원제: L1 단순화

작성자: Vitalik

이더리움은 세계의 원장이 되는 것을 목표로 합니다. 즉, 문명의 자산과 기록을 저장하는 플랫폼이자 금융, 거버넌스, 고부가가치 데이터 인증 등을 위한 기반이 되는 것입니다. 이를 위해서는 확장성과 회복성이라는 두 가지 조건이 필요합니다. 후사카 하드 포크는 2계층(L2) 데이터에 사용할 수 있는 공간을 10배로 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 현재 제안된 2026년 로드맵도 1계층(L1)에 대해서도 비슷하게 상당한 확장을 제안하고 있습니다. 동시에 이더리움은 지분증명 메커니즘으로의 합병 및 업그레이드를 완료하였고, 클라이언트 다양성이 급속히 증가하였으며, 영지식증명(ZK Verifiability) 검증 가능성과 양자컴퓨팅 저항성에 대한 작업도 진행되었으며, 다양한 응용 프로그램이 더욱 강력해졌습니다.

이 글은 복원력(궁극적으로 확장성에 영향을 미침)의 중요하지만 종종 과소평가되는 측면인 프로토콜 단순성에 초점을 맞추고자 합니다.

비트코인의 가장 큰 장점 중 하나는 프로토콜이 매우 간단하고 우아하다는 것입니다.

블록체인은 일련의 블록으로 구성되며, 각 블록은 해시 값을 통해 이전 블록에 연결됩니다. 블록의 유효성은 작업 증명 메커니즘을 통해 검증되는데, 이는 해시 값의 처음 몇 자리가 0인지 확인하는 것입니다. 각 블록에는 여러 거래가 포함되어 있으며, 이 거래는 채굴을 통해 생성되거나 이전 거래의 출력에서 ​​생성된 코인을 소비합니다. 이것이 비트코인 ​​프로토콜의 핵심 메커니즘입니다. 똑똑한 중학생이라도 프로토콜을 완벽하게 이해할 수 있으며, 프로그래머는 부업 프로젝트로 클라이언트를 작성할 수도 있습니다.

프로토콜을 단순하게 유지하면 비트코인이나 이더리움이 전 세계적으로 인정받는 중립적 기반 계층이 되는 데 주요 이점이 있습니다.

역사적으로 이더리움은 프로토콜 설계에서 단순성이라는 원칙을 구현하는 데 종종 실패했습니다(부분적으로는 이더리움 자체의 결정으로 인해). 이로 인해 높은 연구개발 비용, 잦은 보안 위험, 폐쇄적인 연구개발 문화가 생겨났습니다. 이러한 문제의 근원은 실제로 효과가 없는 것으로 입증된 단기적 이익을 추구하는 데 있습니다. 이 글에서는 이더리움이 향후 5년 안에 비트코인에 가까운 수준의 프로토콜 단순성을 달성할 수 있는 방법을 설명합니다.

합의 계층 단순화

3sf-mini(Ethereum 테스트넷의 코드명)에서 3슬롯 확정성 시뮬레이션

새로운 합의 계층 솔루션(이전 명칭: "빔 체인")은 합의 이론, 영지식 증명(ZK-SNARK), 스테이킹 경제학 등의 분야에서 지난 10년간의 연구 결과를 통합하여 이더리움의 장기적 발전을 위한 최적의 합의 메커니즘을 구축하는 것을 목표로 합니다. 기존 비콘 체인과 비교했을 때, 이 솔루션은 다음과 같은 측면에서 반영되는 기능을 상당히 단순화했습니다.

실행 계층을 단순화합니다

이더리움 가상 머신(EVM)은 계속해서 복잡해지고 있으며, 불필요한 것으로 입증된(그리고 많은 경우 제 잘못이기도 한) 많은 합병증이 있습니다. 현재 점점 더 무의미해진 특정 암호화 알고리즘에 과도하게 최적화된 256비트 VM과 실제 사용 사례가 거의 없는 단일 사용 사례에 과도하게 설계된 사전 컴파일된 계약이 있습니다.

기존 문제를 단편적인 해결책으로 해결하려는 것은 더 이상 가능하지 않습니다. SELFDESTRUCT 명령어를 제거하는 것은 막대한 노력이었지만 효과는 제한적이었습니다. 최근 EOF에 대한 논쟁은 VM에 점진적인 변경을 하는 것이 어렵다는 점을 부각시켰습니다.

대안으로 저는 최근 좀 더 급진적인 전환 경로를 제안했습니다. 1.5배의 성능 향상을 위해 EVM에 적당히 큰(하지만 여전히 파괴적인) 수정을 가하는 대신, 100배의 성능 향상을 달성하기 위해 새롭고 훨씬 더 나은 가상 머신 아키텍처로 바로 전환하는 것이 더 낫습니다. The Merge와 마찬가지로, 우리는 중대한 변경 사항의 수를 줄이는 반면 각 변경 사항의 전략적 가치는 증가시켰습니다. 구체적으로, 기존 EVM을 RISC-V 아키텍처나 이더리움 ZK 증명 프로그램에서 사용하는 가상 머신으로 교체하는 것이 좋습니다. 이 변환의 결과는 다음과 같습니다.

