영지식 증명(Zero-knowledge-Proof)이란?
개인(prover)이 자신만이 가진 비밀 정보를 공개하지 않고 상대방인 확인자(verifier)에게 정보를 알고 있음을 증명할 수 있는 암호화 체계. 영어에서는 'ZKP'라고 부르기도 한다.
현대 사회에서 데이터 개인정보는 디지털 생활에 없어서는 안 될 필수 조건이다. 하지만, 이러한 디지털 사회가 날이 갈수록 발전하면서 개인정보는 여러 가지의 위협 요소와 해킹 등으로부터 노출 위험도 증가하고 있다.
2011년 7월 대한민국 국민이라면 누구나 사용하던 인기 플랫폼 네이트/싸이월드 정보 유출 건만 하더라도 실명부터 시작하여 개인의 중요 정보가 3,500만건 이상 유출된 적이 있다. 국민 대다수의 개인정보가 유출되면서 당시 사회적 이슈를 불러일으킨 사건이었다.
이러한 개인정보를 보호하기 위해 영지식 증명 기술이 중요하다고 할 수 있다.
영지식 증명 또는 ZKP는 간단히 말해서, 개인 세부 정보를 공개하지 않고 제3자에게 신원이나 특정 자격 증명을 증명할 수 있는 일종의 암호화이다.
영지식 증명을 쉽게 이해하기 위해 예를 하나 들어보도록 한다. 당신과 A,B라는 친구가 있다고 시나리오를 펼쳐보자. 어느 날 당신은 A라는 친구에게 비밀을 전해 들었다.
A는 당신에게 이 비밀을 아무에게도 말하지 말라고 요청했다. 하지만 B라는 친구는 이미 A 친구의 비밀을 알고 있다고 주장한다. 그리고 B는 다른 사람이 들을까 그 비밀을 당신에게 솔직하게 말할 수 없다고 한다.
그래서 당신은 B라는 친구가 정말 그 비밀을 알고 있는지 증명하기 위해 B에게 사건이 발생한 장소, 시간 등 비밀에 대한 구체적인 질문을 많이 하도록 하는데, 만약 B라는 친구가 그 질문에 올바른 답변을 하게 된다면 당신은 정말 B라는 친구가 A라는 친구의 비밀을 알고 있다고 합리적으로 추측할 수 있다.
영지식 증명에는 대화형과 비대화형의 두 가지 유형이 존재한다. 위와 같은 유형을 대화형이라고 한다. 즉, 증명자와 검증자는 진술을 증명하기 위해 서로 소통(통신)이 되어야 한다. 대화형은 확장이 크게 되지 않는다. 이것이 비대화형 영지식 증명(ZKP)가 더 인기 있는 이유이다.
비대화형 ZKP에서는 증명자와 검증자가 거래를 위해 서로 대화할 필요가 없다. 대신 복잡한 암호화 및 해상을 통해 이루어지기에 설명하기 시작하면 이 기사를 학술 논문처럼 읽을 수 있다.
영지식 증명(Zero-knowledge-Proof)은 어디에 사용되었나?
1. 블록체인 기술
영지식 증명(ZKP)은 Zcash와 같은 인기 프라이빗 블록체인에서 사용되었다. Zcash는 ZK-Snark라는 이름을 사용한다. ZK-Snark는 정보가 블록체인 전체에서 확인되어야 하므로 비대화형이며 많은 노드가 상호 작용하는 것은 실용적이지 않다.
ZKP는 개인 정보 보호 블록체인과 함께 Immutable-X 또는 Arbitrum과 같은 Ehtereum용 Layer2 확장 솔루션에서 사용 사례도 확인하였다. 이러한 블록체인은 메인 체인에서 실행될 트랜잭션을 묶는다. 영지식은 트랜잭션에 포함된 데이터의 양을 줄이는데 사용되어 확장성을 높이고 정체를 줄인다.
2. 본인 확인
영지식 증명(ZKP)을 통해 신원에 대한 소유권을 유지할 수 있다. 앱은 운전 주민등록증이나 운전 면허증 없이 영지식 증명 기술을 통해 귀하가 "본인"이 맞는지 확인할 수 있다. 우리는 특정 서비스에 대한 자격이 있거나 규정을 준수한다는 것을 증명하기 위해 충분한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 민감한 신원 데이터를 보호하기 위해 사기 가능성을 줄일 수 있다. 그리고 비자 신청, 대출, 임대 계약, 투표와 같은 프로세스를 훨씬 간단하게 만들 것이다.
시공간 증명(Zero-knowledge-Proof)이란?
다음은 시공간 증명(PoSt)에 대해 설명해보도록 한다. 시공간 증명을 설명하기 전에 복제증명(PoRep)이라는 증명을 간단하게 언급하자면 복제증명은 마이너가 네트워크를 대신해 일부 데이터의 고유한 복사본을 생성했음을 파일코인(FIL) 네트워크에 증명하는 절차다.
복제증명(PoRep)은 파일코인(FIL) 시스템에서 스토리지 광부가 클라이언트 데이터를 보유하고 있음을 증명하는 실링 된 섹터를 생성할 시 사용된다.
시공간 증명(PoSt)은 Proof-of-Spacetime이라고 하는데 마이너가 자신이 보관하고 있는 일부 데이터의 복사본을 계속 저장했음을 증명하는 절차다. 이는 Window Proof-of-Spacetime과 Winning Proof-of-Spacetime으로 나뉜다.
1) Window PoSt
마이너가 수행한 약속을 감시하는 메커니즘이다. 각 24시간의 기간에 일련의 창으로 세분되어 표시된다. 이에 따라 섹터는 각 장에 대해 하나의 하위 집합으로 분할되어 주어진 기각 내에 마이너는 해당 하위 집합의 섹터에 대한 Window PoSt를 제출해야 한다.
2) Winning PoSt
마이너가 파일코인(FIL) 네트워크에 대한 기여에 따라 보상받는 메커니즘이다. 각 Epoch가 시작될 때마다 새로운 블록을 생성하기 위해 마이너가 선출된다. 이 과정에서 마이너는 섹터에 대해서 시공간 증명을 거쳐야 한다.
블록을 성공적으로 생성한 마이너는 파일코인(FIL)을 보상받으며 블록에 Message를 포함하기 위해서 다른 Filecoin 참가자들에게 수수료를 청구할 수 있다.
필요한 기간 동안 이 작업을 수행하지 않는 마이너는 블록을 채굴할 기회를 상실하나, 반대로 그렇게 하지 않는 마이너에게 페널티를 부과하지는 않는다.
* 여기서 Epoch(에포크)란?
파일코인 네트워크에서 블록 생성에 소요되는 기준 시간으로 30초로 설정되어 있다. 각 Epoch에서 선출된 마이너는 Winning PoSt를 통해 새 블록을 생성한다.
이처럼 블록체인 시장에는 다양한 기술로 안정성과 세심함을 요구하는 기술들이 많다.
오늘은 이전에 설명한 Aleo프로젝트에 핵심 키워드인 '영지식 증명'과 토큰캔의 핵심 프로젝트 중 하나인 파일코인(FIL)에 핵심 키워드인 '시공간 증명'에 대해 알아보았다.
자세한 정보를 알아보려면 테넷디에스(TENET DS) 공식 홈페이지 참고: https://tenetds.co.kr/
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