Ziren 2.0, 영지식증명 구조 개편…이더리움 검증 비용 분석

2026년 11월 7일 읽는 시간 약 15분

2026년 11월 4일 영지식증명 기술 개발사 ZKM이 범용 영지식 가상머신(zkVM)인 Ziren 2.0을 공개했다. 이번 업데이트는 기존 시스템의 처리 속도를 단순히 높인 것이 아니라, 프로그램 실행 기록을 암호학적으로 증명하는 핵심 구조를 재설계했다는 점에서 주목된다.

ZKM은 새로운 jagged-over-WHIR 증명 시스템을 적용해 이더리움 메인넷 블록을 평균 8.6초에 증명하고, 압축된 증명의 크기를 약 284KiB로 유지했다고 발표했다.

그러나 영지식증명 시스템을 평가할 때 증명 생성 시간만으로 기술적 우위를 판단하기는 어렵다. 실제 성능은 연산 회로의 구조, 메모리 검증 방식, 재귀 증명 비용, 검증자의 처리 시간, 그리고 전체 증명 체계의 건전성(soundness)에 의해 결정된다.

Ziren 2.0의 핵심은 이 요소들을 개별적으로 개선하는 대신 하나의 통합된 증명 구조로 재구성했다는 데 있다.

1. 기존 zkVM 구조가 직면한 증명 비용 문제

범용 zkVM은 프로그램이 특정 입력에 대해 올바르게 실행됐다는 사실을 암호학적 증명으로 표현한다.

검증자는 프로그램의 모든 명령을 직접 다시 실행하지 않고도 제출된 증명을 확인할 수 있다. 이러한 특성은 블록체인 상태 전이 검증, 롤업, 크로스체인 검증 등에 활용된다.

하지만 실제 프로그램 실행을 증명하는 과정은 단순하지 않다.

일반적인 zkVM은 CPU 명령 실행, 메모리 접근, 레지스터 변경, 해시 연산 등을 여러 실행 추적 테이블로 분리한다.

각 테이블은 서로 다른 길이를 가지며, 테이블 사이의 데이터 일관성까지 증명해야 한다.

이 과정에서 세 가지 비용이 발생한다.

첫째, 각 연산 테이블에 대한 제약식 검증 비용이다.

둘째, 서로 다른 테이블 사이의 데이터 이동이 일관적인지 확인하는 비용이다.

셋째, 생성된 다수의 증명을 최종 검증 가능한 형태로 결합하는 재귀 증명 비용이다.

기존 Ziren은 중앙 CPU 테이블과 여러 보조 칩을 사용하는 구조였다. 새로운 버전은 이 구조를 변경해 명령어별 칩과 통합 검증 방식을 도입했다.

이는 증명 시스템의 처리 속도를 높이는 것뿐 아니라, 실행 추적을 구성하는 방식 자체를 바꾸는 접근이다.

2. Jagged Sumcheck: 서로 다른 길이의 실행 추적을 통합

Ziren 2.0에서 가장 중요한 기술적 변화 중 하나는 Jagged Sumcheck의 도입이다.

기존 증명 시스템에서는 서로 다른 길이를 가진 실행 추적을 하나의 계산 구조로 처리하기 위해 짧은 테이블에 불필요한 행을 추가하는 패딩이 필요할 수 있다.

예를 들어 어떤 명령어는 수백만 번 실행되지만, 특정 암호학적 연산은 수십 번만 수행될 수 있다.

두 연산을 같은 크기의 테이블로 맞추면 실제 실행되지 않은 영역까지 증명 시스템이 처리해야 하는 비효율이 발생한다.

Jagged Sumcheck는 각 열의 실제 길이를 유지하면서 서로 다른 크기의 실행 추적을 하나의 검증 문제로 결합하는 방법이다.

ZKM에 따르면 이더리움 블록의 한 실행 샤드에는 최대 약 3만 6,000개의 열이 포함될 수 있으며, 열의 높이는 32행에서 수백만 행까지 차이가 난다.

새로운 구조는 모든 열을 같은 높이로 확장하지 않고 각 열의 실제 크기에 맞춰 처리한다.

이러한 설계는 연산 종류에 따라 실행 빈도의 차이가 큰 범용 프로그램에서 특히 중요하다.

다만 패딩 제거가 곧 전체 증명 비용의 동일한 비율 감소를 의미하지는 않는다. 실제 효율은 열의 길이 분포, 메모리 접근, GPU 연산 구성, 재귀 증명 비용에 따라 달라진다.

