사이드체인 vs 롤업: 확장성 솔루션의 차이와 선택

원문 제목：《사이드체인 vs. 롤업: dapp 개발을 위한 차이점 분석》

저자: Emmanuel Awosika

편집: 심조 TechFlow

사이드체인과 롤업은 블록체인 확장성 문제를 해결하기 위한 두 가지 솔루션입니다. 이 두 가지 솔루션의 핵심 아이디어는 자원이 제한된 블록체인(예: 이더리움)에서 계산을 독립적인 블록체인으로 이동하여 규모 최적화를 이루는 것입니다. 이러한 접근 방식은 거래당 비용을 낮추고 지연을 줄이며 전체 처리량을 높이는 등의 이점을 가져옵니다. 그러나 유사점은 여기까지입니다.

사이드체인과 롤업은 확장 방법에서 근본적으로 다르며, 설계 결정과 트레이드오프에서도 차이가 있습니다. 이 두 가지 솔루션을 활용하여 확장 가능한 dapp을 구축하고자 하는 개발자에게 이들의 차이를 이해하는 것은 매우 중요합니다.

이 문서에서는 롤업과 사이드체인을 개괄하고, 아키텍처, 보안 보장, 확장 성능 등에서의 차이를 탐구합니다.

사이드체인이란?

사이드체인은 다른 블록체인(주체인이라고 함)과 병행하여 운영되는 블록체인 네트워크입니다. 일반적으로 사이드체인은 양방향 크로스체인 브리지를 통해 주체인과 연결되어 두 네트워크 간에 자산 및 계약 상태, 머클 증명 및 특정 거래의 결과와 같은 임의의 데이터를 전송할 수 있습니다.

대부분의 사이드체인은 자체 합의 메커니즘과 검증자를 가지고 있으며, 주체인과는 별도로 운영됩니다. 이는 사이드체인이 다른 블록체인에 의존하지 않고 거래를 정산하고 완료할 수 있게 합니다. 그러나 이는 사이드체인으로의 자금 브리징의 안전성이 강력한 암호 경제적 인센티브에 의존하게 됨을 의미합니다. 이는 검증자 간의 악의적인 행동을 방지하기 위한 것입니다.

사이드체인의 유형

EVM 호환 및 비 EVM 사이드체인: EVM 호환 사이드체인은 이더리움 가상 머신(Ethereum Virtual Machine)의 사용자 정의 구현을 사용하며, 이는 이더리움에서 스마트 계약을 배포하는 실행 환경입니다. 실제로 이러한 블록체인의 대부분은 go-ethereum(일명 Geth, 이더리움 프로토콜의 가장 인기 있는 구현)을 기반으로 포크되었습니다.

이더리움 설계의 대부분의 특성(스마트 계약 지원 등)을 유지하면서도, EVM 호환 사이드체인은 다른 측면에서 최적화되어 특히 합의 메커니즘을 개선하여 실행 효율성과 처리량을 높였습니다. 현재 EVM 호환 사이드체인은 Solidity와 같은 EVM 언어로 작성된 대부분의 스마트 계약을 실행하고 있으며, 분산 애플리케이션 사용자에게 비용과 지연을 줄이고 있습니다.

비 EVM 사이드체인은 다른 가상 머신 아키텍처를 구현하여 이더리움 원주 dapp을 대규모 코드 리팩토링 없이 실행할 수 없습니다. 비 EVM 체인에서 구축된 개발자는 익숙한 EVM 개발 환경과 도구(예: Truffle, Remix, Hardhat)를 사용할 수 없으며, dapp을 만들기 위해 다른 언어(예: Rust 또는 Golang)를 배워야 할 수도 있습니다.

참고: Avalanche, Fantom, Celo 및 Palm은 EVM 호환 사이드체인의 예입니다. NEAR, Solana 및 Algorand는 비 EVM 사이드체인의 예입니다.

