안녕하세요 한국에서 Rootstock 엠버서더를 맡고 있는 박건우입니다.
오늘은 bitvmx에 대해서 알아보는 시간을 가져보려고 합니다.

Rootstock은 2018년부터 PowPeg이라는 2-way 페그 방식을 통해 Bitcoin과 연결된 사이드체인을 운영하였습니다. 그러나 PowPeg 모델은 연합 서명자들(pegnatories)에 대한 신뢰 가정에 기반하여 브리지 자산을 관리하는 소수의 연합에 의존하는 한계가 있었습니다. 최근 RootstockLabs와 Fairgate Labs 팀은 Bitcoin 메인넷에서 소프트포크 없이 동작하는 신뢰 최소화 계산 증명 프로토콜 BitVMX를 활용하여 새로운 브리지 솔루션 “Union Bridge”를 개발하고 있습니다​. BitVMX 기반 Union Bridge는 중개인이나 외부 담보 없이 암호학적 증명만으로 Bitcoin↔Rootstock 간 BTC 전송을 검증함으로써, 1-of-n 정직자 가정 하에서 완전 탈중앙화되고 검증 가능한 양방향 브리지를 구현합니다​. 이는 Rootstock의 탈중앙화와 보안성을 한층 강화하고, 수백만 BTC 규모의 대규모 자산을도 신뢰 최소화 방식으로 사이드체인에 유입시켜 Bitcoin DeFi 생태계 성장을 가속화할 것으로 기대됩니다​. 오늘은 BitVMX 프로토콜의 작동 원리, 기존 PowPeg 모델과의 차이점에 대해서알아보려고 합니다.

BitVMX 프로토콜의 원리

BitVMX는 Bitcoin 상에서 임의의 계산을 검증할 수 있도록 고안된 낙관적(Optimistic) 실행 프로토콜입니다​. 기본 아이디어는 이중 서명된 거래들과 해시 사슬(hash chain)을 활용한 검증 게임(verification game)을 통해 off-loading된 복잡한 계산의 결과를 온체인에서 신뢰성 있게 확인하는 것입니다​BitVMX에서는 두 참여자 연산자(operator)와 검증자(verifier) 가 사전에 일정한 스크립트 템플릿으로 거래들을 미리 서명해 둔 뒤 UTXO에 프로그램을 걸어두고 BTC를 락업합니다​. 연산자는 임의의 입력으로 해당 프로그램을 실행하여 성공적인 종료 상태에 도달했다고 주장하며 출금 시도 거래(kick-off TX)를 제출하고 검증자는 그 입력을 받아 오프체인으로 동일한 프로그램을 실행해 결과를 확인합니다​.

만약 검증자가 연산자의 계산이 잘못되었다고 판단하면 도전(challenge)을 제기하여 분쟁 해결 프로토콜(DRP: Dispute Resolution Protocol), 즉 검증 게임을 개시합니다​. 이 때 Bitcoin 체인 상에서 일련의 거래를 주고받는 도전-응답 챌린지가 진행되는데 연산자는 자신이 계산을 올바르게 수행했음을 단계별로 입증하는중간 상태 해시(step hash)들을 서명하여 공개해야 합니다​.
검증자는 n진 탐색(n-ary search) 기법으로 연산자에게 특정 단계의 해시를 요구하며, 해시 사슬로 연결된 실행 추적(trace) 상에서 처음으로 잘못된 단계(이상 징후 malfunction)를 이분법적으로 찾아냅니다. BitVMX에서는 각 계산 단계의 결과를 Merkle 트리에 넣는 대신 연속적인 해시 체인을 사용하여 구조를 단순화하고 비용을 줄였다는 점이 특징입니다​.