3. WHIR 기반 다항식 검증 구조

Ziren 2.0은 다항식 약속에 대한 검증 과정에 WHIR를 적용했다.

영지식증명 시스템에서 다항식 약속은 증명자가 특정 데이터를 고정한 뒤, 검증자가 요구하는 지점에서 해당 데이터가 올바른지 확인할 수 있도록 하는 암호학적 장치다.

증명자는 실행 추적을 다항식으로 표현하고, 검증자는 이 다항식이 제약조건을 충족하는지 검사한다.

이 과정에서 중요한 것은 증명자가 임의로 조작한 값을 제출하지 못하도록 하면서도 검증자가 전체 데이터를 다시 읽을 필요가 없게 만드는 것이다.

Ziren 2.0은 여러 실행 추적의 평가 결과를 통합하고, WHIR 기반의 배치 검증을 통해 약속된 데이터와 일치하는지 확인하도록 설계됐다.

이 방식은 개별 테이블마다 별도의 검증 절차를 반복하는 구조와 차이가 있다.

특히 증명 생성 시스템에서 대량의 실행 추적을 처리할 때 검증 단계의 중복을 줄일 수 있다는 점이 기술적 핵심이다.

그러나 WHIR의 적용만으로 증명 시스템 전체의 보안성이 자동으로 높아지는 것은 아니다.

다항식 약속의 보안 가정, Fiat–Shamir 변환, 재귀 증명의 구성, 구현 정확성까지 함께 검토해야 한다.

4. CPU 중심 구조에서 명령어별 칩 구조로 전환

기존 범용 zkVM은 중앙 CPU 테이블이 명령어 실행의 공통 흐름을 관리하고, 특정 연산을 별도 칩에 위임하는 방식으로 설계되는 경우가 많았다.

Ziren 2.0은 중앙 CPU 테이블을 제거하고 명령어 종류별 칩에 실행 기록을 배치하는 구조를 채택했다.

각 명령어 실행은 해당 칩의 한 행으로 표현되며, 프로그램 카운터와 레지스터 접근, 상태 전이 조건 등이 함께 검증된다.

이 구조의 장점은 실행 빈도가 높은 명령어와 낮은 명령어를 서로 다른 크기의 추적으로 관리할 수 있다는 것이다.

또한 명령어별 제약조건을 독립적으로 설계할 수 있어 특정 연산의 최적화가 용이해질 수 있다.

다만 중앙 CPU 테이블이 사라졌다고 해서 프로그램 전체의 실행 순서를 검증할 필요가 없어지는 것은 아니다.

명령어 사이의 상태 전이, 메모리 읽기와 쓰기, 분기 명령의 실행 순서는 여전히 일관성을 유지해야 한다.

특히 Ziren이 사용하는 MIPS32 아키텍처에서는 분기 지연 슬롯(branch delay slot)의 의미를 정확하게 보존해야 한다.

실제 프로세서가 실행한 프로그램과 증명 회로가 해석한 프로그램의 의미가 달라지면, 증명이 수학적으로 유효하더라도 원래 실행의 정확성을 보장하지 못할 수 있다.

따라서 Ziren 2.0은 현재 및 다음 프로그램 카운터를 함께 관리하는 방식으로 해당 실행 의미를 유지하도록 설계됐다.

5. 재귀 증명과 고정 크기 증명의 의미

블록체인 상태 전이를 증명할 때 가장 큰 문제 중 하나는 실행량이 증가할수록 증명해야 할 연산도 늘어난다는 점이다.

수억 개의 연산을 하나의 거대한 회로로 처리하면 메모리 사용량과 증명 생성 시간이 급격하게 증가할 수 있다.

이를 해결하기 위해 재귀 증명(recursive proof)이 사용된다.

재귀 증명은 여러 개의 증명을 생성한 뒤, 그 증명들이 유효하다는 사실을 다시 하나의 증명으로 압축하는 구조다.

Ziren 2.0은 실행을 여러 샤드로 분할하고, 각 샤드의 증명을 재귀적으로 결합해 최종 증명을 생성한다.

ZKM이 공개한 압축 증명 크기는 290,530바이트, 약 284KiB다.

여기서 중요한 것은 최종 증명의 크기가 증명 대상 프로그램의 실행 길이에 비례해 계속 증가하지 않는다는 점이다.

하지만 증명 크기가 고정돼 있다는 사실과 증명 생성 비용이 일정하다는 사실은 다르다.

