진짜 비트코인 L2는 누구일까?

Key Takeaways

• 최근 bull market과 BTC 현물 ETF의 승인은 비트코인 생태계가 많은 관심을 끄는 계기가 되었으며, 이에 따라 비트코인의 확장성을 개선하려는 프로젝트들이 쏟아져 나오고 있다.

• 확장성 솔루션이 비트코인 L1의 보안을 상속받고 있는지 판단하기 위해선 Safety와 Liveness 조건을 만족하는지 분석해보아야 한다.

• 본 글에서는 최근 많은 관심을 받은 비트코인 확장성 솔루션들(Stacks, Citrea, Sovereign Rollups, Merlin Chain, B^2 Network)을 진정한 의미의 비트코인 L2라고 여길 수 있는지 분석해보았다.

1. What Happened?

Source: House of Chimera

최근 시장 상황이 좋아지면서 굉장히 많은 프로젝트들이 공개되고 있다. 특히, 비트코인 ETF가 승인되며 비트코인 생태계에 대한 관심은 폭발적으로 증가하고 있고, 이에 따라 비트코인 생태계의 숙원인 확장성을 개선하고자하는 프로젝트들 또한 쏟아지고 있다. 하지만, 비트코인 네트워크 스마트 컨트랙트의 한계 때문에, 확장성 솔루션이라고 주장하는 프로젝트 중 실제로 비트코인 L1의 보안을 상속받는 프로젝트는 극히 드물다. 따라서, 이번 글에서는 최근에 많은 주목을 받은 몇 가지 프로젝트들이 진정한 의미의 L2인지 분류해볼 것이다.

2. Backgrounds

2.1 Five Confirmation Rules for Safety & Liveness

시장에 나온 수 많은 비트코인 L2 프로젝트들이 진정한 의미의 L2인지 판단하기 위해 블록체인 네트워크의 Safety와 Liveness가 어디로부터 보장받는지 파악하는 것은 매우 중요하다. 이를 위해 EigenLayer의 파운더인 Sreeram Kannan이 제시한 Safety와 Liveness를 이루는 5가지 confirmation rules를 살펴보면 다음과 같다:

1. Ledger Growth: 분산원장에 블록이 추가되며 지속적으로 성장한다.

2. Censorship Resistance: 정직한 어떠한 트랜잭션도 검열되지 않고 네트워크에 추가된다.

3. Reorg Resistance: 한 번 컨펌된 트랜잭션은 바뀌지 않고 계속 컨펌된 상태로 남는다.

4. Data Availability: 트랜잭션 데이터는 항상 가용가능하다.

5. Validity: 블록체인의 상태(state)는 타당하다.

이 중 1) Ledger Growth와 2) Censorship Resistance는 Liveness와 직결되는 특성이며, 3) Reorg Resistance, 4) Data Availability, 5) Validity는 State와 직결되는 특성이다.

예를 들어 롤업 네트워크는 1) 시퀀서 대체 프로토콜을 통해 Ledger Growth를 항상 가능하게 하고, 2) L1에서 L2 트랜잭션을 강제하는 메커니즘(Forced Inclusion)을 통해 Censorship Resistance를 달성하고, 3) 항상 이전 commitment에 블록을 쌓아 Reorg Resistance를 달성하고, 4) 트랜잭션 데이터를 L1 블록에 저장하여 Data Availability를 달성하고, 5) Fraud/Validity Proof 시스템을 통해 Validity를 달성한다면, L1의 보안에 완전히 의존한다고 말할 수 있다.

반면에 소버린 롤업(Sovereign Rollup)은 세틀먼트를 L1에 의존하지 않고, 네트워크 내의 풀노드 자체적으로 처리하는데, 만약 소버린 롤업 단에서 full node confirmation rule을 강제한다면, 스마트 컨트랙트 롤업과 마찬가지로 L1의 보안에 완전히 의존한다. 사이드 체인은 네트워크의 상태를 요약하는 스테이트 루트(state root)를 주기적으로 L1에 기록함으로써 Reorg Resistance만 L1에 의존할 뿐, 나머지는 자체 밸리데이터에 의존하기 때문에 L2라고 볼 수 없다.

3. Zoom in: What Bitcoin L2s are real? True or False

3.1 Stacks

Stacks는 올해 Nakamoto Release 업그레이드를 앞두고 있으며, 기존 디자인에 비해 확장성, MEV, 파이널리티 등에서 개선이 있을 예정이다. 업그레이드 이후 Stacks의 완결성은 100% 비트코인의 해시레이트에 의해 결정되며, Stacks를 리오그하기 위해선 비트코인 네트워크를 리오그시켜야한다. 그럼에도 불구하고 Stacks는 엄밀한 의미의 비트코인 L2라고 할 수 없는데, 이는 Stacks 공식 깃허브에도 명시되어 있다.

