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DUST architecture

DUST 아키텍처를 이해할 때는 다음 비유가 도움이 됩니다.

• NIGHT: 태양광 패널에 해당합니다. 사용자가 보유하는 가치 있는 자산입니다.
• DUST: 전기에 해당합니다. 태양광 패널(NIGHT)이 만들어 내는 컴퓨팅 처리량 또는 가스를 의미합니다.
• Usage: 네트워크에서 작업을 수행하기 위해 전기(DUST)를 가스로 소비합니다.

"코인 5개를 보유하고 있다"처럼 잔액이 정적인 일반 암호화폐와 달리, DUST 잔액은 시간과 NIGHT 토큰 상태에 따라 동적으로 변합니다.

DUST and network usage

DUST는 Zswap과 비슷하게 동작하지만 별도로 운영되며, Midnight의 리소스 크레딧 시스템 역할을 합니다. DUST는 다음과 같은 속성을 가집니다:

• shielded 및 양도 불가: DUST는 가스 전용으로 쓰이는 shielded 용량 리소스입니다. 사용자 간 전송은 불가능합니다.
• 동적 용량: DUST UTXO에서 사용 가능한 가스는 연관된 NIGHT UTXO를 기반으로 동적으로 계산됩니다.
• 생성과 소멸: 계산된 값은 NIGHT UTXO에 따른 최댓값까지 시간이 흐르며 증가하고, NIGHT UTXO가 소비되면 0까지 감소합니다.
• 비영속적: 시스템이 하드포크 시점에 재분배할 수 있습니다.

note

Midnight 프로토콜은 가비지 컬렉션 등을 위해 DUST 할당 규칙을 변경할 권리를 보유합니다.

Design overview

Zswap과 마찬가지로 DUST는 해시와 commitment/nullifier 패러다임 위에 구축됩니다. 각 DUST UTXO는 생성 시 추가 전용(append-only) 머클 트리에 삽입되는 commitment를 가지며, 소비 시에는 nullifier 집합에 추가되는 nullifier를 가집니다.

DUST의 "소비(spend)"는 1대1 "전송"(자기 전송, Self-Spend)입니다.

• 입력: DUST UTXO 1개 (nullifier)
• 출력: DUST UTXO 1개 (commitment)
• 수수료: 지불된 수수료에 대한 공개 선언

여기에는 다음을 증명하는 영지식 증명이 포함됩니다.

• 입력이 유효하며 머클 트리에 존재합니다.
• 출력 값은 업데이트된 입력 값에서 소비된 가스를 뺀 값과 같습니다.
• 출력 nullifier가 올바르며, 소유자는 동일하게 유지됩니다.

Lifecycle: NIGHT generates DUST

개념적으로 DUST를 보유한 NIGHT UTXO는 시간이 지남에 따라 DUST를 생성합니다. 백킹 NIGHT UTXO가 소비되지 않는 한, 연관된 DUST UTXO는 N × ρ 상한까지 가치를 생성합니다. 백킹 NIGHT이 소비되면 DUST UTXO는 0으로 "소멸(decay)"됩니다.

다음 다이어그램은 이 라이프사이클을 보여 줍니다.

생성 속도는 보유한 NIGHT 양(N), DUST 상한과 NIGHT 보유량의 비율(ρ), "상한까지 도달하는 시간"(Δ)에 따라 결정됩니다.

Units and denominations

두 토큰 모두 고정된 원자 단위를 가지며, ledger 소스(ledger/src/structure.rs)에 상수로 정의되어 있습니다:

• Star: NIGHT의 원자 단위. STARS_PER_NIGHT = 1,000,000이므로 1 NIGHT = 10⁶ Star입니다.
• Speck: DUST의 원자 단위. SPECKS_PER_DUST = 1,000,000,000,000,000이므로 1 DUST = 10¹⁵ Speck입니다.

night_dust_ratio의 초기값은 ledger 소스에서 이 상수들로부터 유도됩니다: 5 × (SPECKS_PER_DUST ÷ STARS_PER_NIGHT) = 5,000,000,000 Specks per Star이며, 이 페이지 전체에서 사용하는 NIGHT당 5 DUST 상한이 바로 이 값입니다.

note

토크노믹스 백서를 포함한 이전 자료에서는 1 DUST가 10⁶ Speck이라고 설명합니다. 위의 ledger 상수가 기준입니다. 올바른 비율은 10¹⁵입니다.

