RISC 제로 제품 매트릭스가 이더리움이 ZK를 지원하는 미래로 나아가는 데 어떻게 도움이 되는가?

By LINDABELL

최근 개발자 컨퍼런스에서 이더재단의 핵심 멤버인 저스틴 드레이크는 이더재단의 합의 계층을 업그레이드할 계획인 빔 체인 제안을 발표했습니다. 이더리움 합의 레이어를 업그레이드하여 네트워크의 확장성, 보안 및 효율성을 개선하기 위한 zkSNARK 및 zkVM 기술을 통해 이더리움 재단의 합의 레이어를 업그레이드할 계획입니다. 이러한 비전은 또한 zkVM의 중요성을 다시금 주목받게 했습니다. 범용 영지식 가상 머신인 zkVM은 기존의 스마트 컨트랙트 로직에 의존하지 않고 보다 유연하고 효율적인 방식으로 복잡한 연산을 처리할 수 있습니다.

이러한 추세에 힘입어 RISC Zero, Succinct, Cysic과 같은 프로젝트가 이 분야의 혁신을 주도하는 핵심 플레이어로 여겨지고 있습니다. 그 중 RISC-V 아키텍처 기반의 zkVM을 사용하는 RISC Zero는 블록 검증 및 롤업 성능을 개선할 뿐만 아니라 이더리움의 ZK 지원 업그레이드를 위한 기술 지원을 제공하는 Zeth, Kailua, Bonsai 등 일련의 오픈 소스 툴을 개발했습니다.

RISC zkVM 에코 제품 매트릭스: 핵심 기술부터 시나리오 애플리케이션까지

RISC 제로는 RISC-V 명령어 세트 아키텍처를 기반으로 하는 zkVM 구현입니다. 범용 영지식 컴퓨팅 플랫폼으로서 Rust, C++ 등 다양한 주류 프로그래밍 언어를 지원하며 거의 모든 계산 작업을 실행할 수 있습니다. 다른 영지식 기술 플랫폼과 달리 RISC Zero의 증명자와 검증자는 완전한 오픈 소스이므로 개발자가 로컬에서 증명을 생성하고 검증할 수 있습니다. 또한 RISC 제로의 검증자는 여러 플랫폼과 호환되며 다양한 블록체인 생태계에 적용할 수 있어 탈중앙화 애플리케이션의 개발 프로세스를 간소화합니다.

올해 6월, RISC 제로는 zkVM 1.0을 출시했습니다. zkVM 1.0은 여러 언어와 복잡한 연산 작업을 지원할 뿐만 아니라 연속 기술을 활용하여 대규모 연산을 여러 부분으로 분할하여 효율적인 병렬 연산과 검증을 수행할 수 있습니다. 로드맵에 따르면 RISC 제로는 증명 흐름을 GPU로 완전히 마이그레이션(80% 완료), 새로운 RISC-V v2 회로 설계 도입, 재귀 회로를 위한 특정 최적화 등의 최적화를 통해 2024년 말까지 zkVM 성능과 비용을 20배 개선할 계획입니다. 동시에 RISC 제로는 이더넷 관련 작업과 암호화 작업의 성능을 향상시키기 위해 RSA, Keccak, ECDSA 등의 알고리즘을 위한 일련의 가속 모듈을 통합하고 있습니다.

RISC Zero는 zkVM의 핵심 기능을 중심으로 다양한 오픈 소스 도구와 제품도 개발했습니다. 예를 들어, 개발자는 분재 네트워크 증명 서비스를 통해 특수 하드웨어 없이도 영지식 증명을 생성할 수 있고, 스틸 툴은 복잡한 EVM 계산을 오프체인 환경으로 옮기면서도 결과를 검증할 수 있어 온체인 실행 비용을 절감하며, 블롭스트림 제로는 셀레스티아 데이터 가용성 계층을 연결하여 모듈형 블록체인 생태계에서 데이터를 공유하고 검증하는 새로운 방법을 제공합니다. 블롭스트림 제로는 셀레스티아 데이터 가용성 계층을 연결하여 모듈형 블록체인 생태계에서 데이터 공유 및 검증을 위한 더 많은 가능성을 제공합니다.

Zeth: 전체 이더리움 블록이 올바르게 구성되었는지 증명

Zeth는 RISC Zero가 zkVM 기술을 기반으로 개발한 오픈소스 이더리움 영지식 블록 증명기로, 영지식 증명을 통해 이더리움 블록이 올바르게 구성되었는지 검증합니다. 기존 검증자나 동기화 위원회에 의존하지 않고 이더리움 블록의 유효성을 검증하는 증명으로, RISC 제로는 이더리움 프로토콜과 완벽하게 호환되며 코드 재사용을 통해 개발 효율성을 높일 수 있는 타입 0 zkEVM으로 Zeth를 정의하고 있습니다.

