[Bridge Series] 1. Introduction
이번 Bridge Series에서는 블록체인 네트워크 간 자산 혹은 메세지 전송을 가능하게하는 각종 bridge솔루션들의 분류 및 작동 방식에대해 살펴봅니다.
Bridge Series
1. Introduction
2. Trustless Bridges
3. Insured, Bonded, Trusted Bridges
Author
Jason, 안유리, 한충현 of Decipher
Seoul Nat’l Univ. Blockchain Academy Decipher(@decipher-media)
Reviewed By 이병헌, 정재환
멀티 체인 (Multichain)
2021년은 가히 레이어1 블록체인들의 전성시대라고 불러도 전혀 무색하지 않을 만큼 이더리움 네트워크 이외의 네트워크들의 성장세가 대단한 한 해였습니다. 위의 그림을 살펴보면, 전체 블록체인 네트워크의 TVL (Total Value Locked) 중에서 이더리움이 대부분을 차지했었던 2020년 말과는 달리, 2021년에는 BSC(Binance Smart Chain) 네트워크의 급격한 성장을 시작으로 Polygon, Terra, Solana, Avalanche 네트워크 등의 TVL이 유의미하게 성장했습니다.
이렇게 많은 레이어1 블록체인들이 생기고 성장할 수 있었던 계기는 이더리움의 확장성 문제 때문입니다. 블록체인에 대한 사용자들의 관심이 높아지면서 이더리움 네트워크의 사용량이 많아지고 혼잡해지기 시작했습니다. 이더리움 네트워크는 탈중앙성과 보안성에 집중을 하여 개발되었기에 확장성 측면에서 사용자들의 불편함이 생기게 되며, 속도가 빠르고 수수료가 값싼 BSC, Polygon과 같은 네트워크를 시작으로 다른 네트워크들에도 많은 사용자들이 유입되며 지금의 멀티체인 생태계가 만들어지게 되었습니다.
멀티체인 생태계에서 다양한 네트워크가 각자의 장점을 내세우며 성장하고, 이로 인해 사용자들의 편리함이 개선되었으나 이로 인해 많은 단점도 생겼습니다. 가장 큰 문제는 유동성의 파편화입니다. 각 네트워크 별로 개발 환경이 서로 다르고, 호환이 서로 되지 않다 보니 토큰 및 메세지를 자유롭게 이동할 수 없었습니다.
크로스 체인 (Crosschain)
다양한 체인이 생기고 , 이로인해 유동성 파편화의 문제가 생기며 다양한 네트워크간 상호 운용성이 중요해졌습니다. 따라서 네트워크간 통신을 손쉽게 할 수 있도록 하는 bridge와 같은 다양한 크로스체인 솔루션이 나타나게 되었습니다.
네트워크간 자금 및 메세지의 전송을 손쉽게 도와주는 크로스체인 솔루션들은 멀티체인 생태계에서 다음과 같은 장점들을 부여할 수 있습니다.
- 자산들을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 Solana 네트워크의 NFT를 Ethereum 네트워크에 옮겨 담보로 맡기고 대출을 하거나, Lido 프로토콜을 통해 Ethereum 2.0에 스테이킹한 유동화된 자산을 Terra 네트워크의 Anchor 프로토콜에 담보로 맡겨 대출을 할 수 있습니다.
- 기성 프로토콜들에게 더 많은 기회가 열립니다. 예를 들어 Yearn 파이낸스에서 Ethereum 네트워크에 국한된 디파이가 아닌, 다른 네트워크에서의 디파이 활동을 통해 수익을 극대화 할 수 있습니다.
- 시장을 더욱더 효율적으로 만들어줍니다. 예를 들어 유동성 파편화문제로 인해 Ethereum 네트워크에서의 $ETH 가격과 Solana 네트워크에서의 $ETH 가격이 서로 다를 수 있는데, 차익거래기회를 통해 시장의 불균형을 해소할 수 있습니다.