Generation rate and capacity

두 개의 ledger 파라미터가 DUST가 쌓이는 속도와 누적될 수 있는 최대량을 결정합니다(초기값은 아래 Initial DUST parameters에 나옵니다):

• generation_decay_rate: 백킹 NIGHT 1 Star당, 초당 생성되는 DUST의 Speck 수. 백킹 NIGHT이 소비된 뒤에는 같은 속도가 반대로 적용되며, 이것이 이름에 담긴 "decay(감쇠)"의 의미입니다.
• night_dust_ratio: 백킹 NIGHT 1 Star당 DUST의 최대 Speck 수.

백킹 NIGHT UTXO가 소비되지 않은 동안, UTXO 생성 시점으로부터 t초가 지난 시점의 연관 DUST 값(Speck 단위)은 N × g × t와 N × ρ 중 더 작은 값입니다. 여기서 N은 UTXO의 Star 단위 값, g는 generation_decay_rate, ρ는 night_dust_ratio입니다.

속도와 상한이 모두 N에 선형 비례하므로, 상한에 도달하는 시간은 NIGHT 양과 무관하게 동일합니다: Δ = ρ ÷ g = 5,000,000,000 ÷ 8,267이며, ledger는 이를 604,815초로 올림합니다. 여기서 "약 일주일"이라는 생성 시간이 나옵니다.

예를 들어, 등록된 DUST 주소를 가진 100 NIGHT(100,000,000 Star)짜리 NIGHT UTXO 하나를 보유한다고 합시다:

• DUST 잔액은 초당 약 827억 Speck, 대략 초당 0.00083 DUST, 즉 하루 71 DUST씩 증가합니다.
• 약 일주일 뒤 상한에 도달하며, 총 500 DUST, 즉 NIGHT당 5 DUST가 됩니다.
• 같은 100 NIGHT을 여러 UTXO로 나눠도 총량은 달라지지 않습니다. 각 UTXO는 자기 값에 비례해 생성되고 상한에 도달합니다.

Spending rules

소비 규칙은 다음과 같습니다.

• DUST는 여러 번 소비할 수 있으며, 값이 0이더라도 항상 새 UTXO가 생성됩니다.
• 소멸 단계에서도 DUST를 소비할 수 있으며, 이 경우 소멸 속도는 변하지 않습니다.
• 백킹 NIGHT이 소비되면, 아직 생성 단계에 있더라도 DUST는 즉시 소멸을 시작합니다.
• NIGHT의 일부만 소비되면, 잔돈으로 새 NIGHT UTXO가 만들어져(새로운 DUST 생성을 시작) 기존 DUST UTXO는 소멸됩니다.

Implementation note

실제 구현에서는 값을 연속적으로 처리하지 않습니다. 대신 메타데이터("generation info")를 사용해 소비 시점에 값을 계산합니다.

• DUST UTXO의 생성 시각
• 백킹 NIGHT UTXO의 생성 시각
• 백킹 NIGHT UTXO의 삭제 시각

DUST와 NIGHT은 서로 다른 키를 사용하므로, **등록 테이블(Registration Table)**이 NIGHT 공개 키와 DUST 공개 키를 연결합니다. NIGHT UTXO가 생성되고 동시에 해당 키가 테이블에 등록되어 있을 때만 새 DUST UTXO가 생성됩니다.

The grace period

DUST 사용은 shielded 상태이므로, 시스템은 트랜잭션 생성 시점을 기준으로 값을 계산합니다. 네트워크 지연을 고려해 프로토콜은 DUST Grace Period(예: 3시간)를 정의합니다. 트랜잭션의 타임스탬프가 블록 시간 기준으로 이 범위 내에 있으면 수락됩니다.