Ether의 공동 창립자 비탈릭 부테린은 "다양한 유형의 zk-EVM"이라는 글에서 zkEVM을 네 가지 카테고리로 나누었는데, 유형-1은 이더와 완전하고 타협 없는 동등성을 추구하고 유형-2는 완전성을 향해 노력하는 유형입니다. 유형-2는 EVM과 완전히 동등하지만 이더와 완전히 동등하지는 않은 상태, 유형-3은 EVM과 거의 동등한 상태, 유형-4는 이더와 완전히 호환되지 않는 상태입니다.

RISC의 고성능을 활용한 혜택 제로 zkVM의 고성능을 바탕으로 Zeth는 몇 분 안에 이더 블록을 검증할 수 있습니다. 테스트 데이터에 따르면 Zeth는 1.1MHz의 속도로 블록 증명을 생성할 수 있으며, "연속" 기능으로 GPU 클러스터를 확장하여 속도를 4.7MHz에서 6.3MHz로 높였습니다. 이러한 성능 최적화는 증명 생성 비용도 절감합니다. 테스트 결과, 182개의 트랜잭션이 포함된 블록을 생성하는 데 21.72달러, 즉 트랜잭션당 약 0.11달러의 비용만 들었습니다.

또한, 개발자들이 블록 증명을 빠르게 구현하고 다양한 시나리오에 적용할 수 있도록 RISC 제로 팀은 revm, 에테르, 합금과 같은 Rust 에코시스템을 활용했습니다. 이러한 설계는 개발자가 필요에 따라 블록 구축 로직을 조정하고 향후 이더리움의 개선 사항을 수용할 수 있는 유연성을 제공합니다.

애플리케이션 수준에서 제스는 zk 롤업, 라이트 클라이언트, 크로스체인 브리지를 위한 효율적인 솔루션을 제공합니다. 기존의 zk 롤업과 zkEVM 빌드는 시간과 비용이 많이 소요되며 소규모 팀에게는 불가능합니다. 대신, Zeth는 개발자가 블록 검증 로직을 쉽게 커스터마이징할 수 있는 모듈식 zkVM 아키텍처를 기반으로 합니다. 예를 들면:

• zk 롤업: 블록 검증을 신속하게 구현하는 Zeth의 기능 덕분에 개발 주기를 단축하고 ZK 롤업에 대한 자본 투자를 절감할 수 있었습니다.

• 라이트 클라이언트: 블록을 재구축할 필요 없이 블록 유효성을 검증하여 운영 비용을 절감할 수 있습니다.

• 크로스체인 브리지: Zeth의 ZKP는 체인에 민감한 정보를 공개하지 않고도 크로스체인 데이터의 정확성을 검증할 수 있어 제3자 신뢰에 대한 의존도를 줄이고 크로스체인 공격의 위험을 낮춥니다.

올해 5월, 제스는 메인 이더 네트워크에서 옵티미즘 블록 데이터를 추출하고 블록의 정확성을 검증하는 ZKP를 생성하는 온체인 검증을 지원하도록 성공적으로 확장했습니다. 즉, 제스를 통해 옵티미즘은 거래를 검증하고 분쟁을 보다 효율적으로 해결할 수 있습니다.

본사이: 개발자가 자체 하드웨어를 사용하지 않고도 증명을 생성할 수 있습니다

본사이는 zkVM 앱용으로 특별히 설계된 원격 증명 서비스로, 개발자가 자체 하드웨어를 사용할 필요 없이 증명을 생성하여 온체인 증명 문제를 해결할 수 있도록 합니다. 분재는 개발자가 자체 하드웨어를 사용하지 않고도 증명을 생성할 수 있도록 설계된 원격 증명 서비스로, 제한된 온체인 컴퓨팅 리소스와 높은 비용 사이의 충돌을 해결합니다. 본사이를 사용하면 개발자는 실행할 zkVM 애플리케이션과 입력 데이터를 정의하기만 하면, 본사이가 백그라운드에서 계산을 실행하고 해당 영지식 증명을 생성합니다. 이 과정에서 개발자는 추가 하드웨어를 배포할 필요가 없습니다. 동시에 Bonsai는 대규모 GPU 클러스터를 활용하여 여러 계산 작업을 병렬화합니다. 또한, 분재는 개발자가 기존 시스템에 쉽게 통합할 수 있는 사용하기 쉬운 API와 SDK 인터페이스를 제공하여 개발 노력을 더욱 줄일 수 있습니다.