첫 번째로 Stacks는 트랜잭션 데이터의 전체가 아니라 해시만을 비트코인 네트워크에 기록한다. 이는 Stacks 네트워크의 히스토리가 타당하다는 것은 증명할 수 있을 뿐, 데이터 가용성을 보장하지 않는다. 두 번째로 비트코인 네트워크는 근본적으로 fraud proof 및 validity proof의 증명 시스템을 도입할 수 없다. 따라서 validity 측면에서도 Stacks는 비트코인 네트워크 보안의 수혜를 받지 못한다.

3.2 Citrea

3.2.1 Overview & Data Availability

Citrea는 Chainway Labs가 빌딩하고 있는 BitVM 기반의 비트코인 zk 롤업이다. Citrea는 RISC Zero의 기술 기반의 Type-2 zkEVM을 사용하고 있으며, cBTC를 네이티브 가스 토큰으로 사용한다. 우선, 데이터 가용성의 측면에서 Citrea는 state diff.와 연산과 관련된 zk-STARKs를 비트코인 네트워크에 인스크립션 형태로 기록한다. 이 의미는 즉슨, 비트코인 네트워크의 노드들은 과거부터의 state diff.와 validity proofs에 접근할 수 있어, 이를 연산하여 Citrea의 전체 상태(full state)를 알 수 있다. 물론, 뒤에서 설명할 BitVM이 proofs를 증명하긴 하지만, 원한다면 비트코인의 노드가 인스크립션 형태로 저장된 proof를 로컬하게 검증할 수도 있다.

3.2.2 BitVM

그렇다면, 비트코인 네트워크는 스마트 컨트랙트의 한계 때문에 L2의 증명을 검증하지 못하는데, Citrea는 이를 어떻게 하는 것일까? 바로 BitVM을 통해 검증한다. BitVM은 임의의 연산을 검증할 수 있는 VM이다. 연산을 증명하고자하는 Prover과 이를 검증하는 Verifier가 참여자이며, 이들은 비트코인 네트워크에 멀티시그지갑을 개설하고 보유하고 있는 BTC를 예치한다. 만약 Prover의 연산 결과가 악의적이라면 Verifier는 fraud proof 과정을 통해 이를 적발하여 Prover가 예치한 BTC를 몰수한다.

BitVM이 다른 솔루션과 비교하여 갖는 가장 큰 장점은 비트코인 네트워크에 별다른 업그레이드 없이도 적용이 가능한 것이다. 기존에 비트코인 위에 롤업을 빌딩하는 것이 불가능했던 이유가 증명 시스템을 도입하기 위해서 비트코인 네트워크의 업그레이드가 필요했다는 것을 생각해보면, BitVM의 방식은 혁신적인 것이다. 또한, 단일 Prover 및 N Verifiers가 존재하는 BitVM 시스템에서는 1-of-N Verifiers만 정직해도 시스템에 문제가 생기지 않는데, 이 또한 큰 장점이다. 하지만, BitVM도 몇 가지 단점들이 있는데 EVM보다 매우 느리고, 비싸고, 복잡하다. 그럼에도 불구하고 임의의 연산을 옵티미스틱한 방식으로 비트코인 네트워크 위에서 증명할 수 있다는 것은 굉장히 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재성을 부여한다.

3.2.3 Evaluation

Citrea의 type-2 zkEVM에서 생성되는 zk-STARK proofs는 BitVM에 의해 옵티미스틱하게 검증된다. 1-of-N honest assumption만 필요하기 때문에 이는 옵티미스틱 롤업과 굉장히 비슷한 시스템이다. 이외에도 Citrea는 Bitcoin L1에 인스크립션을 통해 L2에 트랜잭션을 강제로 삽입할 수 있는 forced transaction 시스템이 있어 검열저항성이 있으며, 가장 최근에 완결된 비트코인 블록의 해시를 롤업 블록 헤더에 포함시킴으로써 Re-org 저항성도 가지고 있다. 이러한 모든 측면을 고려해보았을 때 Citrea의 Safety와 Liveness는 충분히 비트코인 L1으로부터 상속받는다고 볼 수 있어 Citrea를 L2라고 평가할 수 있다.

3.3 Bitcoin Sovereign Rollups

앞에서 말했듯이 Bitcoin Sovereign Rollup은 L2라고 말할 수 있다. 이들은 트랜잭션 데이터를 비트코인 네트워크에 저장하기 때문에, 비트코인 L1의 풀노드들은 롤업과 관련된 데이터에 항상 접근할 수 있고, Sovereign Rollup의 canonical state를 자체적으로 검증하고, p2p 네트워크를 통해 fraud/validity proof를 주고 받을 수 있다. 즉, full node confirmatino rule 하에서 Sovereign Rollup은 비트코인 L1의 Liveness와 Safety를 모두 상속받는다.