위에서 알아보았듯이 크로스체인 솔루션들은 다양한 장점들이 있으며, 오늘날과 같이 다양한 레이어1 네트워크들이 존재하는 멀티체인 생태계에서는 이제 필수적인 인프라가 되어가고 있습니다. 하지만 현재 다양한 네트워크가 있는 만큼 다양한 원리와 방식의 bridge들이 생겨났으며, 최근에 Multichain이나 Wormhole과 같이규모가 큰 bridge들에서도 해킹 피해가 발생하는 등 사용자들이 bridge 서비스들의 정보에 대해서 숙지해야할 필요성이 있다고 생각하였습니다. 따라서 이번 시리즈에서는 bridge의 기본 원리 및 분류, 그리고 다양한 사례를 소개시켜드리려고 합니다.
Bridge 기본 원리
트랜잭션을 검증하는 방식에 따라서, 보안성에 따라서 굉장히 다양한 bridge 솔루션들이 존재하지만, 결국 자산을 이동시키는 방식은 크게 2가지로 귀결됩니다. 한 네트워크에서 자산을 동결시키고 다른 네트워크에서 그 자산과 가치가 동일한 바우처 토큰을 발행받는 Lock and Mint 방식과, 네트워크 별로 존재하는 유동성을 통해 아토믹 스왑의 방식으로 자산을 이동시키는 유동성 네트워크 방식이 있습니다.
Lock and Mint 방식
Lock and Mint 방식에서 자산을 전송하는 기본적인 과정은 다음과 같습니다. 사용자가 X토큰을 A체인에서 B체인으로 옮긴다고 가정해봅시다. 첫 번째로, 사용자는 A체인에 X토큰을 동결(Lock)을 시킵니다. 두 번째로, 중개인이 사용자가 A체인에 X토큰을 동결시킨 사실을 확인합니다. 세 번째로, 중개인이 B체인에서 스마트 컨트랙트에 서명된 메세지를 보내며 마지막으로 사용자는 B체인에서 X토큰과 가치가 동일한 X토큰의 바우처 토큰을 발행(Mint)받게 됩니다.
X토큰을 다시 B체인에서 A체인으로 전송할 때는 반대의 과정을 거쳐 자산을 이동하게 됩니다. 사용자는 B체인에서 X토큰을 소각(Burn)하고, 중개인이 이 사실을 확인하여 A체인에 서명된 메세지를 보내면, 사용자는 동결되어있었던 X토큰을 A체인에서 다시 수령할 수 있습니다.
Lock and Mint 방식의 장점은 bridge를 통해 자산을 옮길 때 한 체인에서 자산을 동결하고 다른 체인에서 바우처 토큰을 발행하는 구조이기 때문에 각 네트워크에 유동성 네트워크 방식과 같이 막대한 유동성이 이미 존재할 필요가 없습니다. 따라서 유동성에 구애 받지 않고 사용자들은 자산을 옮기고 싶을 때 언제든지 Lock and Mint 방식의 bridge를 사용할 수 있습니다.
Lock and Mint 방식의 첫 번째 단점은, 만약 다른 체인에서 바우처 토큰을 발행할 수 있는 중개인의 권한이 해커에게 악의적으로 해킹당할 경우, 한 체인에서 자산이 동결된 것을 확인하지 않았음에도 불구하고 다른 체인에서 바우처 토큰을 임의로 발행할 수 있어 상당히 위험한 상황이 발생할 수 있습니다. 최근에 Wormhole Bridge가 이러한 방식으로 해킹을 당해 총 $320M 이상의 자금이 도난당하는 사건이 발생했습니다.
Lock and Mint 방식의 두 번째 단점은, 한 블록체인 네트워크 내에서 똑같은 토큰임에도 불구하고 다양한 종류의 바우처 토큰이 생겨 유동성에 파편화가 일어날 수 있다는 것입니다. 예를들어 솔라나 네트워크의 USDC 토큰을 살펴보겠습니다.