이러한 절차를 통해 로그 arithmic 단계 내에 연산자가 어느 지점에서 부정행위를 했는지 증명할 수 있게 되며 잘못된 단계가 확인되면 해당 단계의 연산을 Bitcoin 스크립트로 온체인 재현하거나 관련 메모리 읽기/쓰기 불일치를 증명하는 방식으로 연산자의 사기 행위를 최종적으로 입증할 수 있습니다​ 만약 연산자가 모든 도전에 올바르게 응답하여 검증자를 납득시킨다면, 정해진 시간 내에 추가 도전이 제기되지 않은 것으로 간주되어 거래가 최종 승인되고 락업된 BTC를 인출할 수 있게 됩니다. 반대로 검증자가 부정행위를 증명하면 연산자의 출금 시도는 무효화되며 연산자가 걸어둔 담보 예치금은 몰수되어 정직한 검증자에게 보상으로 지급됩니다 (경제 인센티브 설계에 대한 추가 연구 진행 중​) 이렇게 비용 담보와 1인의 정직한 검증자 존재만으로도, Bitcoin 스크립트의 한계를 뛰어넘어 도전-응답 기반 튜링 완전 계산 검증이 가능해집니다​BitVMX는 특히 RISC-V 등의 범용 CPU 아키텍처를 시뮬레이션하도록 설계되어 표준 컴파일된 프로그램을 실행할 수 있고​rootstocklabs.com, 향후 다수 검증자 참여(N-Party 확장)까지 염두에 둔 유연한 구조를 지니고 있습니다​

PowPeg vs BitVMX 차이

Rootstock Labs

Rootstock PowPeg(Proof-of-Work Peg)은 기존에 사용되던 연합형 2-way 페그로, 다중 서명 키를 보유한 페그서명자들(pegnatories)이 Bitcoin의 BTC를 관리하며 그에 대응하는 RBTC를 Rootstock에서 발행해주는 방식입니다. PowPeg은 Bitcoin 병합채굴(merged mining)과 하드웨어 보안 모듈(HSM)을 결합한 Defense-in-Depth 구조로 어떤 단일 주체도 브리지를 통제하지 못하도록 설계되었으며수 년간 안정적으로 운영되어 왔습니다. 그러나 페그 아웃(출금) 시 연합의 서명 승인을 반드시 필요로 하기 때문에 m-of-n 이상의 서명자들이 정직하게 행동한다는 가정이 필수이고 서명자들이 담보를 거는 구조는 아니므로 경제적 책임도 제한적입니다. 따라서 연합에 대한 잠재적 신뢰리스크와 확장성 한계(서명자 수의 제약)가 존재했습니다.

BitVMX 기반 Union Bridge는 이러한 모델을 혁신적으로 개선한 비연합(permissionless) 브리지입니다. 기술적으로 PowPeg의 멀티시그 서명 승인 절차를 대체하여 Bitcoin 스크립트 상에 사전 구축된 BitVMX 스마트 계약 이 모든 출금 요구를 검증하게 됩니다​. 연합 서명자 대신 다수의 오픈 참여자(functionaries)들이 검증자로 나설 수 있으며 1명이라도 정직하면 부정 출금을 막을 수 있는 1-of-n 정직 가정만으로 보안이 확보됩니다​. 이는 기존 m-of-n 서명자 정직 가정보다 훨씬 신뢰 요구치를 낮춘 것으로, 사실상 한 명의 양심적 참여자만 있으면 되기에 브리지에 대한 탈중앙화 신뢰성이 비약적으로 향상됩니다​ 또한 담보 구조 측면에서도 차이가 있는데 PowPeg 연합은 별도 토큰을 담보로 잡지 않지만 서명자들이 악의적 행동시 직접적인 경제 처벌을 받지 않는 반면 BitVMX 브리지는 출금 시도자(연산자)가 예치한 BTC/예치금을 통해 담보 기반의 경제적 보안을 확보합니다. 암호학적 증명만으로 검증이 이뤄지므로 추가적인 외부 담보 토큰도 요구되지 않습니다.

