[Avalanche] Avalanche 상호운용성: 아발란체-이더리움 브릿지와 Teleporter

Wonyeong Kim

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EWHA-CHAIN

22 min readJan 16, 2024

Written By: 김원영, 배유선, 임가현

블록체인 상호 운용성의 중요성

블록체인 기술은 탈중앙화라는 특징과 잠재적 가치로 주목을 받았다. 그러나 현재 블록체인 생태계는 서로 다른 블록체인 네트워크 간의 상호 운용성 부족이라는 주요한 도전에 직면해 있다. 실제로 비트코인과 이더리움은 서로 상호 운용하지 않는다. 비트코인으로는 이더리움의 Dapp을 이용할 수 없으며, 이더리움에서도 비트코인의 거래 정보를 확인할 수 없다.

마치 인터넷이 상호 연결된 시스템의 네트워크를 생성하여 데이터 공유 방식을 혁신한 것처럼, 블록체인 네트워크가 더 널리, 안정성 있게 운용되기 위해서는 블록체인 네트워크 간의 효과적인 상호 운용성이 필요하다. 이처럼 서로 다른 블록체인 네트워크 간에 원활하게 통신하고 상호 작용하여 중개자 없이 데이터와 자산을 교환할 수 있는 기능이 바로 블록체인 상호 운용성이다.

상호 운용성은 데이터와 자산을 원활하게 전송하여 프로세스를 간소화하고, 여러 블록체인 네트워크의 혜택을 통합하여 전체 생태계의 성능을 높이며, 조각화를 감소시켜 통합된 환경을 형성한다. 또한 다양한 블록체인 기능을 활용하여 혁신을 촉진한다. 그렇기 때문에 경쟁력 있는 블록체인 네트워크는 상호운용성이 발달돼 있으며, 많은 프로젝트가 상호 운용성을 위해 노력하고 있다. 아발란체 역시 상호 운용성을 강화하기 위해 노력하고 있다. 따라서 이번 아티클에서는 아발란체의 상호 운용성 중 아발란체-이더리움 브릿지와 Teleporter 인터페이스에 대해서 소개하고자 한다.

아발란체와 상호 운용성

아발란체는 2018년 처음 결성된 암호화폐 레이어1 프로젝트로, 2020년 9월 정식 출시되었다. 미국 코넬 대학교의 컴퓨터 과학 교수인 에민 귄 시어(Emin Gun Sirer) 를 비롯한 전문가들은 모든 암호화폐가 금융 분야로 진출하면서 마주치는 공통적인 어려움으로, 퍼블릭 블록체인의 탈중앙성 특성으로 인해 속도와 편의성 측면에서 실용성이 제한되는 점을 지적하며, 이에 대한 개선을 목표로 기존 블록체인 네트워크가 직면한 확장성, 보안성, 상호 운용성 등의 주요 문제를 해결하기 위해 아발란체를 개발 하였다. 즉, 아발란체는 높은 처리량, 빠른 거래 처리 속도, 낮은 지연 시간을 제공하도록 설계되었다. 또한 아발란체는 모든 검증인 노드가 의무적으로 속한 기본 네트워크와 기본 네트워크를 이루는 서브넷으로 이루어진 모듈형 블록체인 구조이다. 기본 네트워크는 3개의 체인인 X-Chain, P-Chain, C-Chain을 반드시 검증해야 하며 그 중 C-Chain은 이더리움 가상머신 (EVM)을 지원한다.

상호 운용성은 앞서 말했듯 서로 다른 시스템 간 원활한 통신과 호환 등 운용이 가능한 성질을 말한다. 아발란체는 다른 블록체인, 특히 이더리움과의 상호 운용성을 갖추고 있다. 이더리움 가상머신 (EVM)이 구현되어 있어 이더리움 블록체인 상에서 스마트 컨트랙트 구축에 가장 널리 사용되고 있는 프로그래밍 언어 Solidity에 대응 가능하기 때문에 이더리움의 Dapp을 그대로 아발란체에 반입할 수 있다.

