롤업: 비트코인 ​​확장의 바위이자 어려운 곳

롤업은 최근 비트코인 ​​확장의 서술적 초점이 되었으며, 라이트닝 네트워크에서 진정으로 “각광을 훔치는” 첫 번째 요소가 되었습니다.

Rollups have become a hot topic in the Bitcoin scaling discussion lately, being the first thing to truly “steal the limelight” from the Lightning Network in terms of wider mindshare. Rollups aim to be an off-chain layer two that is not bound or constrained by the liquidity limitations that are central to the Lightning Network, i.e. end users required someone allocate (or “lend”) them funds ahead of time in order to be able to receive money, or intermediary routing nodes requiring channel balances that can facilitate the movement of the payment amount all the way from sender to receiver.

롤업은 최근 비트코인 ​​스케일링 논의에서 뜨거운 주제가 되었으며, 더 넓은 인지도 공유 측면에서 라이트닝 네트워크에서 진정으로 "각광을 훔치는" 첫 번째 요소입니다. 롤업은 라이트닝 네트워크의 핵심인 유동성 제한에 얽매이거나 제약을 받지 않는 오프체인 레이어 2가 되는 것을 목표로 합니다. 즉, 최종 사용자는 누군가가 자금을 미리 할당(또는 "대여")할 수 있도록 요구했습니다. 돈을 받기 위해 또는 발신자에서 수신자로 결제 금액의 이동을 촉진할 수 있는 채널 잔액이 필요한 중개 라우팅 노드입니다.

These systems were originally developed to function on Ethereum and other Turing complete systems, but as of late the focus has shifted to porting them to UTXO based blockchains such as Bitcoin. This article is not going to discuss the current state of things being implemented on Bitcoin currently, but going to discuss the function of an idealized rollup that people are aiming for in the long term depending on features Bitcoin currently does not support, namely the ability to verify Zero Knowledge Proofs (ZKPs) on Bitcoin directly.

이러한 시스템은 원래 이더리움 및 기타 Turing 완전 시스템에서 작동하도록 개발되었지만 최근에는 비트코인과 같은 UTXO 기반 블록체인으로 포팅하는 데 초점이 옮겨졌습니다. 이 기사에서는 현재 비트코인에 구현되고 있는 사물의 현재 상태에 대해 논의할 것이 아니라 비트코인이 현재 지원하지 않는 기능, 즉 다음과 같은 기능에 따라 사람들이 장기적으로 목표로 하는 이상적인 롤업의 기능에 대해 논의할 것입니다. 비트코인에서 영지식 증명(ZKP)을 직접 확인하세요.

The basic architecture of a roll is as follows: a single account (or in Bitcoin’s case UTXO), holds the balances of all users in the rollup. This UTXO contains a commitment in the form of a merkle root of a merkle tree that commits to all the current balances of existing accounts in the rollup. All of these accounts are authorized using public/private key pairs, so in order to propose an off-chain spend a user must still sign something with a key. This part of the structure allows users to leave without permission whenever they want, simply by crafting a transaction proving their account is part of the merkle tree, they can unilaterally exit the rollup without the operator's permission.

롤의 기본 아키텍처는 다음과 같습니다. 단일 계정(또는 비트코인의 경우 UTXO)은 롤업에 있는 모든 사용자의 잔액을 보유합니다. 이 UTXO에는 롤업에 있는 기존 계정의 모든 현재 잔액을 커밋하는 머클 트리의 머클 루트 형태의 커밋이 포함되어 있습니다. 이러한 모든 계정은 공개/개인 키 쌍을 사용하여 승인되므로 오프체인 지출을 제안하려면 사용자는 여전히 키로 무언가에 서명해야 합니다. 구조의 이 부분은 사용자가 원할 때마다 허가 없이 떠날 수 있도록 하며, 단순히 자신의 계정이 머클 트리의 일부임을 증명하는 거래를 작성함으로써 운영자의 허가 없이 일방적으로 롤업을 종료할 수 있습니다.

The operator of the rollup must include a ZKP in transactions that update the merkle root of account balances on-chain in the process of finalizing off-chain transactions, without this ZKP the transaction will be invalid and therefore not includable in the blockchain. This proof allows people to verify that all changes to off-chain accounts were properly authorized by the account holder(s), and that the operator has not conducted a malicious update of balances to steal money from users or reallocate it to other users dishonestly.

롤업 운영자는 오프체인 거래를 마무리하는 과정에서 온체인 계정 잔액의 머클 루트를 업데이트하는 거래에 ZKP를 포함해야 합니다. 이 ZKP가 없으면 거래가 유효하지 않으므로 블록체인에 포함될 수 없습니다. 이 증거를 통해 사람들은 오프체인 계정에 대한 모든 변경 사항이 계정 소유자에 의해 적절하게 승인되었는지, 운영자가 사용자로부터 돈을 훔치거나 다른 사용자에게 부정직하게 재할당하기 위해 잔액을 악의적으로 업데이트하지 않았는지 확인할 수 있습니다.

The problem is, if only the root of the merkle tree is posted on-chain where users can view and access it, how do they get their branch in the tree in order to be capable of exiting without permission when they want to?

