비트코인 라이트 클라이언트는 이제 비트코인 스타트업 제로싱크와 그들의 제로 지식(ZK) 증명 작업 덕분에 블록체인의 최상단에 거의 즉시 동기화할 수 있습니다. 궁극적으로 제로싱크는 전체 노드가 동일한 작업을 수행할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있습니다.
ZK 증명은 증명자가 특정 계산이 올바르다는 것을 검증자에게 증명하는 짧은 수학적 진술을 생성할 수 있게 해주며, 이 과정에서 계산에 대한 세부 정보를 공개하지 않습니다. 이 증명을 구성하는 것은 계산적으로 비용이 많이 들 수 있지만, 제공하는 진술은 입력 데이터의 크기와 관계없이 항상 매우 간결하여, 해당 데이터의 정확성을 수학적으로 확실하게 검증할 수 있습니다. 비트코인에서는 이 수학적 기법이 노드와 클라이언트에게 매우 유용할 수 있습니다.
비트코인 전체 노드는 2009년 1월부터 현재까지 블록체인을 구성하는 모든 데이터를 다운로드하고 검증해야 합니다. 이렇게 포괄적인 설정을 확장하는 데 어려움이 있기 때문에, 사토시 나카모토는 비트코인 백서에서 전체 노드를 실행하지 않고도 들어오는 결제를 검증할 수 있는 다른 유형의 클라이언트를 구상했습니다.
비트코인 라이트 클라이언트는 간소화된 결제 검증(SPV) 메커니즘을 활용합니다. 결제를 수신하면 클라이언트는 네트워크 노드에 쿼리하여 가장 긴 체인의 헤더를 가져옵니다. 그런 다음 들어오는 거래가 추가된 블록을 찾을 수 있으며, 이는 네트워크 노드가 이를 유효한 것으로 수용했음을 보여줍니다. 이후 체인에 더 많은 블록이 추가될수록 라이트 클라이언트는 결제가 유효하고 네트워크에 의해 블록으로 수용되었다는 확인을 더 많이 받게 됩니다.
비트코인에 대한 합의 변경 없이 ZK 증명은 헤더를 단일 증명으로 압축하여 이 설정을 개선합니다. 각 비트코인 블록이 거래 데이터를 머클 트리로 효과적으로 압축하고 그 트리의 루트를 헤더에 포함하는 방식과 유사하게, 제로싱크의 작업은 모든 비트코인 블록 헤더를 수집하여 또 다른 머클 트리로 배치합니다. 이 과정은 헤더 체인을 짧고 가벼운 데이터 조각인 증명으로 합성할 수 있게 해줍니다.
헤더 체인 증명은 주어진 블록 헤더가 체인에 포함되어 있는지를 신속하게 증명할 수 있습니다. 그런 다음 블록 헤더를 활용하여 특정 거래가 해당 블록에 포함되었는지를 증명할 수 있습니다. 이 과정은 이전에 설명한 SPV 방법과 매우 유사하지만 더 효율적입니다. SPV를 위해 블록체인의 모든 헤더의 전체 사본을 유지해야 하는 대신, ZK 증명을 사용하면 라이트 클라이언트는 그 작은 헤더 체인 증명만 저장하면 되며, 몇 초 만에 체인의 최신 상태에 동기화할 수 있습니다.
궁극적으로 헤더 체인 증명이 증명할 수 있는 것은 체인의 각 블록이 채굴될 당시 난이도 요구 사항을 충족했다는 것입니다. 즉, 헤더 체인 증명을 검증함으로써 사용자나 클라이언트는 주어진 높이까지의 각 비트코인 블록이 올바르게 채굴되었고 그 당시 채굴 난이도 기준을 충족했음을 확신할 수 있습니다.
첫 번째 완전한 헤더 체인 ZK 증명을 출시하는 것은 제로싱크의 첫 번째 이정표였습니다. 그들의 더 큰 비전을 달성하기 위해 –– 사용자에게 다운로드 및 처리할 필요 없이 전체 노드에 역사적 블록체인의 완전한 검증을 제공하는 것 –– 팀은 두 가지 더 체크박스를 체크해야 합니다. 두 번째는 헤더 체인 증명을 한 단계 끌어올려 노드가 비트코인 코어의 Assume Valid 기능과 유사하게 동기화할 수 있게 하는 것입니다. 세 번째이자 마지막은 구상된 완전한 비트코인 블록체인 동기화를 제공하는 것입니다.