아발란체-이더리움 브릿지

아발란체-이더리움 브릿지는 아발란체와 이더리움 간의 양방향 전송을 가능하게 하는 기술이다. ChainBridge를 사용해 아발란체와 이더리움 간의 원활한 ERC-20 및 ERC-721 전송을 가능하게 한다. ERC-20과 ERC-721은 이더리움에서 사용되는 토큰의 표준이다. 사용자가 아발란체의 Dapp 내에서 이더(ETH)를 사용하려면 먼저 이더리움의 이더(ETH)를 WETH (wrapped ETH)로 변환해야 한다. 이는 이더리움 네트워크에서 사용되는 이더를 아발란체 네트워크에서 사용할 수 있는 형태로 '포장’하는 과정이다. 이렇게 변환된 WETH는 ChainBridge를 통해 아발란체로 전송되며, 이 과정에서 WETH는 잠기게 되고, 그러면 아발란체에서 이에 상응하는 토큰이 발행된다.

이더리움에서 아발란체로는 $3, 아발란체에서 이더리움으로는 $20의 온보딩 및 오프보딩 수수료가 부과된다. 이더리움에서 아발란체로 브리징할 때, 브리징 금액의 0.025%가 적용되며, 최소 수수료는 $3이고 최대 수수료는 $250이다.아발란체에서 이더리움으로 브리징할 때, 브리징 금액의 0.1%가 적용되며, 최소 수수료는 $12이고 최대 수수료는 $1,000이다. 또한 이더리움 네트워크 거래는 일반적으로 약 20분이 소요된다.

이더리움에서 아발란체로 토큰을 전송하는 방법

출처: https://medium.com/avalancheavax/the-avalanche-ethereum-bridge-what-you-need-to-know-b450d2ece03c

사용자는 이더리움에서 아발란체로 자산을 전송하기 위해 최대 2개의 트랜잭션만 보내면 된다.

이더리움에서 토큰을 사용하기 위한 브릿지 컨트랙트를 승인한다 ( approve 기능 사용).
승인된 토큰을 브릿지 컨트랙트에 예치하고 잠근다 ( transferFrom 기능 사용).
성공적인 예치 요청은 검증 파트너들 (Protofire, Hashquark, POA Network, Avascan)에게 전달된다.
아발란체 상의 브릿지 컨트랙트에 프로포절이 생성된다. 프로포절에는 비활성 (inactive), 활성 (active), 완료 (finalized), 전송됨 (transferred)과 같이 다양한 상태가 존재한다.
새로운 프로포절은 활성 (active)으로 표시되고 전송 데이터의 해시값을 포함하여 승인되기 전에 입금 데이터가 아발란체 상에 나타나지 않도록 한다.
다른 검증 파트너들은 해당 해시값을 통해 이더리움 데이터와 아발란체 데이터를 비교 후 제공된 데이터의 정확성에 투표한다.
투표가 승인되면 토큰이 아발란체에서 발행된다. ( executeDeposit 기능 사용).

이더리움 자산으로 아발란체 지갑에 자금 조달하는 방법

Core.app/bridge로 이동하여 지갑을 브릿지에 연결한다.

2. 지갑이 연결되면 ETH를 선택하고 송금할 금액을 입력한다. “전송”을 클릭해 브리징을 시작한다. 지갑에 충분한 ETH가 있어야만 가스비를 충당하고, 거래가 진행되므로 주의해야 한다.

3. ETH를 연결할 때 두 가지 트랜잭션이 발생해야 한다.
1단계: ETH를 WETH로 변환
2단계: WETH를 Avalanche 네트워크에 연결
두 거래 모두 지갑에서 승인을 받아야 한다.

* 참고: WETH가 Avalanche 네트워크로 이동되면 WETH.e로 표시된다. 이더리움 자산은 연결되었음을 나타내는 “.e” 지정을 갖게 된다.

4. 두 트랜잭션이 모두 승인되면 연결 프로세스가 시작된다. WETH.e 컨트랙트 주소가 지갑 내 맞춤형 토큰으로 Avalanche Network에 추가되었는지 확인해야 한다. 브리징이 완료되면 WETH.e가 표시된다.

