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비트코인 Layer2의 심층 분석

Biteye

이 글을 읽으려면 21 분

BTC와 이더리움 롤업은 다릅니다. 비트코인 블록체인에서 데이터를 저장할 때에는 실제 검증을 할 수 없고 가용성 검사점으로만 사용됩니다.

원문 제목: "비트코인 Layer 2 개념 탐구"

원문 저자: Fishery Isla, Biteye

Layer 2에 대해 이야기할 때 대부분의 사람들은 이더리움의 다양한 Layer 2 프로젝트인 Arbitrum, Zksync, Optimism, StarkWare 등을 떠올리게 되며, 또한 Layer 2 개념이 비트코인의 빠른 결제 네트워크에서 유래되었다가 Vitalic이 후에 이더리움에 적용하여 크게 발전되었다고 언급하는 경우도 있습니다. 이 모든 주장은 사실이지만 시각 차이에 따라 해석이 달라집니다.

Layer 2의 개념은 비트코인이나 이더리움에만 해당되는 것이 아니라 블록체인 기술에서의 확장 기술 전반을 가리키는 것입니다.

Layer 2는 메인 네트워크 상에서 구축된 오프체인 솔루션으로, 분권화나 보안을 희생하지 않고 (중요!!) 거래 처리량을 증가시키는 것을 목표로 합니다.

그리고 BTC의 확장 논쟁이 거세지면서 다양한 BTC Layer 2 프로젝트가 등장했습니다. Layer 2는 기술 중심의 블록체인 확장 방향에서부터 희미한 마케팅 라벨로 변모하였습니다.

본문에서는 BTC Layer 2 라벨을 붙인 프로젝트를 기술적으로 간략히 검토할 것입니다. 이 뜨거운 시장에서 기술이 시세에 미치는 영향은 종종 중요치 않을 수 있음을 명심해야 합니다. 동시에 이 글의 한계로 인해 일부 기술적 견해가 외부와 다를 수 있습니다. 많은 토론 참여를 환영합니다.

본문은 어떠한 투자 조언도 제공하지 않습니다.

01 피할 수 없는 오래된 주제 Layer 2와 사이드체인의 차이?

앞서 언급한 바와 같이 Layer 2 기술의 목적은 메인 네트워크를 확장하는 동시에 분권화나 보안을 희생하지 않는 것이므로 엄밀히 말해 단일한 기술적 개념이 아닌 여러 다양한 해결책과 구현을 포함합니다.

현재 가장 일반적인 Layer 2 기술은 상태 채널(State Channel)과 롤업(Rollup) 두 가지 유형이 있습니다.

상태 채널은 메인 네트워크 상에 두 당사자 또는 다수 당사자 간의 채널을 설정한 후 채널 내에서 여러 거래를 수행하며, 채널을 열거나 종료할 때에만 메인 네트워크에 거래를 브로드캐스트해야 합니다.

BTC의 빠른 결제 네트워크가 정식으로 채택한 이 방법은 간단하게 말해 빠른 결제 네트워크의 채널이며, Bob과 Alice가 이 채널(주소)에 BTC를 각각 메인 네트워크에 예치한 후, 양측이 빠른 결제 네트워크를 통해 일상적인 거래를 수행하는 것입니다.

이러한 일상 거래는 메인넷에 반영되지 않아 가스 비용을 절약하고, 언젠가 상호 간 거래를 더 이상 진행할 필요가 없다고 판단할 때, 상호 간에 메인넷으로 출금 명령을 요청할 수 있습니다. 이 명령의 서명은 BTC 메인넷에 상호 간이 메인넷 외부에서 시리즈의 거래원장을 진실함을 증명할 수 있습니다.

이 시점에서 메인넷의 안전한 합의는 Bob과 Alice에 대해 정산 및 대출을 수행하며, 따라서 라이트닝 네트워크 상에서 발생한 거래도 BTC 메인넷의 안전 수준을 갖게 됩니다. 현재 이러한 방법론에서 스마트 계약 구현 사례는 없습니다.