가장 큰 과제는 즉시 구현할 수 있는 EOF 솔루션과 달리 새로운 가상 머신이 개발자에게 이점을 제공하기까지는 더 오랜 시간이 걸린다는 것입니다. 단기적인 전환 솔루션은 일부 고부가가치 EVM 개선 사항(예: 계약 코드 크기 제한 증가, DUP/SWAP 명령어 세트 최적화)을 동시에 구현하여 달성할 수 있습니다.

이러한 변환으로 가상 머신 아키텍처가 크게 단순화될 것입니다. 핵심 질문은 기존 EVM 생태계를 어떻게 적절하게 처리할 것인가입니다.

가상 머신 마이그레이션을 위한 이전 버전과의 호환성 전략

EVM의 어떤 부분을 단순화하거나 복잡성을 더하지 않고 최적화하는 데 있어 가장 큰 과제는 원하는 목표를 달성하는 것과 기존 애플리케이션에 대한 하위 호환성을 유지하는 것 사이에서 균형을 맞추는 것입니다.

우선, 단일 클라이언트에 대해서도 "이더리움 코드베이스"가 무엇인지 정의하는 단일 표준이 없다는 점을 명확히 하는 것이 중요합니다.

목표는 녹색 영역을 최소화하는 것입니다. 녹색 영역은 노드가 이더리움 합의에 참여하기 위해 실행해야 하는 논리로, 현재 상태 계산, 증명 생성 및 검증, FOCIL(참고: 전문 용어 약어인지 확인해야 함), "기본" 블록 구성 프로세스 등이 포함됩니다.

주황색 영역은 줄일 수 없습니다. 실행 계층 기능(가상 머신, 사전 컴파일된 계약 또는 기타 메커니즘)이 프로토콜 사양에서 제거되거나 해당 기능이 변경되는 경우, 과거 블록을 처리해야 하는 클라이언트는 해당 기능을 유지해야 합니다. 하지만 새로운 클라이언트(ZK-EVM이나 공식 검증 도구 포함)는 이 부분을 완전히 무시할 수 있습니다.

새로운 노란색 영역: 현재 온체인 데이터 분석이나 최적의 블록 구성에 매우 귀중한 코드를 나타내지만, 합의 메커니즘의 일부는 아닙니다. 대표적인 예로는 Etherscan과 일부 블록 빌더가 ERC-4337 사용자 작업을 지원하는 것입니다. 이더리움의 핵심 기능(예: 외부 계정 EOA 및 지원하는 다양한 레거시 거래 유형)이 체인상 RISC-V 구현으로 대체되면 합의 코드는 크게 단순화되지만 전용 노드는 여전히 구문 분석 및 처리를 위해 원래 코드를 사용해야 할 수 있습니다.

주황색과 노란색 영역의 복잡성은 캡슐화된 복잡성이며 프로토콜을 이해하고자 하는 사람이라면 누구나 건너뛸 수 있으며, 이더리움 구현에서는 이를 무시해도 됩니다. 더욱이 이러한 영역의 코드 결함은 공통된 위험을 초래하지 않습니다. 즉, 녹색 영역의 코드 복잡성에 비해 주황색과 노란색 영역의 복잡성은 전체 시스템에 미치는 부정적인 영향이 훨씬 낮다는 것을 의미합니다.

녹색 영역에서 노란색 영역으로 코드를 마이그레이션한다는 아이디어는 Rosetta 번역 계층을 통해 장기적인 하위 호환성을 달성하기 위한 Apple의 기술 솔루션과 유사합니다.

새로 개발된 모든 사전 컴파일 계약에는 정식 온체인 RISC-V 구현이 포함되어야 합니다. 이 단계는 생태계가 RISC-V 가상 머신 환경에 점진적으로 적응하도록 촉진하는 것을 목표로 합니다(EVM에서 RISC-V로의 마이그레이션을 예로 들면, 이 솔루션은 EVM을 Cairo나 다른 더 나은 가상 머신으로 마이그레이션하는 데에도 적용할 수 있습니다).

공유 프로토콜 구성 요소를 통한 단순화

공유 프로토콜 구성 요소를 통한 단순화

4단계가 완료된 후에도 많은 "EVM 구현 솔루션"은 여전히 ​​유지되어 블록 구성, 개발자 도구, 온체인 데이터 분석과 같은 시나리오를 최적화하는 데 사용되지만 이러한 구현은 더 이상 핵심 합의 사양의 일부가 되지 않습니다. 당시 이더리움 합의 메커니즘은 기본적으로 RISC-V 아키텍처만 지원할 것입니다.