문제는 머클 트리의 루트만 사용자가 보고 접근할 수 있는 온체인에 게시되어 있다면, 사용자가 원할 때 허가 없이 나갈 수 있도록 트리에 분기를 어떻게 확보할 수 있느냐는 것입니다.

In a proper rollup, the information is put directly into the blockchain everytime that new off-chain transactions are confirmed and the state of the rollup accounts change. Not the entire tree, that would be absurd, but the information necessary to reconstruct the tree. In a naive implementation, the summary of all existing accounts in the rollup would have balances and accounts simply added in the transaction updating the rollup.

적절한 롤업에서는 새로운 오프체인 거래가 확인되고 롤업 계정 상태가 변경될 때마다 정보가 블록체인에 직접 입력됩니다. 전체 트리가 아니라 트리를 재구성하는 데 필요한 정보입니다. 순진한 구현에서는 롤업에 있는 모든 기존 계정의 요약에 롤업을 업데이트하는 트랜잭션에 단순히 추가된 잔액과 계정이 있습니다.

In more advanced implementations, a balance diff is used. This is essentially a summary of what accounts have had money added to or subtracted from them during the course of an update. This allows each rollup update to only include the changes to account balances that occur. Users can then simply scan the chain and “do the math” from the beginning of the rollup to arrive at the current state of account balances, which allows them to reconstruct the merkle tree of current balances.

고급 구현에서는 균형 차이가 사용됩니다. 이는 본질적으로 업데이트 과정에서 어떤 계정에 돈이 추가되거나 차감되었는지에 대한 요약입니다. 이를 통해 각 롤업 업데이트에는 발생하는 계정 잔액 변경 사항만 포함됩니다. 그런 다음 사용자는 간단히 체인을 스캔하고 롤업 시작부터 "계산"하여 현재 계정 잔액 상태에 도달할 수 있으며, 이를 통해 현재 잔액의 머클 트리를 재구성할 수 있습니다.

This saves a lot of overhead and blockspace (and therefore money) while still allowing users to guarantee access to the information needed for them to exit unilaterally. Including this data in a formal rollup that uses the blockchain to make it available to users is mandated by the rules of the rollup, i.e. a transaction that does not include the account summary or account diff is considered an invalid transaction.

이를 통해 많은 오버헤드와 블록 공간(따라서 비용)을 절약하는 동시에 사용자가 일방적으로 종료하는 데 필요한 정보에 대한 액세스를 보장할 수 있습니다. 사용자가 사용할 수 있도록 블록체인을 사용하는 공식 롤업에 이 데이터를 포함시키는 것은 롤업 규칙에 따라 의무화됩니다. 즉, 계정 요약이나 계정 차이를 포함하지 않는 거래는 유효하지 않은 거래로 간주됩니다.

The other way to handle the problem of data availability for users to withdraw is to put the data somewhere else besides the blockchain. This introduces subtle issues, the rollup still needs to enforce that the data was made available somewhere else. Traditionally other blockchains are used for this purpose, specifically designed to function as data availability layers for systems like rollups.

사용자가 철회할 수 있는 데이터 가용성 문제를 처리하는 다른 방법은 데이터를 블록체인 이외의 다른 곳에 두는 것입니다. 이로 인해 미묘한 문제가 발생하며 롤업은 여전히 ​​데이터가 다른 곳에서 사용 가능하도록 강제해야 합니다. 전통적으로 다른 블록체인은 이러한 목적으로 사용되며 롤업과 같은 시스템의 데이터 가용성 계층으로 기능하도록 특별히 설계되었습니다.

This creates the dilemma of security guarantees being as strong. When the data is posted directly to the Bitcoin blockchain, consensus rules can guarantee it is correct with absolute certainty. However when it is posted to an external system, the best it can do is verify an SPV proof that the data was posted to another system.

이로 인해 보안 보장이 강력해지는 딜레마가 발생합니다. 데이터가 비트코인 ​​블록체인에 직접 게시되면 합의 규칙을 통해 데이터가 절대적으로 정확하다는 것을 보장할 수 있습니다. 그러나 외부 시스템에 게시될 때 할 수 있는 최선의 방법은 데이터가 다른 시스템에 게시되었다는 SPV 증거를 확인하는 것입니다.

This entails verifying an attestation that data exists on other chains, which is ultimately an oracle problem. Bitcoin’s blockchain cannot verify anything completely except what occurs on its own blockchain, the best it can do is verify a ZKP. A ZKP however cannot verify that a block containing rollup data was actually publicly broadcast after being produced. It cannot verify that external information is actually publicly available to everyone.

이는 데이터가 다른 체인에 존재한다는 증명을 확인하는 것을 수반하며 이는 궁극적으로 오라클의 문제입니다. 비트코인의 블록체인은 자체 블록체인에서 발생하는 일을 제외하고는 아무것도 완전히 확인할 수 없으며, 할 수 있는 최선의 방법은 ZKP를 확인하는 것입니다. 그러나 ZKP는 롤업 데이터가 포함된 블록이 생성된 후 실제로 공개적으로 방송되었는지 확인할 수 없습니다. 외부 정보가 실제로 모든 사람에게 공개되어 있는지 확인할 수는 없습니다.

This opens the door to data withholding attacks, where a commitment

이는 데이터 원천징수 공격의 문을 열어줍니다.