Rollup에 대해 더 익숙할 수도 있습니다. 이더리움의 낙꽵 Rollups와 제로지식 Rollups는 이더리움의 2계층 확장 솔루션으로, 복잡한 실행 및 상태 저장 프로세스를 2계층으로 이동하여 처리량을 높이는 것을 목표로 합니다.

간단히 말해서, 메인넷은 2계층이 제출한 주기적인 증명을 받아들여 2계층의 원장의 진실성을 보장하기 위해 검증합니다 （이러한 검증 과정은 특히 중요합니다）。

이렇게 함으로써 메인넷은 '실시간'으로 L2 원장을 관리하여, L2 자금이 메인넷으로 이동할 때, ETH 메인넷의 안전한 합의가 개입되어, 메인넷 2계층 대출 계약은 제3자 정보원에 의존하지 않고, 메인넷 합의를 통해 생성된 데이터만으로 대출 가능 여부를 확인할 수 있습니다.

여기까지 읽으면 전통적인 L2의 본질이 메인넷과 동일한 보안 수준의 크로스체인 브리지인 것을 알 수 있습니다. 이 인식을 통해 우리는 사이드체인을 잘 구분할 수 있습니다.

사이드체인은 메인넷 외부에 독립적인 블록체인 네트워크를 구축하는 것을 의미하며(예: BSC), 메인넷의 합의는 사이드체인 간의 크로스체인 활동의 합법성을 판단할 수 없습니다.

사이드체인으로의 크로스체인 브리지는 메인넷 상의 자산을 잠그고 사이드체인으로 매핑한 후, 사이드체인에서 매핑된 자산을 통해 거래 송금 등을 수행할 수 있으며, 사이드체인이 메인넷으로 돌아올 때, 메인넷의 크로스체인 브리지 계약은 사이드체인의 크로스체인 송금 메시지의 진실성만을 확인할 뿐입니다。사이드체인의 원장은 확인하지 않습니다。

다시 말하면, 만약 크로스체인 브리지 프로젝트 측이 악의적으로 행동하거나, 악의적 서명을 한다거나, 사이드체인이 가짜 원장을 직접 조작한다면, 메인넷 측 자금이 손실을 입을 수 있습니다.

전통적인 L2 정의에 따라 메인넷이 메인넷 외부의 원장을 검증할 수 있는지 여부를 관찰하여, 한 체인이 L2인지를 평가할 수 있습니다.

이 개념을 이해하면 ETH가 BTC보다 늦게 출시되었음에도 불구하고 리더 2를 먼저 구현하고 앞선 이유를 쉽게 이해할 수 있습니다.

02 BTC Layer 2 기술 난점 - 검증

BTC Layer 2의 기술적 어려움을 이해하려면 먼저 BTC Layer 2에 가능성을 제공한 BTC Taproot 업그레이드를 이해해야 합니다.

Taproot는 Bitcoin Core 기여자 Gregory Maxwell가 2018년에 처음 제안한 것입니다. Taproot는 비트코인 거래의 개인 정보 보호와 효율성을 향상시키기 위한 개선 사항이었습니다.

Taproot의 핵심 아이디어는 다양한 조건에서의 거래를 일반적인 단일 서명 거래처럼 보이게 하여 온체인 데이터 사용량과 노출을 줄이고, 복잡한 거래(다중 서명, 시간 잠금)를 단일 비트코인 거래처럼 실행하도록 하는 것입니다.

Taproot 업그레이드를 통해 2가지 중요한 기술이 도입되어 BTC Layer 2의 미래를 만들었습니다.

1) MAST(Merklized Abstract Syntax Tree 머클 추상 구문 트리)；

2) 슈노어 서명(Schnorr Signature)；

MAST는 복잡한 스크립트를 여러 하위 스크립트로 분해하고 이를 머클 트리 구조로 구성하여 특정 하위 스크립트 조건을 충족해야만 해당 하위 스크립트의 해시 값과 내용을 공개해야 함을 의미합니다. 이를 통해 공간을 절약하고 유연성을 높이며 개인 정보 보호를 강화할 수 있습니다.