솔라나 네트워크에 기본적으로 존재하는 USDC 외에도 다양한 네트워크에서 다양한 bridge를 통해 넘어온 USDC들이 존재합니다. 똑같은 bridge인 Wormhole Bridge를 사용했음에도 불구하고 USDC 토큰이 넘어온 네트워크에 따라 USDC (Wormhole from BSC), USDC (Wormhole from Ethereum), USDC (Wormhole from Polygon)이 존재합니다. 또한 USDC 토큰이 넘어온 네트워크가 같다고 해도 사용한 bridge에 따라 USDC의 바우처 토큰은 또 다른 형태를 띄게 됩니다. 예시로 똑같이 Ethereum 네트워크에서 솔라나 네트워크로 USDC가 넘어왔지만 Worhole Bridge를 통해 넘어온 USDC는 Token Address가 A9mUU4qviSctJVPJdBJWkb28deg915LYJKrzQ19ji3FM이며, Allbridge를 통해 넘어온 USDC는 Token Address가 DdFPRnccQqLD4zCHrBqdY95D6hvw6PLWp9DEXj1fLCL9입니다.
비록 위의 그림의 예시로 나온, 솔라나 네트워크에서 커브 파이낸스와 같이 가치가 동일한 토큰들의 거래를 가능하게 해주는 Saber Protocol과 같은 AMM DEX가 다양한 네트워크에서 다양한 bridge를 통해 넘어온 자산들의 교환을 용이하게는 해주지만, 만약 유동성 풀에 유동성이 부족하게 된다면 사용자들은 어쩔 수 없이 슬리피지를 감수하며 손해를 보며 거래를 진행할 수 밖에 없을 것입니다.
Lock and Mint 방식에서는 중개해주는 주체의 종류에 따라 bridge의 분류가 달라집니다. 아래 ‘bridge 분류 및 선정기준’ 파트에서도 더 자세히 살펴보겠지만, 중개인의 종류는 크게 두 가지로 외부 밸리데이터 및 연합과 라이트 클라이언트 및 릴레이가 있습니다. 전자의 예시로는 Multichain(구 Anyswap), Wormhole Bridge 등이 있고, 후자의 예시로는 폴카닷의 XCMP나 코스모스의 IBC가 있습니다.
유동성 네트워크 방식
유동성 네트워크 방식에서 자산을 전송하는 기본적인 과정은 다음과 같습니다. 유동성 네트워크 방식에서의 전제 조건은, 자산 전송을 지원하는 네트워크 별로 중개인들이나 개인 사용자들로 부터 만들어진 막대한 자산 유동성 풀이 미리 존재해야된다는 것입니다. 사용자가 X토큰을 A체인에서 B체인으로 옮긴다고 가정해봅시다. 사용자는 X토큰을 A체인에 이미 존재하는 X토큰 유동성 풀에 예치를 합니다. 중개인이 이 사실을 확인하게되면 B체인에 이미 존재하는 X토큰 유동성 풀에서 사용자에게 X토큰을 전송해주게 됩니다.
X토큰을 다시 B체인에서 A체인으로 전송할 때는 수신 체인과 발신 체인만 바뀐 채로 위와 동일한 과정을 거쳐 자산을 전송합니다. Lock and Mint 방식에서는 바우처 토큰을 소각하고 다시 발행하는 과정을 거쳤었다면, 유동성 네트워크 방식에서는 바우처 토큰이 발행되는 것이 아닌, 진짜 토큰들을 아토믹 스왑(Atomic Swap)형태로 교환하게 됩니다.
유동성 네트워크 방식의 첫 번째 장점은 첫 번째로 보안성에 있어 신뢰가 필요없는 Trustless 방식입니다. 아래서 더 자세히 다루겠지만, 서로 다른 두 체인에서 스마트 컨트랙트를 이용하여 아토믹스왑으로 자산을 교환하는 방식을 사용하기 때문에 사용자 입장에서는 악의적인 중개인으로 인해 자산을 탈취당할 위험이 전혀 없습니다.
유동성 네트워크 방식의 두 번째 장점은 위에서 살펴본 Lock and Mint 방식에서의 단점인 유동성 파편화의 문제가 발생하지 않는다는 것입니다. 예시로 USDC 토큰을 살펴보겠습니다. Lock and Mint 방식에서는 자산이 넘어온 네트워크의 종류마다, 사용한 bridge마다 서로 다른 종류의 USDC 토큰들이 발생했던 반면에, 유동성 네트워크 방식에서는 자산이 넘어온 네트워크의 종류나 사용한 bridge의 종류에 상관 없이 똑같은 종류의 각 체인별 Native한 USDC만을 다루게 됩니다. 이는 유동성 문제에 있어 Lock and Mint 방식과 비교하여 굉장히 큰 장점입니다.
