영지식 증명(ZKP): 개인 정보를 보호하는 미래 암호화
암호학의 혁명적인 발전인 영지식 증명(ZKP)은 한 당사자(증명자)가 다른 당사자(검증자)에게 특정 주장이 사실임을 설득할 수 있도록 합니다. 이때 기본 정보나 증명에 사용된 방법론은 공개되지 않습니다. 개인 정보를 공개하지 않고도 주장의 정확성을 타인에게 입증할 수 있는 이러한 특별한 능력은 블록체인, 인증, 보안 및 개인정보 보호 애플리케이션에 광범위한 영향을 미칩니다.
제로 지식 증명 개념
샤피 골드워서, 실비오 미칼리, 찰스 래코프는 1985년에 획기적인 논문 "상호작용 증명 시스템의 지식 복잡성"을 통해 영지식 증명이라는 개념을 제시했습니다. 이 논문에서는 영지식 증명의 기본 구조를 정의했으며, 증명자가 검증자에게 진술의 유효성 그 자체 외에는 아무것도 밝히지 않고도 그 유효성을 확신시킬 수 있는 증명 시스템을 제안했습니다. 완전성, 건전성, 그리고 영지식은 필수적인 요소입니다.
사실을 입증하기 위해 공유해야 하는 정보의 양을 상호작용 증명 시스템의 지식 복잡성이라고 합니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 복잡성을 줄이는 것은 필수적입니다. 특히 상호작용이 거의 없이 높은 증명 충실도를 요구하는 프로토콜을 만들 때 이 개념은 매우 중요합니다.
영지식 증명의 작동
영지식 증명의 한 예는 영지식 프로토콜을 설명하는 데 유용할 수 있습니다. 앨리스가 시스템의 비밀번호를 공개하지 않고 알고 있음을 증명하고 싶다고 가정해 보겠습니다. 앨리스는 기본 정보를 공개하지 않고 영지식 프로토콜을 사용하여 검증자에게 자신이 비밀번호를 알고 있음을 설득하는 암호화 증명을 생성할 수 있습니다.
ZKP에는 두 가지 주요 종류가 있습니다.
- 대화형 제로 지식 증명에는 증명자와 검증자 간의 양방향 대화가 포함됩니다.
- 상호 작용이 없는 제로 지식 증명으로, 증명자가 단 하나의 메시지만 전송합니다.
더욱 확장성이 뛰어나고 상호 작용이 없는 제로 지식(NIZK) 모델은 특히 블록체인 기술에서 현대적 응용 프로그램에 자주 사용됩니다.
이론에서 블록체인으로
Zcash와 같은 암호화폐는 거래 프라이버시를 보호하기 위해 zk-snarks(영지식 증명, 간결하고 비대화형 지식 논증)를 사용하기 때문에, ZKP는 블록체인 시스템에 필수적인 요소가 되었습니다. 사용자는 거래 정보를 공개하지 않고도 이러한 간략하고 비대화형 영지식 증명을 사용하여 거래의 정당성을 확인할 수 있습니다.
ZKP 기술은 블록체인 및 퍼블릭 블록체인 네트워크 내에서 향상된 데이터 프라이버시 및 인증 기능을 제공하여 당사자들이 퍼블릭 블록체인 인프라에 안전하게 접속할 수 있도록 지원합니다. ZKP는 거래 또는 데이터 포인트의 내용을 공개하지 않고도 검증할 수 있기 때문에 공급망 시스템 및 다자간 연산에 적합합니다.
ZKP(영지식증명)는 Web3 생태계, DeFi , 그리고 분산 애플리케이션( dApp )에서 빠르게 확산되고 있습니다. 이를 통해 외부 검증 없이도 제로 트러스트 보안 모델을 사용할 수 있습니다.
사용 및 실행
ZKP의 다양한 용도는 다음과 같습니다.
- 개인정보 노출 없이 본인 확인
- 개인 블록체인 거래를 통한 개인 정보 보호 보장
- 타원 곡선은 암호화 증명에서 안전한 서명을 생성하는 데 사용됩니다.
- 개인정보 공개 없이 준수
더욱 정교한 프레임워크로는 빠르고 간결한 검증을 위해 설계된 zk-snarks와 범위 증명에 효과적인 bulletproofs가 있습니다. 신뢰할 수 있는 설정과 같이 최소한의 가정을 강조하는 다른 구성 요소로는 투명한 지식 논증과 간결하고 비대화형 지식 논증이 있습니다.