슈노어 서명은 여러 서명자를 단일 서명자로 병합하고 단일 서명을 생성할 수 있는 디지털 서명 알고리즘으로, 다중 서명 거래를 간소화하고 수수료를 낮추며 보안을 강화하고 개인 정보 보호를 높일 수 있습니다.

MAST(머클 추상 구문 트리)

MAST의 의미는 Taproot 업그레이드 이전에 복잡한 스크립트 조건을 실현하려면 P2SH 주소를 사용하고 동일한 해시 값을 가진 리딤 스크립트를 생성하고 거래에 포함해야 했다는 것입니다.

그리고 P2SH의 복잡한 조건의 경우 거래 크기가 매우 커집니다. BTC의 P2SH 주소에서는 동일한 해시 값을 가진 리딤 스크립트를 생성하고 거래에 포함해야 합니다. 스크립트에서 규정된 지출 조건이 너무 많으면 거래 크기가 매우 커집니다.

MAST 는 위에서 언급한 문제를 해결하는 데에 매우 우수하며, 이로써 BTC Layer 2 의 발전이 가능해졌다.

MAST 는 머클 트리와 추상 구문 트리를 결합한 메커니즘이다. 이는 P2SH 와 유사하며, 지정된 머클 루트의 해시값에 대한 지불을 의미한다.

MAST 는 큰 조건 세트를 해시 트리 (머클 트리) 로 조립한다. 이 트리에서 각 노드는 해당 자식 노드에 의해 계산된 해시 값이다.

루트는 모든 조건 세트를 나타내는 해시 값이다. 따라서 거래에서는 이 루트 해시만 포함하면 되며, 모든 조건을 나열할 필요가 없어지므로 거래 크기를 줄일 수 있다.

먼저 모든 스크립트(조건)에 대해 각각 해시를 계산한 다음, 계산된 해시 값을 인접 해시 값과 결합하여 새로운 해시 값 집합을 생성한다. 이 두 개씩의 해시 계산 과정을 계속 반복하여 마지막 해시 값을 얻는다.

이 해시 값이 머클 루트이다.

MAST 는 비트코인 거래를 머클 트리에 연결시켜, 트리의 각 리프 노드가 비트코인 언락 조건을 나타내도록 할 수 있다.

잠긴 비트코인을 소비하려면, 머클 트리에서 특정 경로에 해당하는 조건을 충족하는 언락 스크립트를 구성해야 한다.

네트워크는 해당 스크립트가 머클 트리의 원본 조건 세트에 속하는지만 확인하면 되며, 즉 그 조건이 머클 트리 상에 존재하는지를 검증한다.

네트워크가 이 스크립트 (및 해당 조건) 가 머클 루트에 속함을 확인하면, 이 스크립트가 비트코인 잠금 조건에 부합함을 알고, 그런 다음 언락 스크립트를 계속하여 확인한다. 이로써 우리는 거래에 완전한 스크립트를 포함시킬 필요가 없어지며, 비트코인 거래 크기를 줄일 수 있다.

MAS...

Schnorr 서명이 MAST와 결합되면 BTC 메인넷에서 Layer 2로의 크로스체인 다리에 대한 새로운 관점을 제공할 수 있으며, 이 기술은 현재 시장에서 BTC Layer 2 프로젝트의 주류 기술 솔루션입니다.

Schnorr 서명

Schnorr 서명은 Claus Schnorr이 제안한 간단하고 효율적인 디지털 서명 방식으로 유명합니다. 그 이점은 여러 서명을 단일 서명으로 집계하여 다중 서명 시나리오의 검증 및 인증 프로세스를 최적화할 수 있다는 것입니다.

예를 들어, 12 개 서명이 필요한 다중 서명 트랜잭션의 경우, 각 서명은 20바이트의 공간을 차지할 수 있으므로 총 12개 서명을 저장하는 데는 240바이트가 필요합니다.