유동성 네트워크 방식의 첫 번째 단점은 bridge가 원활하게 작동하기 위해서는 각 네트워크 별 막대한 유동성 풀이 미리 존재해야하는 것이 필수적이기 때문에, bridge를 구성하기 위해서 중개인들이나 사용자들의 막대한 자금이 미리 존재하는 것이 필요합니다.
유동성 네트워크 방식의 두 번째 단점은 유동성을 재조정해야하는 과정이 필요하다는 점입니다. 예를들어 사용자들이 $ETH를 Polygon 네트워크에서 Ethereum 네트워크로 전송하는 양이 반대의 경우보다 훨씬 많다고 가정해봅시다. 그렇다면 사용자들은 $ETH를 Polygon 네트워크에 존재하는 $ETH 풀에 예치를 많이 하게 되고, Ethereum 네트워크에 존재하는 $ETH 풀에서 $ETH를 많이 수령해갈 것입니다. 결과적으로 Polygon 네트워크에 존재하는 $ETH 풀의 규모는 커지지만, Ethereum 네트워크에 존재하는 $ETH 풀의 규모가 점점 작아져 만약 다 고갈되버리게 된다면 bridge는 더 이상 작동을 멈출 것입니다. 따라서 유동성 네트워크 방식의 bridge들은 이를 해결하기 위해 주기적으로 대규모의 자산을 옮기는 유동성 조정 과정을 거치거나, bridge 프로토콜의 거버넌스 토큰의 인센티브 시스템을 이용하여 규모가 작은 풀에 일반 사용자들이 자금을 예치하게 유인합니다.
Bridge 분류 및 선정기준
현재 다양한 블록체인 네트워크들이 존재하는 만큼, 네트워크간 자산 및 메세지를 전송할 수 있도록 하는 bridge들 또한 네트워크들의 특성에 맞게 굉장히 다양한 원리와 형태를 가지며 존재합니다. 수많은 bridge들을 분류하는 기준은 1kx network의 Dmitriy Berenzon의 글을 참고하여 작성했으며, 앞으로 이번 시리즈에서 다룰 각종 bridge들의 선정은 각 분류별 대표적인 프로젝트들을 선정하였습니다.
트랜잭션을 검증하는 방식에 따른 분류
우선 자산을 옮기기 위해 트랜잭션을 검증하는 방식에 따라 bridge들을 크게 3가지로 분류를 해볼 수 있습니다. 첫 번째는 ‘외부 밸리데이터 및 연합’이 트랜잭션을 검증하는 방식입니다. 네트워크와 별개로 bridge 서비스 자체에 밸리데이터 그룹 및 연합이 존재하며, 자금을 전송하는 네트워크에서 자금이 묶인 것을 확인 및 검증하고 다른 체인에 이를 증명하는 역할을 합니다.
대표적인 예시로는 Multichain (구 Anyswap), Axelar, Wormhole, Ren, WBTC 등이 있습니다. 참고로 이 분류에 속하는 대부분의 서비스들은 외부 밸리데이터 및 연합을 도입을 한다해도, 탈중앙적인 운영을 유지하기 위해 노력합니다. 예시로 Multichain의 경우 여러 기관 및 개인들로 구성된 SMPC 노드를 운영하며 밸리데이터들이 협업하여 움직일 때 서비스가 작동하는 방식으로 진행됩니다. 하지만 비트코인을 래핑(Wrapping)하여 이더리움 네트워크에서 WBTC로 사용할 수 있게 만들어주는 WBTC 같은 서비스는, Bitgo와 같은 중앙화된 커스터디 기관과 협업하여 bridge 서비스를 제공하기도 합니다.
두 번째는 블록체인 네트워크 자체의 라이트 클라이언트 및 릴레이를 통해 트랜잭션을 검증하는 방식입니다. 트랜잭션 검증을 bridge 자체에 존재하는 별도의 중개인들에 의존하지 않고, 블록체인 네트워크의 보안에 직접 의존하는 형태입니다. bridge를 해킹하기 위해서는 블록체인 네트워크 전체를 해킹해야되기 때문에 보안의 수준이 상당히 높다고 할 수 있습니다. 대표적인 예시로는 코스모스 블록체인의 IBC, 폴카닷 블록체인의 XCMP, 니어 프로토콜 블록체인의 Rainbow Bridge가 있습니다.