이 원격 증명 서비스를 기반으로 RISC 제로는 사용자가 구글 계정을 통해 이더리움 네트워크에서 토큰을 주고받을 수 있도록 OAuth 2.0 인증과 ZKP 기술을 결합한 오픈 소스 도구인 Bonsai Pay를 출시했습니다. 예를 들어 앨리스가 밥에게 송금하고 싶을 때 앨리스는 분재 페이를 사용하여 밥의 구글 이메일 주소와 송금할 금액을 입력하고, 밥은 분재 페이에 로그인하여 이메일 주소를 입력하고 구글 계정으로 인증하면, 분재 페이는 OAuth 2.0을 사용하여 승인된 토큰을 생성하여 밥이 실제로 이메일 주소의 소유자임을 증명할 수 있습니다. 분재 페이는 OAuth 2.0을 사용하여 인증 토큰을 생성하여 Bob이 실제로 이메일 주소의 소유자임을 증명합니다. 그런 다음 분재 페이는 분재 증명 서비스를 호출하여 Bob의 Google 계정이 지갑 주소와 연결되어 있다는 영지식 증명을 생성합니다. 스마트 컨트랙트가 증명을 확인하면 자금을 잠금 해제하고 밥의 지갑 주소로 이체합니다.

이 과정에서 본사이 페이는 ZKP 기술을 사용하여 "밥의 Google 계정이 지갑 주소와 연결되어 있는지"를 검증하는 동시에 Google 계정 세부 정보를 공개하지 않습니다.

분재의 또 다른 중요한 애플리케이션은 Bonsai ZKP입니다. 분재의 또 다른 중요한 응용 분야는 분재 ZK 코프로세서입니다. ZK 코프로세서는 영지식 증명 기술을 통해 복잡한 연산 작업을 오프체인으로 전송하고, 결과의 정확성을 보장하기 위해 위변조 방지 증명을 생성합니다. 동시에, 개발자는 로직을 처리하는 zkVM 애플리케이션을 작성하고 간단한 솔리디티 컨트랙트를 통해 본사이를 호출하여 계산을 실행하고 결과를 확인하기만 하면 되기 때문에 본사이 코프로세서는 매우 간단하게 배포할 수 있습니다. 이 과정에서 본사이 증명 서비스는 온체인에서 검증할 수 있는 오프체인 계산에 대한 영지식 증명을 생성하는 역할을 담당합니다.

본사이 ZK 코프로세서는 고성능과 저비용이 필요한 온체인 애플리케이션에 적합합니다. 예를 들어, DAO 거버넌스에서는 복잡한 투표 계산을 오프체인으로 이동하여 온체인 가스 비용을 크게 줄일 수 있으며, 본사이 DAO 거버너는 코프로세서를 통해 투표당 가스 비용을 50% 이상 절감하여 거버넌스 효율성을 효과적으로 개선하고 참여 장벽을 낮출 수 있습니다.

Boundless: 검증 가능한 컴퓨팅 레이어

기존 블록체인 아키텍처에서는 거래의 유효성을 보장하기 위해 모든 노드가 각 거래에 대한 모든 계산을 다시 실행해야 했습니다. 이러한 '글로벌 재실행' 모델은 보안과 일관성을 보장하지만, 계산 비용이 매우 높습니다. 이 문제를 해결하기 위해 RISC 제로는 단일 노드가 계산을 완료한 후 검증 가능한 영지식 증명을 생성하고 다른 노드는 계산을 다시 실행할 필요 없이 증명을 검증하기만 하면 결과를 확인할 수 있는 바운드리스를 도입했습니다.

Boundless는 재귀적 조합 기법을 통해 검증 과정을 간소화합니다. 여러 개의 작은 영지식 증명을 하나의 전체 증명으로 결합하여 검증자가 모든 단계를 일일이 검증할 필요 없이 하나의 전체 증명만 확인하면 됩니다. 영지식 증명 생성의 효율성을 더욱 최적화하기 위해 바운드리스는 해시 계산 및 디지털 서명 검증과 같은 일반적인 작업의 효율성을 최적화하는 전용 암호화 가속 회로를 내장하고 있습니다.

