이더리움은 강력한 스마트 계약 플랫폼으로 성장했지만, 높은 수수료(Gas)와 낮은 TPS(초당 처리건수) 문제는 여전히 해결 과제로 남아 있다. 이를 보완하기 위한 해결책으로 다양한 레이어2(Layer 2) 확장 기술이 등장했고, 그중 가장 주목받는 방식이 Rollup 기반 솔루션이다. 본 글에서는 Rollup의 개념과 함께 대표적인 두 가지 방식인 ZK Rollups와 Optimistic Rollups의 기술적 구조와 차이점을 비교 분석한다.
레이어2와 Rollup의 개념
레이어2는 이더리움 메인체인(Layer1) 외부에서 트랜잭션을 처리하고, 결과만을 요약해 메인체인에 기록함으로써 성능을 확장하는 구조다. 특히 Rollup은 모든 거래 데이터를 Layer2에서 처리하되, 그 결과와 최소한의 데이터를 Layer1에 제출해 보안성과 확장성을 동시에 추구한다.
- Rollup은 ‘거래 압축’이라는 뜻처럼, 수백 건의 거래를 하나의 증명으로 묶어 처리
- 거래 데이터는 메인체인에 게시되어 탈중앙성과 투명성 유지
- 스마트 계약 호환성도 대부분 유지됨
ZK Rollups: 암호학 기반의 실시간 증명
ZK Rollup은 거래 데이터의 유효성을 영지식 증명(ZK Proof) 으로 검증하는 방식이다. Layer2에서 수많은 거래를 처리한 뒤, 해당 거래가 유효하다는 암호학적 증명을 Layer1에 제출한다.
작동 방식
- 사용자 거래는 Layer2에서 처리됨
- 거래 집합에 대한 ZK-SNARK 또는 ZK-STARK 증명 생성
- 해당 증명만을 이더리움 메인체인에 제출
- 스마트 계약이 이 증명의 유효성만 검증
특징
- 거래 검증이 즉시 가능: ZK Proof는 수학적으로 정확성을 보장
- 빠른 출금 처리: Layer1에서 즉시 확정되기 때문에 대기 시간이 없음
- 데이터 압축률 높음: 처리량 증가 효과가 큼
- 복잡한 구현 및 높은 계산 비용: 증명 생성이 무겁고 시간 소요 많음
ZK Rollup은 기술적으로 매우 정교하지만, 암호학적 컴퓨팅 자원이 많이 필요하고 스마트 계약 완전 호환에는 제한이 존재하는 경우가 있다.
Optimistic Rollups: 신뢰 기반의 지연 검증
Optimistic Rollup은 거래를 우선 처리하고, 이후 누구든 검증을 요청할 수 있도록 설계된 구조다. “모든 거래가 유효하다”고 낙관적으로 가정한 후, 이의 제기 기간(Challenge Period) 동안 검증을 기다리는 방식이다.
작동 방식
- 거래 집합이 처리되고 결과가 Layer1에 제출됨
- 이 거래들이 올바르지 않다고 판단되는 경우, 제3자가 증거를 제출
- 이의 제기 없을 시 자동 확정, 있을 경우 Layer2 거래 무효화 가능
특징
- 스마트 계약 호환성 우수: EVM 호환성이 높아 디앱 이식이 쉬움
- 출금 지연 존재: Challenge Period(예: 7일) 동안 Layer1에서 확정 지연
- 구현이 비교적 간단: 기존 EVM 구조 활용 가능
- 보안은 경제적 인센티브 기반: 잘못된 거래는 보상 시스템으로 제어
Optimistic Rollup은 기술적 진입 장벽이 낮고 호환성이 높아 현재 많은 디앱이 사용하는 방식이지만, 보안성이 ZK에 비해 간접적이다.
기술 비교 요약
| 항목 | ZK Rollup | Optimistic Rollup |
|---|---|---|
| 검증 방식 | 암호학적 증명(ZK Proof) | 지연 검증 + 이의 제기 기반 |
| 출금 속도 | 거의 즉시 | 수일 지연 가능성 |
| EVM 호환성 | 제한적(EVM 호환은 발전 중) | 높음 |
| 보안 모델 | 수학적 확정성 | 게임 이론 기반의 경제적 보안 |
| 트랜잭션 처리 속도 | 매우 높음 | 비교적 낮음 |
| 대표 프로젝트 | zkSync, StarkNet, Scroll | Optimism, Arbitrum, Base |
병행 운영과 선택 기준
ZK Rollup과 Optimistic Rollup은 상호 배타적인 기술이 아니며, 프로젝트 특성에 따라 병행 적용되기도 한다. 선택 시 고려할 기준은 다음과 같다.
1. 사용자 경험
즉각적인 출금과 확정성을 요구하는 애플리케이션(예: 거래소)은 ZK Rollup이 유리하다. 반면, 몇 일의 출금 지연이 허용되는 디앱(예: NFT 마켓)은 Optimistic 방식도 문제 없다.
2. 개발 환경
EVM 호환성을 중시하거나 기존 스마트 계약을 그대로 활용하고자 한다면 Optimistic Rollup이 더 적합하다. ZK Rollup은 EVM 호환을 위한 별도 조정이 필요할 수 있다.
3. 비용 및 확장성
ZK는 더 높은 성능과 데이터 압축 효율을 제공하지만 초기 개발 비용과 계산 자원 소모가 크다. Optimistic은 구조가 단순하고 운영 비용이 비교적 낮다.
결론: 상황에 따라 선택하는 레이어2 전략
이더리움 생태계에서 Rollup은 확장성과 보안성을 동시에 달성할 수 있는 핵심 기술이다. ZK Rollup은 빠른 확정성과 높은 보안을 제공하지만 구현 난이도가 높고, Optimistic Rollup은 호환성과 개발 용이성을 제공하는 실용적인 선택지다.
디앱의 특성과 사용자 요구에 따라 적절한 Rollup 구조를 선택하거나, 병행 도입 전략을 통해 확장성과 신뢰성을 동시에 확보할 수 있다.