비탈릭의 가벼운 이더리움 비콘체인 구상

[비탈릭의 가벼운 이더리움 비콘체인 구상] 비탈릭이 며칠 전 이더리움 비콘체인(합의)을 더 가볍게 만들기 위한 새로운 설계 방향을 제안했습니다. 핵심은 비콘체인이 밸리데이터 정보를 모두 직접 들고 처리하는 대신, 밸리데이터들이 각자 자신의 상태를 관리하고 주기적으로 ZK 증명으로 제출하게 하자는 것입니다. 간단하게 살펴보면 다음과 같은 특징을 지니고 있습니다. 1. 비콘체인 상태 부담 최소화 현재 비콘체인은 밸리데이터마다 공개키, 출금 정보, 유효 잔액, 슬래싱 여부, 활성화/종료/출금 관련 시점 등을 저장합니다. 또한 밸리데이터의 투표 참여 여부를 바탕으로 매 에포크마다 보상과 패널티를 계산합니다. 이 구조는 지금도 무겁지만, 단일 슬롯 최종성이나 짧은 주기의 최종성을 목표로 하면 부담이 더 커집니다. 에포크 종료 처리가 매우 자주 발생할 수 있고, 밸리데이터 수가 수백만 단위로 늘어날 경우 합의체인의 상태 관리 비용이 병목이 될 수 있습니다. 비탈릭은 공개키 저장과 보상·패널티 계산을 비콘체인 상태에서 최대한 제거하는 해결책을 제안하고 있습니다. 밸리데이터가 비콘 체인에 입금할 때, 해당 밸리데이터의 공개키는 입금 트리의 특정 위치에 들어갑니다. 이때 비콘체인이 공개키 자체를 계속 저장하는게 아니라, 해당 공개키가 입금 트리의 어느 위치에 있었는지만 저장한다면 저장 공간의 최적화를 해낼 수 있죠. 대신, 밸리데이터는 서명할 때 자신의 공개키와 입금 트리 증명을 함께 제출해야 하고, 체인은 이를 검증하는 방식을 통해 통해 해당 밸리데이터가 유효한 밸리인지를 확인합니다. 보상과 패널티 계산도 체인이 실시간으로 처리하지 않도록 만들 수 있습니다. 투표는 체인에 포함되지만, 밸리데이터별 잔액 업데이트는 각 밸리데이터가 직접 계산한 뒤 ZK 증명으로 제출하는 방식입니다. 예를 들어 하루에 한 번, 자신이 어떤 투표에 참여했고 어떤 투표에는 빠졌는지를 계산하고, 그 결과 새 잔액이 올바르다는 증명을 제출하는 것이죠. 2. 새로운 밸리데이터 상태 이 구조가 적용되면 밸리데이터별로 체인에 남는 정보는 매우 작아집니다. • 유효 잔액: 1바이트 • 공개키 위치: 5바이트 뿐만 아니라, 상태 업데이트도 꽤 단순해집니다. 기본적으로는 밸리데이터당 하루 한 번의 잔액 업데이트가 발생하고, 슬래싱이 있을 때만 별도의 업데이트가 발생하는 형태입니다. 증명 제출이 늦어져도 바로 슬래싱되거나 퇴출되는 것은 아니지만, 증명을 제출하기 전까지는 투표에 참여할 수 없는 구조입니다. 3. 증명 비용과 집계 밸리데이터가 잔액 업데이트 증명을 만들려면 지난 하루 동안의 체인을 훑으면서 자신이 투표에 참여했는지 계산해야 합니다. 예를 들어 16초 단위 파이널리티를 가정하면, 밸리데이터는 하루 동안 발생한 약 5,400개 투표에 대해 자신의 투표 참여 여부를 보여주는 머클 경로를 수집하고, 이를 STARK 회로 안에서 검증해 잔액 업데이트 증명을 생성해야 합니다. 비탈릭은 ZK 기술의 발전으로, 이게 저품질 하드웨어에서도 1시간 내에 가능할 것이라고 이야기하죠. 다만 이렇게 되면, 밸리데이터당 하루 한 번씩 나오는 ZK 증명을 모두 검증해야 합니다. 밸리데이터가 100만 명이면 슬롯당 100개 이상의 증명이 들어올 수 있죠. 따라서 이 증명들도 서명 집계처럼 함께 묶어 처리하는 구조가 필요합니다. 4. 프라이버시와 밸리데이터 재익명화 이 설계의 다음 단계는 프라이버시입니다. 기존처럼 장기적인 밸리데이터 번호를 유지하지 않고, 매일 새로운 활성 밸리데이터 목록을 만들 수 있습니다. 밸리데이터는 매일 새로운 공개키를 제출하고, 시스템 입장에서는 매일 새로운 밸리데이터 집합이 등장하는 것처럼 보입니다. 밸리데이터는 ZK 증명으로 • 자신이 과거 입금 또는 등록에서 이어지는 유효한 밸리데이터이며, • 그동안의 투표, 슬래싱, 잔액 변화가 올바르게 반영되었음 을 증명합니다. 하지만 이 과정이 ZK로 이루어지기 때문에, 외부에서는 오늘의 공개키와 어제의 공개키가 같은 밸리데이터인지 알 수 없으며, 밸리데이터 신원이 주기적으로 재익명화되는 효과를 낳을 수 있습니다. 이에 더불어, 출금 시의 프라이버시도 강화할 수 있습니다. 밸리데이터들이 입금할 때 출금 주소를 그대로 공개하는 대신, 출금 주소와 비밀값을 해시한 약속값만 공개합니다. 출금 시에는 출금 주소와 비밀값을 알고 있음을 ZK로 증명해, 프라이빗 출금이 가능하도록 만드는 것이죠. 토네이도 캐시와 그 원리가 유사하다고 볼 수 있을 것 같습니다. 5. 단일 비밀 리더 선출과의 연결 이 구조는, 먼 미래의 이더리움에서 이뤄질 것만 같았던 ‘단일 비밀 리더 선출(SSLE)’에도 자연스럽게 연결됩니다. 영구적으로 공개된 밸리데이터 집합이 사라지고, 매일 재익명화된 밸리데이터 집합이 만들어지면 블록 제안자를 미리 식별하기 어려워집니다. 특히 밸리데이터가 블록을 제안하기 전까지 투표를 하지 않는다면, 단일 비밀 리더 선출의 핵심 성질을 상당 부분 만족할 수 있습니다. 이는 밸리데이터에 대한 DoS 공격 방지, 검열 저항 강화 등 긍정적인 효과를 불러오죠. 정리하면, 이 제안은 이더리움 비콘 체인의 상태 부담을 밸리데이터와 ZK 증명 쪽으로 옮기는 설계입니다. 비콘체인이 모든 밸리데이터 정보를 직접 저장하고 처리하는 대신, 밸리데이터들이 자신의 상태를 관리하고 주기적으로 증명하게 만듭니다. 이를 통해 밸리데이터별 상태를 극단적으로 줄이고, 에포크 종료 처리 부담을 제거하며, 이론적으로 수백만 밸리데이터까지 확장할 수 있는 구조를 목표로 합니다. 여기에 밸리데이터 재익명화와 단일 비밀 리더 선출까지 함께 얻을 수 있다는 점이 흥미로운 부분입니다. 다만 그만큼 밸리데이터에게 상태 관리와 증명 생성 책임이 커지고, 온체인 증명 집계가 필수적이며, 슬래싱과 책임성, 프라이버시 사이의 트레이드오프도 더 신중하게 다뤄야 할 것으로 보입니다. 출처