Assume Valid는 비트코인 코어에서 기본적으로 활성화된 옵션으로, 주어진 블록 높이까지 모든 스크립트가 유효하다고 가정합니다. 이는 초기 블록 다운로드(IBD)로 블록체인을 동기화하는 새로운 전체 노드가 제네시스 블록부터 비트코인 코어 클라이언트가 특정 릴리스에서 설정한 블록 높이까지의 스크립트 검증을 건너뛸 수 있음을 의미합니다. 이러한 스크립트는 거래의 증인 데이터 부분으로, 대부분 잠금 스크립트를 해결하고 자금을 지출할 수 있도록 해제하는 서명, 타임락 및 기타 프로그래밍된 지출 조건을 포함합니다. 사용자는 `assumevalid=0`을 설정하여 클라이언트가 모든 스크립트의 전체 검증을 수행하도록 강제할 수 있는 옵션도 있습니다. 그러나 기본적으로 Assume Valid를 활성화하는 일반적이고 비교적 안전한 가정은 주어진 블록 높이까지 충분한 작업 증명이 보여져서 그 이전의 스크립트가 유효하다고 믿는 것이 공정하다는 것입니다.
제로싱크의 중간 지점 제공은 완료되면 비트코인 사용자가 기본 비트코인 코어 IBD와 유사하게 노드를 동기화할 수 있게 해줄 것입니다. 노드는 비트코인의 시작부터 현재까지 모든 데이터를 다운로드하지만, assumevalid 높이 이후에만 증인 데이터를 검증합니다. UTXO 세트도 이 방정식의 필수적인 부분입니다. 이를 해결하기 위해 제로싱크는 비트코인 노드의 동기화를 효율적으로 증가시키려는 프로젝트인 Utreexo를 활용합니다. Utreexo는 주어진 블록에서 최신 UTXO 세트를 제공하며, 제로싱크는 이를 ZK 증명 기반 설정에 추가할 수 있습니다. 그 결과는 훨씬 짧은 헤더 체인 증명과 더 간결하고 효율적인 UTXO 세트로, 클라이언트가 결제 검증 요구를 충족하는 데 활용할 수 있습니다.
팀의 최고 수준 제공은 한 단계 더 나아가 노드가 어떤 스크립트도 유효하다고 가정하지 않고 비트코인의 최신 상태에 동기화할 수 있게 해줄 것입니다. ZK 증명을 사용하면 전체 노드는 비트코인 코어의 기본 설정인 assumevalid보다 아마도 더 큰 보안 보장을 제공하면서 훨씬 더 빠른 초기 동기화를 달성할 수 있습니다.
비트코인 코어 사용자가 assumevalid를 비활성화하더라도 –– 모든 스크립트를 검증하고 제로싱크의 최고 수준 제공과 유사한 보안 가정을 달성하더라도 –– 후자의 더 큰 가치 제안은 모든 정보를 검증하는 데 있어 효율성과 속도의 상당한 이득입니다. 현재 비트코인 블록체인은 510GB의 데이터를 보유하고 있으며, 제로싱크의 접근 방식은 완료되면 약 1MB의 짧고 가벼운 증명의 생산을 통해 훨씬 더 빠른 프로세스를 가능하게 할 것입니다. 이는 비트코인 코어를 사용한 표준 IBD에 비해 몇 배의 성능 향상을 보장하면서도 동일한 합의 규칙이 준수되도록 합니다.
효율성의 향상은 비트코인 블록체인이 블록을 계속 추가함에 따라 더욱 중요해질 것입니다. 결국 전체 체인을 다운로드하고 검증하는 것은 대역폭과 저장 공간 측면에서 금전적으로 부담이 될 수 있습니다 –– 특히 고속 인터넷과 더 큰 하드 드라이브에 대한 접근이 제한적이거나 비싼 세계의 일부 지역에서는 더욱 그렇습니다.