제출 체인 및 낙관적 사이드체인: 모든 사이드체인이 완전히 자체 보안에 의존하는 것은 아닙니다. 일부 사이드체인, 특히 제출 체인과 낙관적 체인은 주체인이 특정 보안을 제공하는 데 의존합니다. 제출 체인은 정기적으로 다른 블록체인에 암호화된 약속(예: 블록 헤더)을 제출하여 최신 상태를 업데이트합니다. 주체인은 이러한 상태 증명을 검증할 수 없지만, 정직한 참여자가 무효 블록 헤더에 대해 확인하기 전에 이의를 제기할 수 있도록 보장합니다.

일반적으로 이는 주체인에서 스마트 계약을 구현하여 사이드체인 검증자의 보상, 스테이킹, 순환 및 처벌을 처리함으로써 이루어집니다. 검증자가 입증 가능한 위반을 저지르면(예: 동일한 높이에서 두 개의 블록에 서명), 누구나 증거를 스마트 계약에 제출하고 해당 검증자의 스테이킹을 삭감할 수 있습니다.

낙관적 체인은 유사하게 작동하며, 검증자가 정기적으로 블록 헤더를 주체인에 있는 스마트 계약에 제출해야 합니다. 그러나 낙관적 체인은 별도의 합의 메커니즘이 없으며, 블록 헤더는 단순히 유효한 것으로 가정되며 사기 방지 도전이 있을 때까지 유효하다고 간주됩니다. 따라서 낙관적 체인은 단 하나의(정직한) 검증자만으로도 운영될 수 있지만, 제출 사이드체인은 정상적으로 운영되기 위해 여러 검증자가 필요합니다.

이 두 경우 모두 정직한 참여자는 부모 블록체인에 사이드체인에서 발생한 악의적인 행동을 증명할 수 있습니다. 이렇게 하면 사이드체인의 대다수 검증자가 악의적일지라도 사용자는 일정 수준의 보안을 유지할 수 있습니다.

그러나 정직한 참여자는 블록에 저장된 상태 데이터에 접근하지 않고는 악의적인 행동을 증명할 수 없습니다. 주체인은 사이드체인으로부터 블록 헤더만 수신하므로 블록의 가용성을 보장할 수 없습니다. 이는 불성실한 블록 제안자가 블록 데이터를 숨겨 자금을 탈취하는 등의 불성실한 행동을 할 수 있게 만듭니다.

이 문제는 데이터 가용성 문제로 알려져 있으며, 이는 모든 사이드체인(제출 체인, 낙관적 사이드체인 및 롤업에 국한되지 않음)에서 보안 속성의 차이의 핵심입니다.

롤업이란?

롤업은 별도의 실행 환경에서 거래를 처리하여 기본 블록체인의 확장성을 높입니다. 사이드체인과 유사하게, 롤업은 부모 블록체인과 롤업 간에 자산을 전송하기 위한 크로스체인 브리지를 가지고 있습니다. 또한 사용자에게 계산 속도와 비용 효율성을 높이기 위한 최적화 조치를 시행합니다.

그러나 롤업은 정기적으로 블록을 주체인에 제출하여 주체인의 보안성과 분산 특성을 상속받습니다. 이는 부모 블록체인이 롤업에 대해 다음과 같은 보안 속성을 보장한다는 것을 의미합니다:

• 가용성: 롤업 블록의 가용성은 보장되며, 데이터는 더 분산되고 안전한 부모 네트워크에 저장됩니다. 예를 들어, 사용자는 항상 크로스체인 브리지 계약에 롤업 상태의 세부 정보를 증명할 수 있으며(예: 특정 토큰 보유), 롤업 검증자가 거래 데이터를 숨길 때 자금을 인출할 수 있습니다.
• 유효성: 모체 체인에 의해 시행되는 유효성 조건을 충족하는 롤업 블록만 최종 확정됩니다.
• 생존성: 롤업 데이터가 기본 계층에 저장되므로 누구나 롤업의 마지막 유효 상태를 재구성하고 새로운 블록을 생성할 수 있습니다. 또한 사용자는 거래를 롤업의 체인 상 스마트 계약으로 전송하여 롤업에 포함되도록 강제할 수 있습니다.

