic Rollup은 Optimism의 Bedrock 아키텍처와 매우 유사한 Optimistic Rollup으로 시작되었습니다. Bedrock은 Ethereum("EVM Equivalent")과의 최대 호환성을 목표로 하며 일반 Ethereum 클라이언트와 거의 동일한 실행 클라이언트를 실행하여 이를 달성합니다. Bedrock은 Ethereum의 향후 합의/실행 클라이언트 분리 모델을 사용하여 EVM에 대한 변동을 크게 줄입니다(일부 변경 사항은 항상 필요하지만 이를 관리할 수 있음). 이 글을 쓰는 동안 Bedrock Geth diff는 +388 -30 커밋입니다.

좋은 Rollup과 마찬가지로 Optimism은 이더리움에서 블록/트랜잭션 데이터를 가져오고 합의 클라이언트 내에서 결정론적인 방식으로 이 데이터를 정렬한 다음 실행을 위해 이 데이터를 L2 실행 클라이언트에 공급합니다. 이 아키텍처는 "이상적인 롤업" 퍼즐의 전반부를 해결하여 EVM 등가 L2를 제공합니다.

물론 우리는 이제 이더리움 낙관론 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 증명 가능한 방식으로 말하는 방법에 대한 문제도 해결해야 합니다. 이 기능이 없으면 계약은 낙관주의 상태에 따라 결정을 내릴 수 없습니다. 이는 사용자가 Optimism에 입금할 수 있지만 자산을 인출할 수 없음을 의미합니다. 어떤 경우에는 단방향 롤업이 실제로 유용할 수 있지만 일반적으로 양방향 롤업이 더 유용합니다.

우리는 해당 상태에 대한 커밋과 커밋이 올바르게 생성되었다는 증거를 제공함으로써 이더리움에 롤업의 상태를 알릴 수 있습니다. 이것을 말하는 또 다른 방법은 "롤업 프로그램"이 올바르게 실행되었음을 증명하는 것입니다. ZK와 낙관적 롤업의 유일한 실제 차이점은 이 증명의 형식입니다. ZK 롤업에서는 프로그램이 올바르게 실행된다는 명시적인 ZK 증명을 제공해야 합니다. 낙관적 롤업에서는 약속에 대한 주장을 하지만 명시적인 증명은 하지 않습니다. 다른 사용자는 귀하의 주장에 이의를 제기하고 귀하가 결국 누가 옳은지 알아내는 반복적인 게임을 하도록 강요할 수 있습니다.

Optimistic Rollup 챌린지 게임에 대해서는 자세히 설명하지 않겠습니다. 이 게임의 최신 기술은 프로그램(Geth EVM + Optimism의 경우 일부 주변 부분)을 MIPS와 같은 간단한 기계 아키텍처로 컴파일하고 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 우리는 프로그램 온체인용 인터프리터를 구축해야 하고 EVM 인터프리터보다 MIPS 인터프리터를 구축하는 것이 훨씬 쉽기 때문에 이렇게 합니다. EVM은 또한 이동 대상(정기적인 업그레이드 포크가 있음)이며 우리가 증명하려는 프로그램을 제대로 다루지 않습니다(EVM이 아닌 항목도 일부 있음).

간단한 기계 아키텍처를 위한 온체인 인터프리터를 구축하고 일부 오프체인 도구를 생성했다면 완전한 기능을 갖춘 낙관적 롤업이 있어야 합니다.

ZK 롤업으로 변환

전반적으로 낙관적 롤업이 적어도 향후 몇 년 동안은 우세할 것이라고 생각합니다. 어떤 사람들은 ZK Rollups가 결국 Optimistic Rollups를 능가할 것이라고 생각하지만 이것이 틀릴 수도 있다고 생각합니다. 오늘날 낙관적 롤업의 상대적 단순성과 유연성은 시간이 지남에 따라 ZK 롤업으로 변환될 수 있음을 의미한다고 생각합니다. 이를 가능하게 하는 모델을 알아낼 수 있다면 기존 Optimistic 시스템에 간단히 배포하고 하루 종일 ZK 시스템이라고 부를 수 있을 때 덜 유연하고 취약한 모델을 배포할 강력한 인센티브가 없습니다.

따라서 저의 목표는 기존의 최신 Optimistic 시스템(예: Bedrock)이 ZK 시스템으로 원활하게 변환될 수 있도록 아키텍처 및 마이그레이션 경로를 만드는 것입니다. 이것이 가능할 뿐만 아니라 현재 zkEVM 접근 방식을 넘어서는 방식이라고 생각합니다.

위에서 설명한 Bedrock 스타일 아키텍처로 시작합니다. 제가 (간략하게) Bedrock이 L2 프로그램(EVM 실행 + ZK 롤업으로 전환하기 위한 몇 가지 추가 항목 실행)을 주장하는 챌린지 게임을 가지고 있는 방법을 설명했습니다.