5. 이 과정이 완료되면 거래내역이 바탕화면 하단에 나타나며 익스플로러에서도 조회가 가능하다.

아발란체-이더리움 브릿지의 보안

아발란체-이더리움 브릿지는 두 네트워크 간의 원활한 자산 전송을 지원하며 상호운용성을 강화하고 있다. 이러한 브릿지 시스템이 안전하고 안정적으로 동작하기 위해서는 철저한 보안 및 안정성 분석이 필수적이다.

다중 검증 시스템
아발란체-이더리움 브릿지는 다중 검증 시스템을 통해 여러 노드가 구성되어 한쪽 블록체인의 암호화폐를 lock 하고 다른 쪽 블록체인의 암호화폐를 mint 하며 안전성을 보장한다. Protofire, Hashquark, POA Network, Avascan과 같은 중개업체를 통해 투명하고 분산된 방식으로 거래를 검증하며, 이 과정에서 브릿지의 안전성을 강화한다. 각 검증 중개업체는 블록체인 네트워크 간의 일관성을 확인하고 부정행위 방지를 위해 효과적인 조치를 취한다.
브릿지 컨트랙트의 스마트 계약 보안
브릿지는 이더리움의 ERC-20 및 ERC-721 표준을 준수하여 컨트랙트를 신중하게 검증하고, 코드 리뷰 및 오류 수정이 주기적으로 이루어진다. 스마트 계약의 취약성을 최소화하기 위해 최신 보안 기술과 개발 모범 사례가 적용되며, 안전한 자산 전송을 보장한다.
프로토콜 레벨의 보안 강화
아발란체-이더리움 브릿지는 프로토콜 레벨에서 안전성을 강화한다. 각 브릿지 트랜잭션은 분산된 검증 시스템을 거쳐 처리되며, 합의 알고리즘을 통해 안전한 결과 도출을 보장한다. 프로토콜 업데이트는 보안 이슈에 신속하게 대응하고 시스템 안전성을 향상시킨다.
사용자 경험과 안전성의 균형
브릿지 시스템은 사용자 경험과 안전성 간의 균형을 중시한다. 사용자는 안전한 프로세스를 경험하면서도 간편하게 자산을 전송할 수 있어야 한다. 브릿지는 사용자가 안전한 환경에서 편리하게 자산을 이동시킬 수 있도록 설계되었다.

아발란체-이더리움 브릿지는 검증된 보안 수준을 통해 안정적인 자산 전송을 지원한다. 다중 검증 파트너, 안전한 스마트 계약, 프로토콜 레벨의 강화된 보안은 이 브릿지 시스템이 블록체인 생태계에 안전한 상호운용성을 제공하는 데 큰 역할을 하고 있음을 보여준다. 앞으로의 기술 발전과 시스템 업데이트를 통해 아발란체-이더리움 브릿지는 블록체인의 보안 및 안전성 표준을 높이는 중요한 요소로 자리 잡을 것이라 기대된다.