하지만 Sovereign Rollup에는 몇 가지 큰 단점들이 있다. 첫 번째로 L1과 L2 사이의 trust-minimized 브릿징이 불가능하다. 트랜잭션의 타당성에 대한 세틀먼트를 L1에서 처리하는 스마트 컨트랙트 롤업과 달리 Sovereign Rollup은 세틀먼트를 자체적으로 수행하고, 비트코인 네트워크에선 이를 검증할 수 있는 스마트 컨트랙트를 배포할 수 있는 환경이 아니기 때문이다. 즉, Bitcoin Sovereign Rollup에서는 L1의 BTC를 안전하게 활용할 수 없다.

두 번째는 낮은 확장성이다. DA에 특화된 Celestia는 1.4mb/s, 이더리움(EIP-4844 이전)은 83kb/s의 데이터 대역폭을 보이는 반면에, 비트코인 네트워크의 대역폭은 6.8kb/s (=4,096kb/10min) 밖에 되지 않는다. 즉, 트랜잭션 데이터를 비트코인 네트워크에 저장하는 Bitcoin Sovereign Rollup의 확장성은 낮을 수 밖에 없다.

이러한 단점들에도 불구하고 Bitcoin Sovereign Rollup에서의 활동은 비트코인 L1의 Safety와 Liveness를 보장받을 수 있다. 즉, L1의 BTC를 디파이에 활용하거나, 높은 확장성이 필요한 어플리케이션을 사용하는 것은 어렵겠지만, 트랜잭션의 빈도가 낮고, 높은 보안을 필요로하는 활동에는 매우 적합할 것이다.

3.4 Merlin Chain

Merlin Chain은 Bitmap Tech라는 곳에서 개발하며, 비트코인 위의 ZK 롤업이라고 주장하고 있다. Particle Network을 활용하여 BTC Connect라는 서비스를 제공하는데, 이는 EVM 기반 체인임에도 불구하고 비트코인 지갑(UniSta, Xverse, etc…)으로 네트워크와 연결할 수 있다. 아직 정보가 거의 공개되지 않았지만, 비트코인 네트워크 자체적으로는 validity proof를 검증할 수 없기 때문에 Citrea와 같이 BitVM을 사용하거나 유사한 방식이 아니라면 Merlin Chain을 L2라고 보기 어려울 것이다.

3.5 B^2 Network

B^2 Network는 Blast, Manta 등의 이더리움 기반 롤업 네트워크들이 브릿지를 통해 포인트를 제공하는 부트스트래핑 전략을 처음으로 도입한 비트코인 확장성 솔루션이다. B^2 Network도 Citrea와 마찬가지로 비트코인 위의 ZK 롤업이라고 주장하며, 실제로 Citrea와 비슷한 방식을 사용한다. 비록 validity proof 검증을 위해 BitVM을 사용하진 않지만, 옵티미스틱 롤업과 같은 챌린지 방식을 사용하는 것은 동일하며, 슬래싱을 진행하는 방식이 다르다.

하지만, B^2 Network는 완전한 비트코인 L2라고 부를 수 없는데 그 이유는 데이터 가용성에 있다. B^2 Network는 Citrea와 마찬가지로 비트코인 네트워크에 인스크립션으로 데이터를 기록 하는데, 전체 데이터를 기록하는 것이 아닌 해시값만 기록한다. 전체 데이터는 다른 탈중앙 스토리지 프로토콜에 기록된다.

4. Zoom out: Before Apeing, Be Aware of The Risks

본 글에선 최근 쏟아져 나오고 있는 비트코인 확장성 솔루션들이 진짜 비트코인 L1의 Safety와 Liveness에 의존하고 있는지 간단히 살펴보았다. 수 많은 프로젝트 중 많이 언급되고 있는 일부만 다루었으며, 그 외의 프로젝트들의 경우 대부분 진정한 의미의 비트코인 L2가 아닐 확률이 매우 높으니 사용자들의 주의가 필요하다. 또한, 본 글에서는 Safety와 Liveness 측면에만 집중했으며, BTC 브릿징 등의 측면은 고려하지 않았으니, 이에 대한 추가 분석 또한 중요할 것이다.

최근 포인트, 레퍼럴 시스템 등을 통한 네트워크 부트스트래핑 전략이 디폴트가 되면서, 많은 프로젝트들이 그럴싸한 설명으로 사용자들을 현혹하는 경우가 많다. 사용자들은 항상 자금을 투입하기 전에 프로젝트들의 리스크를 판별해볼 것을 권장한다. Stay SAFU!

이 글의 비주얼을 제공해주신 Kate에게 감사의 말씀을 전합니다.