전반적으로 낙관적 롤업이 향후 몇 년 동안 우세할 것이라고 생각합니다. ZK Rollup이 결국 Optimistic Rollup을 능가할 것이라는 의견이 있지만 이는 잘못된 생각일 수 있습니다. 낙관적 롤업의 상대적인 단순성과 유연성은 시간이 지남에 따라 ZK 롤업으로 변환될 수 있음을 의미한다고 생각합니다. 이러한 전환이 발생하는 모델을 알아낼 수 있다면 덜 유연하고 문제가 발생하기 쉬운 ZK 시스템에 배포할 강력한 인센티브가 없습니다.

따라서 저의 목표는 기존의 최신 Optimistic 시스템(예: Bedrock)을 ZK 시스템으로 원활하게 변환할 수 있는 아키텍처 및 마이그레이션 경로를 만드는 것입니다. 여기에는 이러한 전환을 가능하게 할 뿐만 아니라 오늘날의 zkEVM 접근 방식을 넘어서는 방식이 있다고 생각합니다.

앞에서 설명한 Bedrock 스타일 아키텍처로 시작합니다. 나는 Bedrock이 L2 프로그램(EVM을 실행하는 MIPS 프로그램 + 일부 추가 항목) 실행의 유효성을 주장할 수 있는 챌린지 게임을 가지고 있는 방법을 (간략하게) 설명했습니다. 이 접근 방식의 주요 단점 중 하나는 사용자가 잘못된 프로그램 결과 제안을 감지하고 성공적으로 이의를 제기할 수 있도록 일정 기간을 허용해야 한다는 것입니다. 이로 인해 자산 인출 프로세스에 상당한 시간이 추가됩니다(현재 Optimism 메인넷에서 7일).

그러나 L2는 단순 기계(MIPS)에서 실행되는 프로그램일 뿐입니다. 그러한 간단한 기계를 위한 ZK 회로를 구성하는 것은 전적으로 가능합니다. 그런 다음 이 회로를 사용하여 L2 프로그램의 올바른 실행을 명확하게 증명할 수 있습니다. 현재 Bedrock 코드베이스를 변경하지 않고도 Optimism에 대한 유효성 증명 발급을 시작할 수 있습니다. 정말 간단합니다.

이 방법이 왜 좋은지

참고: 이 섹션에서는 "zkMIPS"를 참조하지만 실제로는 일반적인 "단순" zkVM을 참조하는 데 사용하고 있습니다.

이 방법이 왜 좋은지

참고: 이 섹션에서는 "zkMIPS"를 참조하지만 실제로는 일반적인 "단순" zkVM을 참조하는 데 사용하고 있습니다.

zkMIPS는 zkEVM보다 간단합니다.

zkEVM 대신 zkMIPS(또는 zk[insert other machine name])를 구축하는 것의 큰 이점은 대상 기계의 아키텍처가 단순하고 정적이라는 것입니다. EVM은 자주 변경됩니다. 가스 가격이 변경되고 opcode가 조정되며 항목이 추가되거나 제거됩니다. 그리고 MIPS-V는 1996년 이후로 변경되지 않았습니다. zkMIPS를 대상으로 하여 고정된 문제 공간에서 작업합니다. EVM이 업데이트될 때마다 회로를 변경하거나 재감사할 필요가 없습니다.

zkMIPS는 zkEVM보다 유연합니다.

논쟁의 또 다른 핵심 포인트는 zkMIPS가 zkEVM보다 더 유연하다는 것입니다. zkMIPS를 사용하면 다양한 최적화 또는 사용자 경험 개선을 달성하기 위해 클라이언트 코드를 마음대로 수정할 수 있는 유연성이 더 커집니다. 클라이언트 업데이트는 더 이상 회로 업데이트와 함께 제공될 필요가 없습니다. 또한 이더리움뿐만 아니라 모든 블록체인을 ZK 롤업으로 전환하는 데 사용할 수 있는 핵심 구성 요소를 생성할 수 있습니다.

귀하의 질문이 증명 시간으로 바뀝니다.

ZK 검증 시간은 제약 조건 수와 회로 크기의 두 축을 따라 확장됩니다. (EVM과 같은 보다 복잡한 기계가 아닌) MIPS와 같은 간단한 기계의 회로에 초점을 맞춤으로써 회로의 크기와 복잡성을 크게 줄일 수 있었습니다. 그러나 제약 조건의 수는 실행되는 기계 명령의 수에 따라 다릅니다. 각 EVM opcode는 여러 MIPS opcode로 분류되며, 이는 전체 증명 시간과 마찬가지로 제약 조건의 수가 크게 증가함을 의미합니다.