아발란체-이더리움 브릿지의 활용사례

Avalanche (AVAX):
Avalanche는 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 제공하는 탈중앙화된 글로벌 금융 플랫폼이다. Avalanche는 서로 다른 블록체인과 상호 작용하기 위해 아발란체 브릿지 기술을 사용하며, 이를 통해 자산 및 토큰을 손쉽게 전송할 수 있다.
Algorand (ALGO):
Algorand는 고성능 스마트 컨트랙트 플랫폼으로, 안정적이고 빠른 거래를 지원한다. 아발란체-이더리움 브릿지를 활용하면 Algorand의 특징적인 효율성과 안정성이 이더리움과 연계하여 활용될 수 있다.
Chainlink (LINK):
Chainlink는 탈중앙화된 오라클 네트워크로, 블록체인과 외부 데이터를 연결하는 데 사용된다. Chainlink는 다양한 블록체인에서 실시간 데이터를 제공하며, 이러한 데이터를 활용하여 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있다.
Cosmos (ATOM):
Cosmos는 인터체인 생태계를 구축하는 프로젝트로, 다양한 블록체인 네트워크를 연결하는데 초점을 맞추고 있다. 자체적인 브릿지 기술인 IBC(Inter-Blockchain Communication) 프로토콜을 사용하여 서로 다른 블록체인 간의 통신을 가능하게 한다.
ICON (ICX):
ICON은 다양한 블록체인 네트워크를 연결하여 상호 운용성을 증진시키는 프로젝트이다. 아발란체-이더리움 브릿지를 통해 ICON의 자산이 이더리움과 연동되면, ICON의 디앱 생태계가 보다 확장성 있게 발전할 수 있다.
Polkadot (DOT):
Polkadot은 여러 블록체인을 연결하는 플랫폼으로, 효율적인 교차 체인 통신을 위한 Relay Chain이라는 핵심 컴포넌트를 제공한다. Polkadot은 서로 다른 블록체인 간에 자산 이동이나 데이터 교환을 가능하게 하는 것을 목표로 하고 있다.
Ripple (XRP):
Ripple은 글로벌 결제 플랫폼으로, 다양한 금융 기관 간에 안전하고 신속한 거래를 지원한다. 아발란체-이더리움 브릿지를 활용하면 Ripple의 자산이 다른 블록체인 네트워크로 이동하여 보다 효율적인 국제 송금 및 자산 교환을 실현할 수 있다.
Stellar (XLM):
Stellar는 개인과 기업 간의 금융 거래를 가능케 하는 플랫폼으로, 자체의 승인된 브릿지를 보유하고 있다. 아발란체-이더리움 브릿지를 통해 Stellar의 특성을 이더리움과 통합함으로써, 글로벌 금융 네트워크 간의 자산 이동이 더욱 원활해질 것이다.
Tezos (XTZ):
Tezos는 스마트 컨트랙트 및 분산 원장 기능을 제공하는 블록체인 플랫폼이다. 아발란체-이더리움 브릿지를 통해 Tezos의 스마트 컨트랙트 및 토큰이 이더리움 생태계에서 활용될 수 있으며, 블록체인 간 상호 운용성을 강화할 수 있다.
Wanchain (WAN):
Wanchain은 블록체인 간 자산 전송 및 데이터 교환을 가능하게 하는 브릿지 기술을 개발한 프로젝트이다. Wanchain은 다양한 블록체인을 연결하고, 분산 원장 간의 금융 인프라를 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

Teleporter와 서브넷 간 상호운용성

서브넷 간 상호운용성

아발란체-이더리움 브릿지가 서로 다른 블록체인인 아발란체와 이더리움 간의 상호운용성을 지원했다면, Teleporter는 아발란체 서브넷에서의 상호운용성을 지원하는 인터페이스이다. 아발란체의 가장 중요한 특징은 멀티 체인 시스템이라는 것인데, 일종의 레이어 2처럼 작용하는 여러 서브넷들이 병렬적으로 수행되어 네트워크 전체의 처리량을 증가시킨다.

출처=https://twitter.com/martin_eckardt/status/1728879069046231356

아발란체 서브넷들은 각기 다른 수행 목적에 맞게 VM이나 가스비 등을 커스터마이징할 수 있다. 이런 다양한 서브넷들 간 원활한 통신을 위해 아발란체는 Avalanche Warp Messaging(AWM)이라는 표준화된 messaging protocol을 제공한다. 그리고 AWM의 세부 과정을 추상화시킨 유저 친화적 인터페이스가 바로 Teleporter이다. AWM과 Teleporter 모듈을 이용한다면 서브넷 간 메세지 전달이 필요한 Dapp의 상호운용성이 아발란체 메인넷에서 향상될 것이다. 이는 AvalancheGo를 이용하여 AWM 프로토콜을 구현하고, 서브넷의 각 VM이 해당 모듈을 활용하여 메시지를 서명하고 검증하는 과정을 진행함으로써, 서브넷 간의 상호운용성을 더욱 유연하게 만들기 때문이다.

Avalanche Warp Messaging(AWM) 프로토콜

Teleporter의 기반은 Avalanche Warp Messaging 프로토콜이다. AWM은 모든 아발란체 서브넷들이 상호 운용 가능하도록 개발되어, 다양한 서브넷 종류 간에 데이터를 자유롭게 송수신할 수 있도록 하여 아발란체 체인의 활용성을 더욱 확장시키도록 기능한다.