확장성과 비용 측면에서도 Union Bridge는 개선점을 제시합니다. 패킷 단위 아키텍처(packet-based architecture)를 통해 여러 건의 브리지 작업을 하나의 프로토콜 세션에서 묶어서 처리할 수 있어 필요한 보증금(담보)을 공유함으로써 자본 효율성을 높입니다​. 즉, 과거 개별 출금마다 별도 연합승인이 필요하던 것을 이제는 동시에 다수의 출금 요청도 하나의 프레임워크 안에서 처리하면서 담보 비용을 절감할 수 있는 것입니다. 경제적 관점에서 이는 브리지 운영자들에게 비용 절약 및 스케일 확보를 의미하며 이용자들에게는 더 낮은 수수료와 신속한 처리로 이어질 수 있습니다. PowPeg의 경우 페그아웃 한 건당 연합 서명 절차와 Bitcoin 수수료가 들고 서명자 증가에 따라 비용이 증가할 수 있었지만 BitVMX 브리지는 온체인 분쟁 발생 시에만 비용이 들어가기 때문에 평상시에는 매우 저렴하게 동작합니다.정직하게 수행된다면 검증 게임을 거치지 않고 단일 거래만으로 출금이 완료되어 연합 모델과 유사하거나 그 이상의 효율성을 기대할 수 있습니다.

정리

BitVMX는 비트코인 메인넷에서 소프트포크 없이 신뢰 최소화 방식으로 임의 계산 검증을 가능하게 하는 프로토콜입니다. Rootstock Labs는 이를 활용하여 기존의 연합 기반 PowPeg 모델을 대체할 새로운 Union Bridge유니온 브리지를 개발하고 있습니다.

주요차이점

1. 신뢰 모델: PowPeg은 다수의 서명자 중 일정 수 이상(m-of-n)이 정직해야 하는 연합 모델에 의존합니다. 반면 BitVMX는 단 한 명의 정직한 검증자(1-of-n 가정)만 있어도 보안이 유지되는 비연합적(permissionless) 모델로 신뢰 요구치를 대폭 낮추고 탈중앙성을 향상시킵니다.

2. 검증 방식: PowPeg은 연합들의 다중 서명 승인을 통해 자산을 관리하지만 BitVMX는 사전 서명된 거래와 검증 게임(도전-응답 프로토콜)을 통해 암호학적 증명만으로 출금의 유효성을 온체인에서 검증합니다. 분쟁이 발생하지 않으면 효율적으로 처리됩니다.

3. 경제적 보안: PowPeg 연합은 별도 담보가 없어 악의적 행동에 대한 직접적인 경제적 처벌이 제한적입니다. 하지만 BitVMX는 출금을 시도하는 연산자가 담보(BTC/예치금)를 예치하고, 부정행위가 증명될 경우 이 담보가 몰수되어 정직한 검증자에게 보상으로 지급될 수 있어 경제적 인센티브를 통해 보안을 강화합니다.

4. 효율성 및 확장성: BitVMX는 평상시 저렴하게 운영될 수 있으며, 패킷 기반 아키텍처를 통해 여러 브리지 작업을 묶어 처리함으로써 자본 효율성을 높이고 확장성 면에서 개선될 잠재력을 가집니다. 이는 사용자에게 더 낮은 수수료와 신속한 처리로 이어질 수 있습니다.

결론적으로 BitVMX 기반 유니온 브리지는 암호학적 증명과 경제적 담보를 통해 기존 PowPeg의 신뢰 가정을 극복하고 더 탈중앙화되고 안전하며 잠재적으로 더 효율적인 방식으로 비트코인과 루트스탁 간의 자산 이동을 지원합니다. 이는 루트스탁의 보안과 탈중앙성을 강화하고 비트코인 DeFi 생태계 확장에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.

참고

blog.rootstock.io​bitvmx.org
blog.rootstock.io
bitvmx.org
https://github.com/FairgateLabs/BitVMX
bitvmx-whitepaper.pdf