실행량이 많은 프로그램은 더 많은 샤드와 연산 자원을 요구할 수 있다. 재귀 증명의 마지막 단계에서도 추가적인 계산 시간이 발생한다.

따라서 zkVM의 실제 확장성을 평가하려면 최종 증명 크기뿐 아니라 실행량 대비 증명 생성 시간과 하드웨어 비용을 함께 측정해야 한다.

6. 이더리움 블록 증명 실험 결과

ZKM은 이더리움 메인넷 블록을 대상으로 Ziren 2.0의 성능을 측정했다.

공개된 실험에서는 NVIDIA RTX 5090 GPU와 AMD EPYC 9355 CPU 기반 시스템이 사용됐다.

주요 발표 수치는 다음과 같다.

측정 항목	ZKM 발표 결과
평균 블록 증명 시간	8.6초
증명 생성 환경	RTX 5090 GPU 4개
평균 증명 비용	0.0061달러
압축 증명 크기	약 284KiB
네이티브 검증 시간 중앙값	약 25.5밀리초
실험 블록 범위	26,303,831~26,303,845

평균 8.6초와 0.0061달러는 Ethproofs 공개 측정 환경에서 보고된 값이며, 모든 블록에서 동일한 결과가 보장된다는 의미는 아니다.

별도의 15개 연속 블록 실험에서는 Reth 실행 클라이언트를 사용해 GPU 8개 환경에서 블록당 3.7~14.5초의 증명 시간이 보고됐다.

이는 증명 생성 시간에 블록별 편차가 존재한다는 점을 보여준다.

또한 ZKM은 동일한 블록을 Reth와 Geth 기반 프로그램으로 실행했을 때 명령어 사이클 수가 크게 달라진다고 밝혔다.

15개 블록에 대한 발표 수치는 Reth 약 32억 1,000만 사이클, Geth 약 313억 5,000만 사이클이다.

같은 블록의 상태 전이를 증명하더라도 프로그램 구현 방식과 실행 환경에 따라 증명해야 할 계산량이 크게 달라질 수 있다는 의미다.

따라서 서로 다른 zkVM의 성능을 비교할 때는 증명 대상 프로그램, 실행 클라이언트, 하드웨어, 증명 범위와 측정 방법을 통일해야 한다.

7. 형식 검증과 증명 시스템의 건전성

증명 속도가 빠르더라도 잘못된 실행을 올바른 것으로 인정한다면 해당 zkVM은 블록체인 보안에 사용할 수 없다.

이 때문에 Ziren 2.0에서 주목할 부분은 성능 개선뿐 아니라 실행 제약조건에 대한 형식 검증이다.

ZKM은 57개 칩의 제약조건을 Lean 정리 증명기로 분석하고, 동일한 입력에 대해 허용되는 실행 결과가 유일하다는 성질을 검증했다고 밝혔다.

발표에 따르면 이 작업에는 104개의 정리가 포함된다.

이러한 결정성 검증은 악의적인 증명자가 동일한 입력에 대해 서로 다른 유효 실행 결과를 만들어내는 위험을 줄이는 데 목적이 있다.

그러나 결정성 증명이 곧 전체 zkVM의 완전한 보안 증명을 의미하지는 않는다.

프로그램의 실제 명령어 의미와 회로의 일치 여부, 다항식 검증 체계의 건전성, 재귀 증명의 안전성, 검증 키 관리 등이 별도로 검토돼야 한다.

ZKM은 재귀 증명 트리 전체를 고려한 복합 보안 수준을 약 93.5비트로 제시했다.

이는 각 증명 단계의 개별 건전성 수준과 전체 시스템의 보안 수준을 구분해야 한다는 점에서 중요하다.

복수의 증명을 결합하는 시스템에서는 개별 증명의 오류 가능성이 충분히 낮더라도 전체 구성에서 발생할 수 있는 오류 확률을 별도로 평가해야 한다.

다만 93.5비트라는 수치는 특정 증명 구성과 보안 가정 아래 산출된 값이다. 실제 구현의 모든 취약점이 제거됐다는 의미로 해석해서는 안 된다.

8. 이더리움 L1 검증 구조에 미치는 영향

범용 zkVM의 성능 향상은 이더리움 레이어2에만 영향을 미치는 문제가 아니다.

장기적으로는 이더리움 메인넷의 실행 결과를 검증하는 방식에도 변화를 가져올 수 있다.

현재 이더리움 실행 클라이언트는 블록의 거래를 실행하고 상태 전이가 올바른지 검증한다.