또한 개발자는 영지식 기술을 깊이 있게 이해할 필요 없이 Rust나 솔리디티와 같은 익숙한 프로그래밍 언어로 앱을 작성하기만 하면 Boundless를 사용할 수 있습니다. 현재 바운드리스는 개발자가 무료로 이용할 수 있습니다. 개발자는 바운드리스 증명 서비스를 활용하여 기존 시스템을 마이그레이션하거나 검증 계약을 업데이트할 필요 없이 모든 블록체인에서 영지식 앱을 빠르게 구축하고 배포할 수 있습니다.

Blobstream Zero: 크로스체인 데이터 검증을 간소화하는 zkVM 기반 크로스체인 브리지

Blobstream Zero는 셀레스티아의 데이터 가용성 계층을 기존의 모듈화된 데이터 가용성 계층에 원활하게 연결하도록 설계된 RISC Zero와 Celestia의 zkVM 기반 크로스체인 브리지입니다. 기존 모듈형 블록체인 생태계에 원활하게 통합됩니다. 셀레스티아에서 데이터를 공유하고 검증함으로써 블롭스트림 제로는 체인 간 데이터 전송과 검증을 더욱 쉽게 할 수 있도록 지원합니다.

완전한 오픈 소스 공개 제품인 Blobstream Zero는 모든 프로젝트나 개발자가 로컬 인스턴스를 실행하고 영지식 증명을 생성할 수 있도록 지원합니다. 또한 블롭스트림 제로는 기본적으로 오프체인 계산 도구이므로 계산을 수행하기 위해 신뢰할 수 있는 데이터가 필요한 ZK 코프로세서를 지원할 수 있습니다. 블롭스트림 제로는 셀레스티아와 같은 블록체인에서 데이터를 가져올 수 있으며, 전송되는 데이터가 신뢰할 수 있음을 입증하기 위해 ZK 증명을 생성할 수 있습니다.

Steel: 오프체인 실행과 온체인 검증을 갖춘 스마트 컨트랙트의 새로운 패러다임

Steel은 zkVM 기술을 활용하여 오프체인 검증 가능한 스마트 컨트랙트를 가능하게 하는 RISC Zero의 오픈 소스 툴입니다. 실행을 지원합니다. 개발자는 Steel을 사용하여 EVM 작업을 온체인에서 오프체인 실행으로 옮기는 동시에 영지식 증명을 생성하여 계산 결과의 신뢰성과 검증 가능성을 보장할 수 있습니다.

기존 스마트 컨트랙트는 모든 로직을 온체인에서 모두 실행해야 하므로 가스 비용이 많이 들 뿐만 아니라 복잡한 애플리케이션을 개발하는 데도 제한이 있었습니다. 스틸의 오프체인 연산과 온체인 검증 메커니즘은 이 문제를 해결합니다. 예를 들어, 간단한 스마트 콘트랙트에서 계정의 ERC20 잔액이 1보다 큰지 확인하고 카운터 변수를 증가시키면 됩니다. 기존의 접근 방식은 온체인에서 로직을 완전히 실행해야 하지만, 스틸은 오프체인에서 계산을 수행하고 영지식 증명을 생성하여 컨트랙트 로직을 반복하지 않고도 온체인에서 검증할 수 있습니다.

RISC 제로는 현재 스틸 1.0을 출시했으며, 파트너들은 이미 이 도구를 사용하여 애플리케이션을 성공적으로 개발했습니다. 예를 들어, 약 40만 개의 SLOAD 작업을 처리하는 컨트랙트 호출에서 계산은 Steel을 통해 오프체인으로 이동되고, 생성된 영지식 증명은 이후 온체인에서 검증됩니다. 증명 생성 비용은 10달러 미만, 온체인 검증 비용은 30만 가스 미만입니다.

Kailua: 롤업 아키텍처의 혁신을 주도하는 하이브리드 ZK 솔루션

제스 출시에 이어 RISC 제로는 카일루아를 출시했습니다. 최적화된 롤업을 위한 하이브리드 ZK 롤업 업그레이드 솔루션인 Kailua를 출시했습니다. 카일루아는 일반적으로 7일의 챌린지 기간이 필요해 트랜잭션 완결성이 느린 기존 옵티미즘 롤업과 완결성을 빠르게 달성하지만 영지식 증명을 지속적으로 생성하는 데 많은 비용이 드는 ZK 롤업의 장점을 비용과 효율성의 균형을 맞춘 하이브리드 아키텍처로 결합한 솔루션입니다. 옵티미즘 코나 프레임워크의 확장인 Kailua는 zkVM에서 실행되는 수정되지 않은 코나를 지원할 뿐만 아니라 혁신적인 분쟁 해결 메커니즘을 도입하여 서약 요건을 낮추고 최종성 지연 시간을 줄여 시스템 효율성과 가용성을 개선합니다.