공유 프로토콜 구성 요소를 통한 단순화

프로토콜의 전반적인 복잡성을 줄이는 세 번째 방법(그리고 가장 과소평가된 방법)은 프로토콜 스택의 다양한 계층 간에 통합된 표준을 최대한 공유하는 것입니다. 일반적으로 동일한 기능을 달성하기 위해 서로 다른 모듈에서 서로 다른 프로토콜을 사용하는 것은 필요도 없고 유익하지도 않습니다. 하지만 이러한 설계 패턴은 여전히 ​​널리 퍼져 있습니다. 가장 큰 이유는 프로토콜 로드맵의 다양한 부분 사이에 효과적인 조정이 부족하기 때문입니다. 다음은 여러 계층에 걸쳐 구성 요소 재사용을 강화하여 이더리움을 단순화할 수 있는 구체적인 시나리오의 예입니다.

통합 공유 삭제 코딩 솔루션

삭제 코드의 세 가지 적용 시나리오:

이러한 설계는 단일 지점 데이터 손실 위험을 크게 줄여줍니다.

동일한 삭제 코드(예: 리드-솔로몬 코드, 랜덤 선형 코드 등)를 다음 세 가지 시나리오에 사용하면 상당한 이점을 얻을 수 있습니다.

서로 다른 삭제 코드를 사용하는 경우 호환성 요구 사항을 충족해야 합니다. 예를 들어, 수평 리드-솔로몬 코드와 수직 랜덤 선형 코드는 DAS(데이터 가용성 샘플링) 샤드에서 동시에 사용될 수 있지만 두 코드 모두 동일한 유한 필드에서 작동해야 합니다.

통합 직렬화 형식

이더리움의 현재 직렬화 형식은 여전히 ​​반정규화된 상태입니다. 즉, 데이터는 어떤 형식으로든 재직렬화되어 전파될 수 있지만, 유일한 예외는 해시 일관성을 보장하기 위해 정규화된 형식이 필요한 트랜잭션 서명 해시입니다. 그러나 앞으로 직렬화 형식의 표준화는 주로 다음과 같은 이유로 더욱 강화될 것입니다.

이러한 전환이 일어나면서 우리는 이더리움의 세 가지 핵심 계층, 즉 (i) 실행 계층, (ii) 합의 계층, (iii) 스마트 계약 호출 ABI에 대한 직렬화 표준을 통합할 기회를 얻게 될 것입니다.

다음과 같은 장점이 있는 SSZ 직렬화 형식을 사용하는 것이 좋습니다.

현재 관련 기술팀은 SSZ의 포괄적인 이전을 추진하고 있습니다. 이러한 기술적 경로를 후속 업그레이드 계획에 계속 적용하고 기존 업적을 확장하는 것이 좋습니다.

통합된 공유 트리 구조

EVM에서 RISC-V(또는 다른 간소화된 가상 머신 아키텍처)로 마이그레이션할 때, 6개 분기로 구성된 Merkle Patricia 트리는 블록 실행 증명의 가장 큰 성능 병목 현상이 됩니다(일반적인 시나리오에서도 마찬가지입니다). 더 나은 해시 함수를 기반으로 하는 이진 트리 구조로 전환하면 증명 효율성이 크게 향상되고 경량 노드와 기타 애플리케이션 시나리오에 대한 데이터 저장 비용이 절감됩니다.

이러한 마이그레이션을 구현할 때, 합의 계층과 실행 계층을 통합하기 위해 동일한 트리 구조를 동시에 사용해야 합니다. 이를 통해 전체 Ethereum 스택(합의 계층과 실행 계층 포함)이 데이터 액세스 및 구문 분석을 위해 동일한 코드 논리 세트를 사용하게 됩니다.

현재 상황에서 목표까지의 진화 경로

단순성은 여러 면에서 분산화와 유사하며, 둘 다 시스템 복원력을 달성하기 위한 기본 전제 조건입니다. 단순성을 핵심 가치로 명시적으로 정하려면 문화적 변화가 필요합니다. 단순성의 이점은 즉시 나타나지 않는 경우가 많지만, 복잡한 기능을 추구함으로써 얻는 단기적 이점은 명확합니다. 하지만 시간이 지남에 따라 단순함의 이점이 점점 더 명확해질 것입니다. 비트코인의 개발 역사는 이 점을 강력하게 증명합니다.

저는 이더리움 프로토콜의 설계가 TinyGrad 프로젝트의 실제 경험을 참조하고, 장기적인 이더리움 사양에 대한 코드 줄 수에 대한 명확한 상한을 설정하고, 핵심 이더리움 합의 코드의 단순성을 비트코인 ​​수준에 가깝게 만들기 위해 노력할 것을 제안합니다. 구체적으로, 이더리움의 과거 규칙을 처리하는 관련 코드는 계속 보존될 수 있지만, 핵심 합의 논리에 영향을 미치지 않도록 합의 중요 경로에서 엄격하게 분리되어야 합니다. 동시에, "더 간단한 솔루션을 우선시한다"는 디자인 컨셉을 기술 솔루션 선택에 구현하고, 시스템적 복잡성을 확산하는 것보다 복잡성을 캡슐화하는 데 우선순위를 두며, 모든 디자인 결정이 명확하고 검증 가능한 기능과 보장을 제공할 수 있도록 보장함으로써 전체적으로 단순성을 지향하는 기술 문화를 형성해야 합니다.