ZKP 유형 | 상호 작용 | 신뢰할 수 있는 설정 | 적용 분야 |
zk-SNARKs | 비대화형 | 예 | 개인 거래 |
zk-STARKs | 비대화형 | 아니요 | 확장 가능한 블록체인 앱 |
방탄복 | 비대화형 | 아니요 | 기밀 범위 증명 |
대화형 ZKP | 대화형 | 아니요 | 이론적 기초 |
이론의 기초
Zk-snarks를 비롯한 비대화형 지식 시스템은 신뢰할 수 있는 설정이 필요하다고 주장하는데, 이는 약점이 될 수 있습니다. 이것이 바로 간결한 비대화형 지식 논증(SNARK)과 그 최신 변형인 확장 가능한 투명한 지식 논증(STARK)의 목표입니다. 간과해서는 안 될 것은 불릿프루프(Bulletproof)입니다. 불릿프루프는 신뢰할 수 있는 설정이 필요하지 않기 때문에 특정 상황에서는 더 안전합니다.
ZKP의 작동 방식
영지식 증명을 이해하려면 암호학적 복잡성이 필수적입니다. 타원 곡선을 기반으로 하는 이러한 암호학적 증명은 유효한 주장이 항상 증명될 수 있음을 보장하는 완전성과, 거짓 주장이 증명될 수 없음을 보장하는 건전성을 제공합니다.
증명자는 표준 프로토콜에 따라 해당 명제가 참임을 증명합니다. 검증자는 검증 메커니즘을 사용하여 이 증명을 확인합니다. 이러한 증명을 위해서는 고급 알고리즘과 상호작용 시스템의 지식 복잡성에 대한 이해가 필수적입니다.
영지식은 추가 정보를 공개하지 않고 검증자를 설득할 수 있는 능력으로 정의됩니다. 예를 들어, 탈중앙화 금융(DeFi)의 주요 특징 중 하나는 지식 유출 없는 증명입니다. ZKP는 이러한 의미에서 제로 트러스트 환경을 구축하는 초석 역할을 합니다.
장점과 어려움
ZKP를 구현하면 다음과 같은 여러 가지 중요한 이점이 있습니다.
- 데이터 개인정보 보호: 사용자 정보가 전송되고 검증되는 동안 해당 정보를 보존합니다.
- 확장성: 특히 SNARK 및 STARK가 있는 블록체인에서
- 신뢰 최소화: 중앙 집중식 권한에 대한 의존도 감소
그럼에도 불구하고 다음과 같은 어려움이 있습니다.
- 특정 시스템에는 신뢰할 수 있는 설정이 필요합니다.
- 증명 생성 시 계산 오버헤드
- 개발자와 교육자 간의 안전한 통합에 대한 지식
ZKP는 증명자와 검증자 간에 개인 정보가 교환되는 동안 사실이 확인되는 영지식 지식 증명에 적합합니다. 의료나 금융과 같이 매우 민감한 분야에서 데이터 자체를 공개하지 않고 증명을 제공하는 것은 혁신적인 기술입니다.
앞을 바라보며
ZKP는 암호화 기술이 발전함에 따라 차세대 프로토콜에 필수적입니다. ZKP는 개발자가 맥락을 공개하지 않고 데이터 포인트를 제공하거나 분산 노드 전반에서 검증 가능한 연산을 보장하는 등 새로운 방식으로 활용될 수 있도록 설계되었습니다.
ZKP 응용 프로그램이 더욱 전문화되고 정교해짐에 따라, 새로운 연구는 전 세계 및 전 세계 비대화형 지식 논증에 대한 라그랑주 기반을 연구합니다. 조직들은 영지식 지식 증명을 구현하면서 보안과 확장성을 향상시키고자 합니다.
요약하자면, ZKP는 현대 개인정보 보호 기술의 기반입니다. ZKP 기반 시스템을 도입하려면 다음과 같은 조치가 필요합니다.
- 사용 사례와 데이터의 민감성을 고려하세요.
- 적절한 ZKP 프레임워크(예: bulletproofs 또는 zk-snarks)를 선택합니다.
- 더 큰 블록체인이나 암호화 시스템에 ZKP를 포함시킵니다.
실비오 미칼리와 샤피 골드바서 같은 선구자들 덕분에 이 분야는 계속 확장되어 개인 정보 보호를 중시하는 세상에서 증명자-검증자 상호작용이 가능해졌습니다.
요약하자면, ZKP는 안전하고 비밀스러운 온라인 상호작용을 가능하게 합니다. ZKP는 신원 확인, 블록체인 데이터 보호, 개인 연산 등 현대 암호화에 필수적인 도구를 제공합니다. 블록체인과 암호화폐 전반에 걸쳐 채택이 확대됨에 따라 ZKP는 안전한 디지털 미래를 구축하는 데 필수적일 것입니다.