Kailua의 아키텍처에서는 분쟁 메커니즘이 완전히 새롭게 설계되었습니다. 첫째, 분쟁 해결 메커니즘은 시간 제약을 없애 네트워크 중단과 같은 특수한 상황에서도 검증자가 증명을 생성할 수 있는 충분한 시간을 확보하여 시스템의 복원력을 높입니다. 극단적인 상황에서도 RISC Zero zkVM의 확장 아키텍처는 1시간 이내에 증명을 완료할 수 있습니다. 또한 Kailua의 온디맨드 교정 기능은 개발자가 교정 빈도를 유연하게 구성하고 저렴한 비용으로 완전 교정된 롤업 모델로 전환할 수 있도록 지원합니다.

ZK 롤업과 달리 Kailua는 지속적으로 증명을 생성할 필요가 없도록 설계되었습니다. Kailua는 빈도가 낮은 빈 블록이나 특별한 계약 요구사항이 있는 롤업에 대해 보다 비용 효율적인 대안을 제공합니다. 동시에 카일루아는 롤업에 필요한 지분 증명 비용도 크게 줄여줍니다. 기존의 낙관적인 롤업은 오랜 기간 동안 선형적으로 증가하는 반면, 카일루아는 최적화된 설계를 통해 플러지 요건을 수정하여 장기간에도 낮은 비용으로 시스템을 안전하게 유지하고 활성화할 수 있습니다.

Kailua는 이제 완전한 오픈 소스입니다. 개발자는 명령줄 도구를 사용하여 로컬 Optimism 테스트 네트워크를 배포하고 ZK 장애 증명을 지원하는 네트워크로 빠르게 업그레이드할 수 있으며, Kailua는 시뮬레이션된 장애 제안을 지원하여 검증자가 zkVM으로 오류 상태에 이의를 제기하여 분쟁 해결 메커니즘에 대한 통찰력을 얻는 방법을 개발자가 이해할 수 있도록 도와줍니다. 향후 Kailua는 비용과 성능을 최적화하고 더 많은 롤업 프레임워크를 지원하도록 확장될 예정입니다.

요약

위에서 보시다시피, RISC Zero의 zkVM 제품 매트릭스는 여러 영역에서 영지식 증명 기술을 발전시키고 있으며, Zeth와 Kailua는 롤업에 중점을 두고 있습니다. 제스와 카일루아는 블록 검증 효율성과 분쟁 해결 속도를 개선하는 롤업 아키텍처 최적화에 중점을 두고 있으며, 본사이(Bonsai)는 하드웨어 종속성과 운영 비용을 줄이는 원격 증명 서비스를 제공하여 개발자가 애플리케이션을 보다 효율적으로 구축할 수 있도록 지원합니다. 블롭스트림 제로는 크로스체인 데이터를 효율적으로 검증하여 모듈형 블록체인 생태계를 안정적으로 지원합니다. 또한, 오프체인 컴퓨팅과 온체인 검증 모델을 통해 스마트 컨트랙트 실행에 필요한 가스 비용을 절감합니다.

물론 RISC 제로는 zkVM 제품 매트릭스를 지속적으로 개선하는 동시에 zkVM 기반 기술의 혁신도 지속적으로 추진하고 있습니다. 최근 RISC Zero zkVM은 새로운 사전 컴파일 방식을 도입한 버전 1.2를 출시하여 개발자가 사전 컴파일된 로직을 zkVM 자체에 빌드할 필요 없이 애플리케이션과 함께 배포할 수 있도록 했습니다. 즉, 개발자는 온체인 검증 컨트랙트나 조정 증명자의 구성을 수정할 필요 없이, 그리고 성능 최적화를 위해 zkVM을 포크하거나 크게 변경할 필요 없이 새로운 사전 컴파일된 로직을 추가할 수 있습니다. 또한 애플리케이션 정의 사전 컴파일은 증명 생성의 계산 비용을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 Automata는 RSA 사전 컴파일을 통합하여 실행 주기를 3,900만 회에서 217,000회로 줄여 약 180배의 비용을 절감했습니다.

zkVM 기술이 계속 최적화됨에 따라 다양한 시나리오에서 그 잠재력이 입증될 것이지만, 그 잠재력을 실현하는 것은 생태계 협업과 실제 기술 성능에 달려 있습니다.