롤업의 유형

롤업에는 두 가지 형태가 있습니다: 낙관적 롤업과 제로 지식 롤업. 제로 지식 롤업(유효성 롤업이라고도 함)은 블록과 증명을 함께 모체 체인에 제출하여 오프체인 거래의 올바른 실행을 확인합니다. 증명이 체인에서 검증되면 해당 블록은 기본 계층에서 최종 확정됩니다.

낙관적 롤업이 제출하는 블록은 오프체인 계산의 유효성을 증명하는 증명이 없습니다. 다른 당사자가 "사기 증명"을 통해 특정 거래 결과에 이의를 제기하지 않는 한, 블록은 단순히 유효한 것으로 가정됩니다. 사기 증명은 검증 게임의 형태를 취하며, 모체 체인의 개입 하에 두 당사자가 특정 계산에 대해 논쟁을 벌이다가 불성실한 쪽이 발견될 때까지 진행됩니다.

낙관적 롤업은 상태 전환이 대부분 유효한 낙관적 가정을 기반으로 합니다. 그러나 이러한 낙관적 가정은 암호 경제적 인센티브와 결합되어 무효 블록이 오랜 시간 동안 이의를 제기받지 않으면 영원히 모체 체인에서 최종 확정되지 않도록 보장합니다.

참고: Arbitrum과 Optimism은 낙관적 롤업의 예입니다.

EVM 호환성은 낙관적 롤업과 제로 지식 롤업 간의 또 다른 주목할 만한 차이입니다. 낙관적 롤업은 EVM 호환성이 있지만, 제로 지식 롤업은 EVM 호환성 측면에서 다릅니다. 증명 회로에서 원주 EVM 명령을 증명하는 것은 복잡하고 자원을 많이 소모하기 때문에, 일부 유효성 롤업은 더 효율적인 증명을 위해 최적화된 사용자 정의 가상 머신 명령 집합을 사용합니다.

EVM 호환 ZK-Rollup의 경우, 실행 환경을 "제로 지식 EVM"(ZK-EVM)이라고 설명합니다. ZK-EVM은 오프체인에서 이더리움 스마트 계약을 실행하고 계산의 모든 부분이 올바르게 수행되었음을 증명할 수 있습니다. 따라서 암호 경제적 인센티브와 정직한 가정에 의존하여 무효 실행을 방지하는 낙관적 롤업과 비교할 때, ZK-Rollup은 더 안전하다고 여겨집니다.

Linea는 완전한 EVM 지원을 갖춘 2층 유효성 롤업의 예로, 개발자가 이더리움 인프라와 도구를 재사용하여 dapp을 구축할 수 있게 합니다. 반면, 비 EVM ZK-Rollup(예: StarkNet)에서 배포하려면 (a) 다른 스택을 사용하여 스마트 계약을 구축하거나 (b) StarkNet 가상 머신에서 실행되도록 코드베이스를 수정해야 합니다.

사이드체인과 롤업의 차이점은 무엇인가?

처리량: 사이드체인의 평균 거래 처리량은 일반적으로 롤업보다 높습니다. 이는 사이드체인이 주체인의 합의 및 데이터 가용성에 의존하지 않기 때문입니다. 예를 들어, 사이드체인은 더 큰 블록 크기와 매우 빠른 블록 시간을 구현하여 더 높은 처리량을 얻을 수 있지만, 롤업은 이를 달성할 수 없습니다.

롤업은 거래 배치가 단일 주체 블록에 맞지 않을 정도로 너무 많은 거래를 처리하는 것을 피해야 합니다. 그렇지 않으면 기본 계층의 혼잡이 다시 발생하고 롤업이 생성하는 블록을 따라잡기 어려워집니다. 따라서 롤업의 모체 체인 데이터 대역폭은 처리량에 효과적인 제한을 가합니다.

주체인의 보안에 부분적으로 의존하는 사이드체인(예: 제출 체인 및 낙관적 체인)조차도 롤업보다 더 나은 처리량을 보입니다.