그러나 Schnorr 서명은 이러한 12개 서명을 하나의 일관된 Schnorr 서명으로 통합할 수 있으며, 해당 서명은 약 60바이트의 공간만 필요합니다. 따라서 많은 저장 공간을 절약하여 더 많은 트랜잭션 스크립트 정보를 수용할 수 있게 됩니다.

Schnorr 서명은 모든 n-n 다중 서명 계약에 프라이버시 보호를 제공할 수 있습니다. 가장 전형적인 응용 사례는 레이어 2로 이어지는 번개 네트워크 지불 채널이며, 이는 본질적으로 2-2 다중 서명 계약입니다.

일반적인 m-n (m

예를 들어, 2-3 다중 서명의 경우, A, B 언락 또는 B, C 언락 또는 A, C 언락의 세 가지 경우가 있습니다. 이는 다중 조건 스크립트로 간주될 수 있으며, 각 조건은 2-2 다중 서명이므로 명확한 다중 서명이 아닌 집합 퍼블릭 키를 사용하여 정의될 수도 있습니다.

이 점은 현재 STX, BEVM 등에서 채택한 크로스체인 기술 기반이며, 수백 개의 레이어 2 노드가 BTC 주소를 제어하는 방식으로 크로스체인을 구현합니다.

03 Summary: BTC Layer 2 Feasible Development Path

이전 비교를 토대로, BTC Layer 2 솔루션은 명백히 이더리움 두 번째 레이어 디자인을 단순히 복제할 수 없음이 분명합니다. 두 가지 사이에는 본질적인 차이가 있습니다.

올바른 전진 전략을 계획하기 위해 BTC Layer 2 솔루션은 안전한 핵심 기능에 집중해야 하며, 동시에 비트코인의 독특한 특성을 고려해야 합니다.

비트코인 기본 계층은 간단한 UTXO 모델과 제한된 블록 공간을 채택했습니다.

앞서 언급했듯이 MAST가 존재하더라도 BTC 메인넷은 너무 복잡한 OP/ZKP 검증 로직을 구현할 수 없습니다.

이로써 BTC는 이더리움 롤업과 달리, 비트코인 레이어 2 솔루션이 주기적으로 온체인 책임 기록을 제출하여 검증할 수 없게 되었습니다. 비트코인 블록체인에 데이터를 저장하는 것은 실제 검증이 아니라 가용성 확인점으로만 사용될 수 있습니다.

현재 이는 시장에서 상당한 우려 요인이며, BTC 신봉자들에게는 BTC 레이어 2의 이야기를 잃게 됨을 의미하며, ETH 고인들에게는 ETH 롤업보다 보안이 약한 기술 솔루션이 큰 매력이 없을 것입니다.

분산된 크로스체인 능력 문제.

이는 매우 중요한 레이어 2의 정의로, 메인넷과 동일한 수준의 안전한 크로스체인 브리지를 BTC 메인넷에서 구현하는 것은 매우 어려운 일입니다. 현재 전통적인 비트코인 크로스체인 기술인 해시/타임락, 펫치, 스왑 및 다중 서명은 충분한 신뢰를 제공할 수 없습니다.

2021년 비트코인의 탭루트 업그레이드에서 MAST 컨트랙트와 슈나 노 서명의 조합은 분산형 비트코인 크로스체인에 희망을 안겨주었으며, BTC 레이어 2의 주요 발전 과제로부터 중요한 발전을 이뤘습니다.

롤업의 온체인 검증에 비해, 현재 개발 중인 BTC 레이어 2 팀이 주로 집중해야 할 방향은 크로스체인 브리지 서명의 안전성을 극대화하는 것입니다.

완벽한 레이어 2를 구현하기 위해서는 비트코인만이 BIP 레이어를 업그레이드하고, 마이너가 기본 코드를 업데이트하고, OP/ZKP 검증 및 비트코인 마이너의 계산 실행을 지원하는 길이만 가능합니다. 알려진 바와 같이, 이 과정은 매우 오랜 시간이 걸리며, 마이너들이 채택하지 않을 수도 있습니다.