영지식증명 기반 검증 체계가 충분히 성숙하면 일부 검증자는 전체 실행을 반복하는 대신 상태 전이의 정확성을 나타내는 암호학적 증명을 확인하는 구조를 사용할 수 있다.

다만 이를 위해서는 증명 생성 시간뿐 아니라 검증자의 독립성, 증명 생성자의 집중도, 검증 키의 신뢰성, 장애 발생 시 복구 절차 등을 해결해야 한다.

이더리움 재단은 EIP-8025를 통해 선택적 실행 증명을 도입하는 방안을 연구하고 있다.

이 제안은 영지식증명 기반 검증으로 전환하기 위한 중간 단계로 볼 수 있지만, Ziren 2.0이 이더리움의 공식 실행 증명 시스템으로 채택됐다는 뜻은 아니다.

따라서 Ziren의 성능 발표와 이더리움 프로토콜의 실제 변경 계획은 구분해야 한다.

9. 남아 있는 기술적 한계와 연구 과제

Ziren 2.0이 제시한 결과는 의미 있지만, 실용적인 블록체인 검증 시스템으로 평가하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.

첫 번째 과제는 증명 생성 하드웨어의 집중 문제다.

고성능 GPU를 활용하면 증명 시간을 줄일 수 있지만, 증명 생성 능력이 소수의 대규모 사업자에게 집중될 가능성도 있다.

두 번째는 블록 복잡도에 따른 성능 편차다.

평균 증명 시간이 짧더라도 복잡한 스마트계약 실행과 대규모 메모리 접근이 포함된 블록에서 증명 지연이 증가할 수 있다.

세 번째는 재귀 증명 시스템의 보안 가정이다.

여러 증명을 결합하는 구조에서는 개별 증명의 건전성뿐 아니라 결합 과정의 정확성과 검증 키의 무결성을 확보해야 한다.

네 번째는 실제 네트워크 운영 비용이다.

실험 환경에서 측정한 증명 생성 비용에는 장기적인 장비 감가상각, 네트워크 전송, 장애 대응, 운영 인력 등의 요소가 충분히 반영되지 않을 수 있다.

마지막으로 서로 다른 실행 클라이언트의 상태 전이가 동일하다는 사실을 어떻게 검증할 것인지도 중요하다.

실행 결과의 동일성은 블록체인 합의 안정성과 직접 연결되기 때문이다.

향후 연구에서는 단순한 증명 속도 경쟁보다 동일한 보안 수준과 동일한 실행 조건에서의 성능 비교가 중요해질 것으로 예상된다.

결론

Ziren 2.0은 범용 영지식 가상머신의 성능 개선이 단순한 하드웨어 확장만으로 이뤄지는 것이 아니라, 실행 추적과 다항식 검증 구조를 어떻게 설계하는지에 따라 달라진다는 점을 보여준다.

Jagged Sumcheck는 서로 다른 길이의 실행 추적을 효율적으로 처리하는 방법을 제시하고, WHIR 기반 검증은 통합된 다항식 검증 구조를 제공한다.

명령어별 칩 설계와 재귀 증명은 대규모 프로그램 실행을 검증 가능한 형태로 압축하는 데 활용된다.

특히 실행 제약조건의 형식 검증과 재귀 증명 전체의 보안 수준을 함께 제시했다는 점은 향후 zkVM 연구에서 중요한 평가 기준이 될 수 있다.

그러나 공개된 성능 수치는 특정 하드웨어와 측정 조건에 기반한 결과이며, 모든 환경에서 동일한 효율과 안전성이 보장된다는 의미는 아니다.

궁극적으로 영지식증명 기반 블록체인 검증의 경쟁력은 증명 생성 속도, 검증 비용, 암호학적 건전성, 운영 분산성 사이에서 얼마나 안정적인 균형을 확보하는지에 달려 있다.

Ziren 2.0은 이러한 연구 방향을 구체적인 구현과 실험 결과로 제시한 사례다.

참고 자료

ZKM, 「Ziren 2.0」, 2026년 11월 4일. 공개 설계 논문, 성능 측정 문서 및 형식 검증 자료를 바탕으로 분석했다.

이더리움 재단, 「Scaling Ethereum Through Zero Knowledge Proofs」, EIP-8025 연구 자료.

본 기사의 실험 수치는 ZKM이 공개한 측정 결과이며, 별도의 독립 재현 실험을 수행한 것은 아니다.

bymh7765