비용: 롤업에 비해 사용자가 사이드체인에서 거래할 때 더 적은 비용을 지불할 수 있습니다. 사이드체인과 롤업 간의 다른 차이점과 마찬가지로, 이는 롤업이 결제 및 최종성을 위해 모체 체인에 의존하기 때문입니다. 다음은 롤업에서 발생하는 일부 운영 비용(사용자가 부담하는 비용)입니다:

• 데이터 저장: 롤업 블록을 기본 계층에 제출하는 것은 고정 비용(블록에 거래를 포함하는 비용)과 가변 비용(롤업 블록의 크기에 따라 다름)을 발생시킵니다. 따라서 롤업은 사용자에게 계산 및 데이터 비용을 청구하며, 데이터 양이 많은 거래는 더 많은 비용을 지불하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
• 증명 생성 및 검증: 제로 지식 롤업은 기본 계층의 검증을 위해 유효성 증명을 생성해야 하며, 이는 추가 비용을 발생시킵니다. 유효성 증명을 검증하는 데는 많은 자원이 소모되며, 현재 이더리움에서의 비용은 약 500,000 Gas입니다.

순수 사이드체인은 위의 비용을 발생시키지 않으므로 사용 비용이 더 낮습니다. 제출 체인이나 낙관적 사이드체인은 블록 헤더 제출과 같은 일부 추가 비용이 발생할 수 있지만, 이러한 비용은 무시할 수 있습니다. 또한 단일 거래에서 여러 블록 헤더를 누적하여 비용을 줄일 수 있습니다.

최종성: 완전히 자체 보안에 책임이 있는 사이드체인은 즉각적인 최종성을 가지며, 대다수 검증자의 승인을 받으면 블록이 취소될 수 없습니다. 그러나 제출 체인이나 낙관적 사이드체인은 이 규칙에 적용되지 않으며, 블록 헤더 최종화를 지연시킬 수 있는 도전을 고려해야 합니다.

일반적으로 롤업의 최종성 시간은 순수 사이드체인보다 더 길며, 그 이유는 다양합니다. 예를 들어, 낙관적 롤업은 정직한 참여자가 무효 상태 업데이트에 이의를 제기할 충분한 시간을 보장하기 위해 거래 확인을 지연시킵니다.

유효성 롤업은 즉각적인 최종성을 가지지만(검증이 통과하면), 순수 사이드체인에 비해 최종성 시간이 더 깁니다. 유효성 증명을 생성하고 검증하는 비용이 높기 때문에, 시리얼라이저는 유효성 증명을 생성하고 제출하기 전에 많은 거래를 누적하는 경향이 있습니다.

보안성: 롤업(낙관적 또는 제로 지식)의 보안성은 기본 블록체인에 의해 보장되며, 사용자의 신뢰 가정을 줄입니다. 앞서 설명한 바와 같이, 롤업은 합의 및 데이터 가용성을 위해(사이드체인과는 다르게) 경제적으로 안전한 모체 체인에 의존합니다. 이는 검열, 출금 동결, 무효 실행 등의 위험을 줄입니다.

순수 사이드체인은 그 보안성을 책임집니다. 그러나 다양한 신뢰할 수 있는 검증자를 시작하는 것은 어려울 수 있으며, 이것이 사이드체인이 롤업보다 더 안전하지 않은 이유입니다.

제출 체인과 낙관적 사이드체인은 순수 사이드체인보다 약간 더 안전하지만, 사용자는 검증자와 제안자의 데이터 가용성을 신뢰해야 합니다. 데이터 숨김 공격이 처벌 없이 발생하면, 제출 체인과 낙관적 사이드체인은 아무런 보안 보장을 제공하지 않습니다.

크로스체인 브리지: 롤업과 사이드체인(대부분의 경우)은 동일한 자산 브리징 솔루션을 사용합니다: 주체인에 있는 스마트 계약에서 X 토큰을 잠그고, 서브체인에서 사용자에게 X 토큰을 발행합니다. 이들의 차이는 브리징 계약에 예치된 자금이 어떻게 보장되는가에 있습니다.

롤업은 특정 기본 계층 블록체인에 전념하기 때문에 일반적으로 "규범 브리징"이 두 체인을 연결합니다. 롤업 브리지에 예치된 자금은 모체 체인에 의해 보장됩니다:

• 유효성 롤업에 예치된 자금은 포함된 출금 거래와 관련된 증명이 체인에서 검증된 후에만 인출할 수 있습니다.
• 낙관적 롤업의 경우, 사용자 출금 거래가 포함된 블록이 논쟁 창(약 1-2주) 종료 후 도전받지 않으면 사용자만 자금을 인출할 수 있습니다.