Preliminaries

DUST는 ZK 친화적 해시를 사용합니다.

type DustSecretKey = Fr;
type DustPublicKey = field::Hash<DustSecretKey>;

DUST UTXO는 소유자, 값, *논스(nonce)*를 가집니다. 논스는 지갑 복구가 가능하도록 결정적인 방식으로 변화합니다.

• 첫 번째 DUST UTXO: 논스는 원본 NIGHT UTXO의 인텐트 해시에서 파생됩니다.
• 이후 DUST UTXO: 논스는 이전 시퀀스 번호와 소유자의 비밀 키에서 파생됩니다.

struct DustOutput {
    initial_value: u128,   // Specks at creation
    owner: DustPublicKey,
    nonce: field::Hash<(InitialNonce, u32, Fr)>,
    seq: u32,
    ctime: Timestamp,
}

상태 구성 요소에는 commitment 트리, nullifier 집합, 루트 히스토리가 포함됩니다.

struct DustUtxoState {
    commitments: MerkleTree<DustCommitment>,
    commitments_first_free: usize,
    nullifiers: Set<DustNullifier>,
    root_history: TimeFilterMap<MerkleTreeRoot>,
}

Initial DUST parameters

DUST와 NIGHT은 서로 다른 단위를 사용하며, 위의 Units and denominations에 정의되어 있습니다. 초기 파라미터는 다음과 같습니다:

const INITIAL_DUST_PARAMETERS: DustParameters = {
    night_dust_ratio = 5_000_000_000; // 5 DUST per NIGHT
    generation_decay_rate = 8_267; // ~1 week generation time
    dust_grace_period = Duration::from_hours(3),
};

DUST actions

사용자는 *인텐트(Intents)*를 통해 DUST 상태에 영향을 줍니다.

struct DustActions<S, P> {
    spends: Vec<DustSpend<P>>,
    registrations: Vec<DustRegistration>,
    ctime: Timestamp,
}

Registrations and fees

DustRegistration은 NIGHT 키를 DUST 키에 연결합니다. 등록은 순차적으로 처리됩니다.

최초 DustRegistration에는 부트스트랩 문제가 있습니다. 트랜잭션 자체에 DUST가 들지만, 지갑은 NIGHT 키가 등록되기 전까지 DUST를 보유할 수 없습니다. ledger는 이를 *소급 생성(retroactive generation)*으로 해결합니다.

아직 DUST를 생성하지 않는 NIGHT UTXO도 생성 중인 UTXO와 동일한 속도·상한 공식에 따라, 그 UTXO 자신의 생성 시점부터 DUST를 "가상으로" 축적해 온 것으로 봅니다. 등록은 fee allowance(allow_fee_payment)를 선언해 이 소급 DUST를 끌어다 자기 가스 비용을 지불할 수 있습니다. 기존 DUST나 두 번째 지갑이 필요하지 않습니다.

자체 조달 경로에는 두 가지 제한이 적용됩니다:

• 등록 트랜잭션의 guaranteed section에서 소비된, 아직 생성 중이 아닌 NIGHT UTXO만 소급 allowance에 산입됩니다.
• 선언한 allowance는 그 입력들이 축적한 양을 초과할 수 없습니다. 더 많이 요청하는 트랜잭션은 InsufficientDustForRegistrationFee로 검증에 실패합니다.

소급 DUST는 각 UTXO의 생성 시점부터 축적되므로, 갓 받은 NIGHT UTXO는 거의 아무것도 축적하지 못한 상태입니다. 소급 DUST가 아직 등록 수수료를 감당하지 못한다면, 더 축적될 때까지 기다리거나 이미 등록된 지갑에서 수수료를 조달하세요.

등록 이후 NIGHT UTXO를 다시 소비하면 새 등록 아래 생성 중인 UTXO로 재생성됩니다. 등록 트랜잭션이 보통 지갑의 NIGHT을 자기 자신에게 소비하는 이유가 이것입니다. 지속적인 DUST 생성은 그 재소비에서 시작됩니다.