AWM은 AvalancheGo로 구현되어 서브넷 간에 검증된 메시지를 통해 서로 소통할 수 있는 기능을 제공한다. Warp 메세지를 보내는데 최소로 필요한 정보만 담긴 Warp Message Format에 서명해 서브넷 간 데이터 전송을 간결하게 만든다. 이 Warp Message Format는 다음과 같은 정보들로 구성되어 있다.

NetworkID: 메인넷, Fuji Test Network, Local Test Network 등의 네트워크 ID
SourceChainID: 메세지를 송신하는 서브넷의 ID
SourceAddress: 메세지 송신자 주소
Payload: 메세지의 실제 정보가 담긴 데이터

이 정보들을 나열한 것을 SHA256으로 해싱해 메세지 ID를 부여하고, 이 ID를 이용해 각 메세지를 구별한다. 이러한 각 메세지들을 AWM Relayer가 메세지 전송을 시작하려는 서브넷에서 가져와 서브넷의 validator들이 서명해 발생한 BLS multi-signature와 결합해 목적지 서브넷에 전달하는 역할을 한다. AWM 프로토콜은 EVM에만 국한되지 않고 더욱 다양한 블록체인 환경에서 사용될 수 있다. 이로써, AWM은 아발란체 서브넷 간의 통신과 데이터 전송을 더욱 쉽고 효율적으로 만들어 준다.

AWM과 Teleporter

Teleporter는 AWM을 기반으로 스마트 컨트랙트 단에서 구현된 Dapp 개발자들을 겨냥한 인터페이스이다. 메세지를 송신하는 서브넷(Souce Chain)에서부터 수신받는 서브넷(Destination Chain)까지의 전체적의 데이터 전달 과정은 다음과 같다.

메세지를 시작할 Source Chain에서의 Dapp이 Teleporter 컨트랙트를 호출한다.
Teleporter 컨트랙트는 AWM precompile 과정을 거친다.
precompile한 데이터를 AWM Relayer가 목적지 서브넷에 전달한다. 이때 AWM Relayer는 주기적으로 Source Chain을 확인하며 relay되는 메세지가 존재하는지 체크한다. relay되는 메세지들은 Destination Chain의 Teleporter 컨트랙트를 호출해 전달한다.
Destination Chain의 Teleporter 컨트랙트는 AWM과 상호작용해 메세지의 서명의 진위를 검증하고, 또 Source Chain의 validator 집합에서 충분히 많은 validator들이 서명했는지 검증한다.
Teleporter 컨트랙트는 Destination Chain 위 Dapp의 컨트랙트를 호출한다.
디앱이 메세지 payload를 decoding한다.

그러나 이 과정 속 AWM에서 실행되는 메세지 서명과 검증 과정은 개발자들에게는 추상화되어 제공된다. 따라서 Dapp 개발자들은 서브넷 간 메세지 송신을 위해 단순히 TeleporterMessenger 인터페이스에서 sendCrossChainMessage 함수를 호출해 메세지를 전송할 수 있다. sendCrossChainMessage 함수는 Destination Chain의 스마트 컨트랙트를 호출해 ITeleporterReceiver 인터페이스를 구현시켜 Destination Chain에서 메세지를 수신한다. 이때 ITeleporterReceiver 인터페이스가 구현되는 과정은 디앱 자체에서 실행되는 것이 아니라 추상화된 AWM 과정에서 진행된다. 즉, Dapp 개발자들에게는 위의 데이터 전달 과정을 나타낸 사진에서 Source와 Destination Chain에서의 Warp Precompile과 서브넷 간 AWM Relayer는 추상화된 과정인 것이다.