반면, 사이드체인 브리지에 예치된 자금의 안전성은 그 설계에 따라 달라집니다. 예를 들어, 사이드체인이 다른 블록체인과 규범 크로스체인 브리지를 가지고 있다면, 브리징 자금의 안전성은 검증자의 정직성에 따라 달라집니다. 또 다른 문제는 브리징이 전체 검증자(예: Polygon PoS 브리지) 또는 소규모 외부 검증자(예: Avalanche-Ethereum 브리지)에 의해 검증되는지 여부입니다.

롤업과 사이드체인 브리징 간의 최종성 시간 차이는 이들 간의 차이를 설명합니다. 예를 들어, 낙관적 롤업 사용자는 자금을 주체인으로 브리징할 때 더 많은 지연을 겪게 되며, 이는 논쟁 창을 기다려야 하기 때문입니다. 사이드체인을 사용할 경우, 최종 확정된 블록 헤더(필요한 경우 유효한 머클 증명)를 수신하면 사용자는 크로스체인 브리지 계약에서 자금을 인출할 수 있습니다.

롤업과 사이드체인 간 선택하기

스마트 계약을 배포할 때 롤업을 사용할지 사이드체인을 사용할지는 귀하의 목표, 사용자 피드백 및 프로젝트 요구 사항에 따라 달라집니다. 다음은 다양한 상황에서 롤업, 사이드체인 또는 두 가지를 사용하는 이점입니다.

롤업을 사용할 때:

• 사용자가 최고의 보안 보장을 원합니다.
• 사용자가 약간 높은 비용과 증가된 지연/최종성을 감수할 수 있습니다. 롤업의 비용은 이더리움보다 훨씬 낮고 속도도 빠르지만(수량적으로), 이러한 지표에서 사이드체인과 비교할 수는 없습니다.
• 귀하(또는 귀하의 사용자)가 모체 체인 생태계(예: 이더리움)와 더 긴밀한 관계를 원합니다.
• 롤업에서 DApp 사용자 경험을 개선할 계획입니다. 이는 유동성 제공자를 사용하여 낙관적 롤업에서 자금을 인출하는 지연을 줄이거나, 사용자가 귀하의 스마트 계약과 상호작용할 때 생성되는 거래 데이터를 줄이기 위한 코드 최적화를 구현하는 것을 의미할 수 있습니다.
• DApp을 구축할 때 EVM 도구와 인프라를 사용하고 싶습니다. 대부분의 롤업은 EVM과 호환되며 이더리움과 동일한 도구, 클라이언트 소프트웨어 및 노드 API를 사용합니다.

사이드체인을 사용할 때:

• 사용자가 최소한의 비용으로 거래하기를 원합니다.
• 사용자가 거래가 빠르게 처리되기를 원하며, 특히 자금을 브리징할 때 그렇습니다.
• 사용자가 증가된 신뢰 가정과 낮은 보안 보장을 감수할 수 있습니다.
• 귀하(또는 귀하의 사용자)가 모체 체인 생태계와의 긴밀한 관계를 최우선으로 생각하지 않습니다.
• 비 EVM 사이드체인을 사용할 경우 DApp을 구축하기 위해 새로운 프로그래밍 언어, 도구 및 인프라를 배워야 할 수 있습니다.

사이드체인과 롤업을 동시에 사용할 때:

• 귀하의 프로젝트가 하나의 블록체인에서 강력한 네트워크 효과를 구축했으며 여러 생태계로 동시에 확장할 준비가 되어 있습니다(예: 유동성을 활용하기 위해).
• 다양한 유형의 사용자를 수용하고 시장의 한 쪽을 소외시키지 않기를 원합니다.
• 귀하의 프로젝트가 크로스체인 확장을 처리할 충분한 자원을 가지고 있습니다. 이는 서로 다른 팀이 다양한 블록체인 플랫폼에서 귀하의 DApp을 배포하는 것을 의미할 수 있습니다.