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스테이트체인과 Ark
체인을 떠나지 않고 소유권을 오프체인으로 옮기기
준비물Bitcoin Optech의 ‘Statechains’ 및 ‘Ark’ 토픽 페이지루벤 솜센의 스테이트체인 관련 글(2019년)부락 케첼리(Burak Keceli)의 Ark 프로토콜 사양(2023)
호기심
- 블록체인은 단 한 번의 거래만을 인식하는데, UTXO는 어떻게 수천 번이나 손바뀜될 수 있을까요?
- 키 셰어를 보유한 엔티티가 이전에 협조하기를 거부하면 어떻게 될까요?
- 각 설계는 사용자에게 무엇을 신뢰하라고 요구할까요?
탐구
- 표준 비트코인에서는 모든 가치 이전에 입력을 소비하고 출력을 생성하는 새로운 온체인 트랜잭션이 필요합니다. 이 과정은 안전하지만, 10분의 블록 간격에 묶이고 네트워크 수수료의 제약을 받아 느립니다. 세컨드 레이어 프로토콜은 소유권 상태를 오프체인으로 옮기되, 분쟁이 생기거나 사용자가 빠져나가고자 할 때 온체인에서 정산할 수 있는 능력은 유지함으로써 이 문제를 해결합니다.
- 2018년 루벤 솜센이 제안한 스테이트체인은 소유자와 ‘스테이트체인 엔티티’가 공동으로 통제하는 UTXO를 활용합니다. 엔티티는 멀티시그 키 쌍의 한쪽을 보유합니다. 소유권이 이전될 때 엔티티는 소유자의 키 셰어가 새로운 수령인에게 넘어가도록 돕고, 자신이 갖고 있던 기존 셰어는 삭제합니다. 이를 통해 전체 가치를 하나의 온체인 UTXO에 그대로 둔 채 즉각적인 오프체인 이전이 가능합니다.
- 스테이트체인의 보안 모델은 타임락이 걸린 백업 트랜잭션에 의존합니다. 스테이트체인 엔티티가 협조하지 않거나 자금을 훔치려 하면, 현재 소유자는 정해진 기간이 지난 뒤 이 백업 트랜잭션을 실행할 수 있습니다. 따라서 소유자는 엔티티의 협조 없이도 빠져나올 수 있습니다. 남아 있는 신뢰 가정은 엔티티가 기존 키 자료를 실제로 삭제한다는 것입니다. 엔티티가 이를 보관하고 있다가 이전 소유자와 공모하면, 둘이서 코인을 가져갈 수 있습니다.
- 2023년 부락 케첼리가 제안한 Ark는 ‘가상 UTXO’(VTXO)를 활용하는 다른 접근 방식을 취합니다. Ark 서비스 제공자는 주기적으로 여러 사용자의 자금을 담는 공유 온체인 아웃풋을 생성합니다. 각 사용자의 잔액은 이 공유 아웃풋 안의 VTXO로 존재합니다. 사용자는 다른 세컨드 레이어 시스템에서 흔한 제약인 인바운드 유동성 사전 확보 없이도 이 가상 잔액을 오프체인에서 즉시 이전할 수 있습니다.
- 스테이트체인과 마찬가지로 사용자는 일방적으로 이탈할 수 있으며, 여기서는 공유 아웃풋에서 자신의 VTXO를 청구하는 트랜잭션을 브로드캐스트하는 방식입니다. 그러나 VTXO에는 만료 기한이 있어 보통 몇 주 뒤 만료되고, 그 이후에는 제공자가 이를 회수(sweep)할 수 있으므로, 사용자는 그 전에 새 라운드에서 VTXO를 갱신하거나 이탈해야 합니다. 결제는 제공자의 다음 라운드에 참여해 새로운 공유 아웃풋으로 온체인 정산되거나, 다음 라운드까지 추가적인 신뢰를 수반하는 더 빠른 라운드 외(out-of-round) 전송을 통해 이루어집니다.
- 스테이트체인은 2021년부터 실제로 작동하는 구현체가 있었지만(커머스블록의 Mercury, 이어서 2024년의 Mercury Layer), 이를 만든 회사는 2025년에 문을 닫았습니다. Ark 구현체는 2024~2025년에 등장했습니다. 코버넌트(covenant) 옵코드(Ark용)와 ANYPREVOUT(스테이트체인용) 같은 향후 합의 규칙 변경이 이루어지면, 이 설계들은 더 적은 트랜잭션과 사용자·제공자 간의 더 적은 상호작용으로 작동할 수 있습니다. 그때까지 이 프로토콜들은 오프체인 상태를 관리하기 위해 비트코인의 현재 스크립트 기능에 의존합니다.
핵심 사실
- 스테이트체인은 2자 멀티시그 UTXO를 사용하며, ‘스테이트체인 엔티티’가 이전에 협조하고 키 셰어를 보유합니다.
- 스테이트체인에서는 엔티티가 협조하지 않을 경우 소유자가 타임락이 걸린 백업 트랜잭션을 통해 일방적으로 이탈할 수 있습니다.
- Ark는 사용자 자금을 Ark 서비스 제공자(ASP)가 관리하는 하나의 공유 온체인 아웃풋으로 묶습니다.
- 사용자는 공유 Ark 아웃풋 안에 ‘가상 UTXO’(VTXO)를 보유하며, 언제든지 이를 일방적으로 이탈할 수 있습니다.
- 스테이트체인은 2018년 루벤 솜센이 제안했고, Ark는 2023년 부락 케첼리가 제안했습니다.
- 제안된 소프트 포크인 Ark용 코버넌트와 스테이트체인용 ANYPREVOUT이 도입되면 두 설계는 더 효율적이 될 것입니다.
연습 아홉, 여섯, 셋, 하나
9모으기오프체인 정산에 관여하는 서로 다른 메커니즘 또는 구성 요소 9가지(예: 키 셰어, 타임락, 공유 아웃풋)를 나열하세요. 각각이 스테이트체인과 Ark 중 어디에 속하는지 적으세요.
6묶기9개 항목을 기능에 따라 수탁, 협력, 이탈(exit), 상태 추적, 합의 의존성, 구현 현황의 6개 범주로 분류하세요.
3추리기6개 그룹을 이러한 설계에서 프라이버시, 속도, 신뢰 가정 사이의 3가지 핵심 트레이드오프로 줄이세요.
1결정화스테이트체인 사용자와 Ark 사용자가 각각 운영자에게 무엇을 의존하는지 비교하는 한 문장을 쓰세요.
팩트 체크
날짜, 수치 및 주장은 아래에 명시된 출처들을 통해 확인되었습니다.
- R. Somsen, 'Statechains: Non-custodial Off-chain Bitcoin Transfer' (2019; first presented 2018)
- B. Keceli, Ark proposal, bitcoin-dev mailing list (2023)
- Bitcoin Optech, 'Statechains' topic page
- Bitcoin Optech, 'Ark' topic page