Teleporter를 활용한 cross-Subnet 메세지 전달

메세지 송신

앞서 말했듯이, Teleporter를 이용해 메세지를 송신하려면 Source Chain의 디앱이 Teleporter 컨트랙트의 sendCrossChainMessage 함수를 호출해야 하는데, 함수의 입력값으로는 TeleporterMessageInput struct가 전달된다. 솔리디티로 구현한 TeleporterMessageInput의 구조는 다음과 같다.

struct TeleporterMessageInput {
    bytes32 destinationChainID;
    address destinationAddress;
    TeleporterFeeInfo feeInfo;
    uint256 requiredGasLimit;
    address[] allowedRelayerAddresses;
    bytes message;
}

구조체 각 파라미터의 세부적인 내용은 다음과 같다.

destinationChainID: P-Chain에서의 블록체인 ID
destinationAddress: 메세지를 수신받는 컨트랙트의 주소
feeInfo: 트랜잭션 수수료와 Relayer에 지급될 인센티브의 정보를 담은 ERC 20 주소
requiredGasLimit: 메세지 전달 과정에서 요구되는 가스비
allowedRelayerAddress: 허용된 Relayer들의 주소가 나열된 배열
message: 디앱에서 발생된 메세지 내용. abi.encode() 함수로 인코딩되어 솔리디티의 bytes 데이터 타입으로 전달된다.

이 파라미터의 각 데이터가 모여 Warp 메세지의 payload를 구성하는 한 부분이 된다. 여기에 AvalacheGo 혹은 VM 레벨에서 Warp 메세지의 다른 필드들이 더해져서 다음 레벨의 payload를 구성해 전체 Warp 메세지를 이루는 한 부분이 된다.

메세지 수신

Destination Chain에서 메세지를 받기 위해서는 Teleporter 컨트랙트가 목적지 서브넷의 Dapp을 호출할 수 있어야 한다. Teleporter 자체는 컨트랙트의 내용에 대해 모르기 때문에, 목적지 서브넷의 Dapp에서 ITeleporterReceiver 인터페이스를 구현해야한다. 따라서 ITeleporterReceiver 인터페이스 내에서 receiveTeleporterMessage 함수를 호출해 메세지를 올바른 수신자로부터 전달받는다. receiveTeleporterMessage의 구조와 각 파라미터는 다음과 같다.

function receiveTeleporterMessage(
        bytes32 originChainID,
        address originSenderAddress,
        bytes calldata message
    ) external;

originChainID: 메세지가 시작된 서브넷의 chainID
originSenderAddress: Source Chain에서 sendCrossChainMessage 함수를 호출한 유저 혹은 컨트랙트의 주소
message: bytes 타입으로 인코딩된 메세지 payload

마치며

아발란체의 세가지 네이티브 체인(X, P, C)은 크로스체인이 얼마나 빠르고 저렴할 수 있는지 보여준다. 아발란체-이더리움 브릿지는 다수의 사용자가 더 익숙한 이더리움 인터페이스 및 Dapp 레이아웃을 통해 AVAX와 상호작용이 가능하게 하고, 세 개의 체인을 완전히 분리하고 브릿징을 통해 연결함으로써 다른 기능을 손해보지 않고 네트워크 내에 필요한 각 주요 기능에 대해 각 체인을 구체적으로 구성할 수도 있게 한다. 반면 Teleporter는 아발란체의 첫 고유 cross-Subnet EVM 메세징 플랫폼이라는 것에 의의가 있다. 아발란체 서브넷에서 커스터마이징된 다양한 Dapp들이 구축되고 있는 만큼, Dapp간의 메세지 전달이 원활하게 진행되어야 상호운용성을 포함한 블록체인 전체의 성능을 향상시킬 수 있을 것이다. 여기에 힘을 실어주는 것이 아발란체 Teleporter의 역할이다.

아발란체-이더리움 브릿지를 통해 아발란체는 이더리움 네트워크에서 사용할 수 있는 모든 개발 툴을 제공하고 EVM과 호환되며 모든 사용자에게 확장성, 탈중앙 거버넌스 등의 기능을 제공하여 블록체인 생태계의 발전을 주도할 것으로 기대된다. 또, Teleporter와 Warp precompile이 데모 단계에 진입한 만큼, 향후 아발란체 상호운용성을 향상시키는 서브넷 브릿지를 구축시킬 수 있을 것이라고 기대해볼 만하다.