마지막으로는 bridge 원리에서 언급했던 유동성 네트워크 방식의 bridge입니다. 위의 외부 밸리데이터 및 연합 방식과 라이트 클라이언트 및 릴레이 방식이 Lock and Mint 방식으로 bridge가 작동하는 반면에, 이 분류에서는 유동성 네트워크 방식을 사용합니다. 각 체인 별 트랜잭션의 검증의 역할을 하는 중개인이 존재하긴 하지만, 자산 이동이 스마트 컨트랙트를 통한 아토믹 스왑의 방식으로 서비스가 작동되어 사용자 입장에서는 자금이 탈취될 위험이 전혀 없으며, 라이트 클라이언트 및 릴레이 분류와 마찬가지로 블록체인 네트워크의 보안이 무너지지 않는 이상 안전합니다.
보안성에 따른 분류
다음은 보안성에 따라 다양한 bridge들을 분류를 해볼 수 있습니다. 중개인의 요구조건 및 사용자의 자금 탈취 가능성을 고려하여 총 4가지 항목으로 분류할 수 있습니다. 첫 번째로는 가장 안전한 Trustless 방식입니다. 블록체인 네트워크 전체의 보안이 무너지지 않는 이상 안전하며, 사용자 또한 중개인의 악의적인 행동으로 인해 피해를 입을 확률이 없습니다. 위에서 살펴보았던 트랜잭션 검증 방식의 분류에서 라이트 클라이언트 및 릴레이 분류와 유동성 네트워크 분류의 bridge 대부분이 여기에 속하게 됩니다.
두 번째로는 bridge 서비스의 중개인들에게 일정한 금액 이상의 담보를 요구하며 중개인이 악의적인 행동을 할지 언정, 사용자들은 피해를 보상받을 수 있는 Insured 방식입니다. 우선 중개인들에게 담보가 요구되고, 악의적인 행동을 할경우 담보가 슬래싱(Slashing)되는 구조이기에 중개인들이 악의적인 행동을 할 경제적 유인이 없으며, 가령 악의적인 행동을 하여 사용자의 자금을 탈취할 경우, 중개인의 담보가 피해를 입은 사용자에게 넘어가는 보험 구조가 존재합니다. 대표적인 예시로는 Ren, Interlay 등이 있습니다.
세 번째로는 bridge 서비스의 중개인들에게 일정한 금액 이상의 담보를 요구하지만, 중개인이 악의적인 행동을 하면 사용자들이 경제적인 피해를 입을 수 있는 Bonded 방식입니다. Insured 방식과 마찬가지로 중개인들에게 담보를 요구하고 슬래싱 메커니즘이 존재하기 때문에, 중개인들이 악의적인 행동을 할 경제적 유인이 적지만, 악의적으로 사용자의 자금을 탈취해도 사용자는 이에 대해 보상을 받을 수 없습니다. 대표적인 예시로는 Polygon의 PoS bridge 등이 있습니다.
마지막으로는 bridge 서비스의 중개인들에게 담보를 요구하지도 않으며, 악의적인 행동이 발생해도 사용자들은 보상을 받을 수 없는 Trusted 방식입니다. 이 분류에 속하는 서비스들은 그래도 나름 자체의 탈중앙적인 보안 방식이 존재하긴 하나, 담보를 요구하지 않기 때문에 누구나 bridge 서비스 내의 중개인이 될 수 없으며, 신뢰하는 단체 혹은 기관들이 대부분 중개인 역할을 하게됩니다. 대표적인 예시로는 Multichain, Wormhole, WBTC 등이 있습니다.
지금까지 bridge 서비스들이 나타나게 된 배경, bridge 서비스들의 대표적인 원리들(Lock and Mint, 유동성 네트워크), 그리고 다양한 bridge들을 분류하는 기준에 대해 알아보았습니다. 이어지는 2편과 3편에서는 실제로 다양한 bridge 서비스들을 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
References
- Blockchain Bridges: Building Networks of Cryptonetworks (https://medium.com/1kxnetwork/blockchain-bridges-5db6afac44f8)