Generate DUST

NIGHT 입력/출력은 DUST Generation Tree에 대한 업데이트를 트리거합니다.

• DustGenerationInfo: NIGHT의 양, 소유자, dtime(삭제 시각)을 저장합니다.
• Address map: NIGHT 주소와 DUST 주소를 연결합니다.

struct DustGenerationInfo {
    value: u128,
    owner: DustPublicKey,
    nonce: InitialNonce,
    dtime: Timestamp, // Set to MAX if Night is unspent
}

DUST value and spends

DUST UTXO의 값은 네 개의 선형 시간 구간을 기준으로 계산됩니다.

1. Generating: 생성 시점부터 용량 도달(또는 NIGHT 소비) 시점까지.
2. Constant (maximum): 용량 도달 후 NIGHT 소비 전까지.
3. Decaying: NIGHT 소비 시점부터 값이 0에 도달할 때까지.
4. Constant (zero): 그 이후로 영구히.

The spend transaction

DustSpend는 UTXO를 소비하고, 업데이트된 값에서 수수료를 차감한 새 UTXO를 만듭니다.

검증 로직(dust_spend_valid)은 다음을 확인합니다.

• commitment_merkle_tree에 입력이 포함되어 있는지.
• dust_spend.old_nullifier가 파생된 nullifier와 일치하는지.
• updated_value가 수수료를 충당하기에 충분한지.
• new_commitment이 올바르게 구성되었는지.

Wallet recovery

지갑은 다음 과정으로 자금을 복구합니다.

• 보유 중인 NIGHT UTXO를 식별합니다(체인의 시작점).
• 시퀀스 번호(0, 1, 2, ...)에 대응하는 commitment를 선형적으로 탐색합니다.
• 프라이버시: 지갑은 인덱싱 서비스에 대한 프라이버시를 보호하기 위해, 정확한 조회 대신 비트 접두사 기반(확률적 필터링) 쿼리를 사용해야 합니다.

The implementation

이 섹션에서는 Cardano NIGHT 토큰을 기반으로 한 DUST 생성 구현을 설명합니다.

DUST generation from Cardano NIGHT token

Cardano NIGHT 토큰(cNIGHT)으로부터의 DUST 생성은 Midnight 파트너 체인에서 Native 토큰 Observation Pallet(pallet_cnight_observation)이 관리하는 크로스체인 프로세스입니다.

Summary of the full flow

1/ 사용자가 Cardano에서 보상 주소와 DUST 공개 키를 등록합니다.

2/ 해당 주소에서 cNIGHT UTXO가 생성(수신)되거나 소비(전송)될 때마다 이벤트가 브로드캐스트됩니다.

3–4/ Midnight 팔레트는 정확히 하나의 유효한 등록이 존재하는지 검증한 뒤 cNIGHT 활동을 관찰합니다.

5–6/ 해당 주소가 cNIGHT을 수신했는지 소비했는지 판별하여 그에 해당하는 이벤트를 만듭니다. Create 이벤트는 DUST UTXO를 생성합니다. Destroy 이벤트는 DUST UTXO를 제거하지 않습니다. cNIGHT이 소비된 시각을 기록하고, DUST UTXO는 그 시점부터 소멸합니다.

7–9/ 한 블록 내의 모든 이벤트를 모아 LedgerApi를 통해 단일 시스템 트랜잭션으로 래핑하고, 이를 Midnight ledger에서 실행합니다.

→ 최종 결과: 등록된 주소에서 생성된 각 cNIGHT UTXO는 Midnight에서 DUST UTXO 하나를 받으며, 그 DUST UTXO는 cNIGHT UTXO가 소비될 때 소멸을 시작합니다.

Next steps

DUST 개요를 살펴봤다면, 이제 GitHub의 DUST 사양도 함께 확인해 보세요.

GitHub의 구현 코드를 살펴보고 직접 기여할 수도 있습니다.