그러나 증명 시간을 줄이는 것은 Web2 공간에 확고하게 뿌리를 둔 문제입니다. MIPS 기계 아키텍처가 가까운 장래에 변경되지 않는다는 점을 감안할 때 이후 단계에서 EVM 변경에 대한 걱정 없이 회로 및 증명 프로그램을 고도로 최적화할 수 있습니다. 나는 잘 정의된 프로그램을 최적화할 수 있는 하드웨어 엔지니어를 위한 고용 풀이 끊임없이 변화하는 zkEVM 목표를 구축하고 감사하기 위한 고용 풀보다 적어도 10배(100배는 아니더라도) 더 크다고 확신합니다. Netflix와 같은 회사에는 트랜스코딩 칩을 최적화하기 위해 노력하는 많은 하드웨어 엔지니어가 있을 수 있으며 흥미로운 ZK 과제를 해결하기 위해 많은 VC 자금을 기꺼이 받아들일 것입니다.

그러한 회로에 대한 초기 검증 시간은 7일의 낙관적 롤업 철회 기간을 초과할 수 있습니다. 이 증명 시간은 시간이 지남에 따라 감소합니다. ASIC 및 FPGA를 도입함으로써 검증 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 정적 목표를 사용하면 더 최적의 증명자를 구축할 수 있습니다.

결국 이 회로의 증명 시간은 현재 7일의 낙관적 롤업 철회 기간보다 낮아질 것이며 우리는 낙관적 취소를 고려하는 챌린지 프로세스를 시작할 수 있습니다. 7일 동안 증명을 실행하는 것은 여전히 ​​너무 비쌀 수 있으므로 조금 더 기다려야 할 수도 있지만 요점은 여전히 ​​유효합니다. 두 증명 시스템을 동시에 실행할 수도 있으므로 즉시 ZK 증명 사용을 시작할 수 있고 어떤 이유로 증명 프로그램이 실패하면 낙관적 증명으로 대체할 수 있습니다. 준비가 되면 애플리케이션에 완전히 투명한 방식으로 ZK 증명으로 쉽게 이동할 수 있습니다. 다른 어떤 시스템도 이러한 유연성과 원활한 마이그레이션 경로를 제공하지 않습니다.

다른 중요한 문제에 집중할 수 있습니다.

블록체인을 실행하는 것은 어려운 작업이며 많은 백엔드 코드 작성을 포함합니다. Optimism에서 수행하는 대부분의 작업은 유용한 클라이언트 측 도구를 통해 사용자 및 개발자 경험을 개선하는 데 중점을 둡니다. 우리는 또한 "부드러운" 측면, 즉 프로젝트와 대화하고 문제점을 이해하고 인센티브를 설계하는 데 많은 시간과 노력을 들였습니다. 블록체인 소프트웨어에 더 많은 시간을 할애할수록 이러한 다른 것들에 대해 생각하는 시간이 줄어듭니다. 항상 더 많은 사람을 고용하려고 할 수 있지만 조직은 선형적으로 확장되지 않으며 각각의 신규 고용은 내부 커뮤니케이션 부담을 가중시킵니다.

ZK 회로 작업은 기존 실행 중인 체인에 추가할 수 있으므로 핵심 플랫폼 및 증명 소프트웨어를 병렬로 구축할 수 있습니다. 또한 회선을 변경하지 않고 클라이언트를 수정할 수 있으므로 클라이언트와 인증 팀을 분리할 수 있습니다. 이 접근 방식을 취하는 낙관적 롤업은 실제 온체인 활동 측면에서 ZK 경쟁사보다 몇 년 앞서 있을 수 있습니다.

몇 가지 결론

몇 가지 결론

솔직히 말해서 zkMIPS 증명자가 시간이 지남에 따라 실질적으로 최적화될 수 있다고 가정하면 이 접근 방식의 중요한 단점을 볼 수 없습니다. 응용 프로그램에서 내가 본 유일한 실제 영향은 해당 opcode에 의해 추가된 증명 시간을 반영하기 위해 다른 opcode에 대한 가스 비용을 조정해야 할 수도 있다는 것입니다. 이 증명자를 합리적인 수준으로 최적화하는 것이 정말 불가능하다면 패배를 인정합니다. 이 증명기를 실제로 최적화하는 것이 가능하다면 zkMIPS/zkVM 접근 방식이 현재 zkEVM 접근 방식보다 훨씬 나은 것으로 보여 후자를 완전히 구식으로 만들 수 있습니다. 이것은 급진적인 진술처럼 보일 수 있지만 얼마 전까지만 해도 단일 단계의 낙관적 실패 증명이 다단계 증명으로 완전히 대체되었습니다.

이 접근 방식에 대해 제가 분명히 틀렸다고 생각한다면 언제든지 저에게 연락하여 그 이유를 알려주십시오.