웹3에서 제로노울리지 증명의 사용 사례 살펴보기: 확장성 외에 우리가 주목해야 할 점은 무엇이 있을까?
2022년, ZK-Rollups 기술이 이더리움 분야에서 진전을 이루면서 제로지식 증명(Zero-Knowledge Proof)은 Web3의 올해 최대 키워드가 되었다. 일부는 차세대 브라우징 시장의 엔진이 바로 제로지식 증명이 될 것이라고 예측하기까지 하며, 제로지식 증명이 Web3에 미치는 중요성을 비트코인이 블록체인 개념을 도입한 것과 이더리움이 스마트 계약을 도입한 것에 견줄 수 있다고 주장했다.
제로지식 증명은 어쩌다 이렇게 강력한 성장 잠재력을 갖추게 된 것일까? 아마도 먼저 Web3의 발전 상황부터 살펴볼 필요가 있다. Web3는 탈중앙화 네트워크를 통해 인터넷 소유권을 사용자에게 돌려주려는 목표를 가지고 있지만, 현재의 Web3는 단지 사용자 중심의 가치관을 제공하고 있을 뿐이며, 그 이상의 비전 실현에는 아직 해결해야 할 많은 문제가 남아 있으며, 그 중 프라이버시와 보안 문제는 가장 중요한 과제 중 하나다.
Web3 네트워크는 설계상 사용자가 탈중앙화된 네트워크와 직접 상호작용함으로써 Web2의 중앙화된 네트워크에서 발생하는 데이터 유출, 개인정보 상업화, 권력 집중 등의 문제를 회피한다고 선언한다. 즉, 사용자가 전체 노드를 운영한다면 완벽하고 수학적으로 보장된 암호화 보안을 얻을 수 있다. 그러나 전체 노드를 운영하려면 고가의 하드웨어와 100GB 규모의 대형 블록체인에 지속 연결되어 있어야 한다.
분명히 현재의 암호화 클라이언트는 이러한 요구사항을 처리할 수 없다. 따라서 현재 Web3는 여전히 신뢰할 수 있는 중앙화된 중개자에 크게 의존하고 있으며, 이들 중개자를 통해 Web3의 탈중앙화 네트워크가 연결되고 있다. 이는 사실상 Web3의 비전과 정면으로 배치되는 상황이다.탈중앙화된 네트워크 환경 속에서, 어떻게 탈중앙화된 방식으로 프라이버시와 보안을 확보할 수 있을까? 제로지식 증명 기술은 이 문제를 교묘하게 해결한다. 사이버 보안 외에도 제로지식 증명의 활용 사례는 매우 다양하며, 아래에서는 암호화 분야에서의 구체적인 응용 사례들을 소개하겠다.
제로지식 증명이란 무엇인가
제로지식 증명이 Web3에서 어떻게 활용되는지를 설명하기 전에, 그 원리를 간단히 이해해보자. 제로지식 증명은 한 사람(증명자)이 다른 한 사람(검증자)에게 어떤 정보가 진실임을 증명하면서도 추가적인 정보는 전혀 공개하지 않는 암호학 기술이다.
제로지식 증명은 다음 세 가지 핵심 조건을 충족해야 한다:
완전성(Completeness): 진술이 실제로 참이고, 두 당사자가 모두 규정을 올바르게 준수한다면, 검증자는 별도의 조건 없이 증명을 검증할 수 있어야 한다.
신뢰성(Soundness): 진술이 거짓일 경우, 어떠한 상황에서도 검증자가 오류로 인해 납득하는 일이 있어서는 안 된다. 이 방법은 확률적 검증 이론을 활용하여 오류 발생 가능성을 극소화한다.
- 제로지식성(Zero-Knowledge): 정보를 검증하는 사람은 진술의 진위 여부 외에는 아무런 정보도 알 수 없다는 의미이다.
제로지식 증명은 주로 두 가지 형태로 나뉜다:
인터랙티브 제로지식 증명은 증명자가 특정 정보를 보유하고 있음을 검증자에게 입증하기 위해 일련의 작업이나 절차를 수행해야 한다. 대부분의 경우 이러한 작업들은 수학적 확률과 관련된 내용을 포함한다.
비인터랙티브 제로지식 증명은 증명자와 검증자 간의 실시간 상호작용 없이도 유효성이 인정되며, 검증은 이후에 이루어진다. 이러한 특수한 제로지식 증명은 추가적인 계산 능력 또는 절차를 필요로 한다.
Web3에서의 제로지식 증명 활용 사례
제로지식 증명 기술은 이미 1980년대에 등장했지만, 기술적 난이도로 인해 오랫동안 널리 적용되지 못했다.제로지식 증명은 Web3의 발전에 어떤 도움을 줄 수 있을까? 기술적 활용 사례를 통해 그 가능성을 엿볼 수 있다.
체인 외 연산(Off-chain Computation)
점점 더 많은 앱들이 이더리움 위에 배포됨에 따라, 트랜잭션 처리 속도 저하와 네트워크 확장성 부족 문제가 이더리움의 주요 장애물로 떠올랐다. 이를 해결하기 위한 핵심 방안 중 하나는 Layer2 네트워크를 구축하여 계산 처리를 체인 외부로 이전하는 것이다. ZK-Rollups는 이더리움 커뮤니티 내에서 높은 평가를 받는 솔루션 중 하나이며, Starkware와 zkSync는 대표적인 확장성 프로젝트이다.
확장성은 Web3에서 제로지식 증명이 가장 일반적으로 활용되는 영역이다. 현재는 확장성과 프라이버시를 동시에 제공하는 솔루션도 등장하고 있으며, Aztec, StarkNet과 같은 프라이버시 중심 Layer2 퍼블릭 블록체인의 발전이 주목받고 있다. 관심 있는 개발자들은 「레이어2에서의 프라이버시 현황과 미래」라는 글을 참고하면 더 깊이 있는 정보를 얻을 수 있다.
크로스체인 브릿지
퍼블릭 블록체인 생태계가 확장됨에 따라 이더리움의 독보적 위치는 유지되기 어렵게 되었으며, 크로스체인 상호 운용성에 대한 수요는 점점 커지고 있다. 하지만 기존의 브릿지 방식은 보안성이 취약한 편이었기 때문에, 많은 프로젝트들이 이제 제로지식 증명을 활용해 신뢰 없이도 작동 가능한 크로스체인 프로토콜을 구축하고 있다.Wormhole, Polymer, ZKBridge 등은 제로지식 증명 기반의 무신뢰 가정 크로스체인 프로토콜을 개발 중이며, 기존 IBC의 라이트 클라이언트가 이더리움에서 실행 불가능해 발생하던 상호 운용성 문제를 해결할 전망이다. 제로지식 증명은 암호화 브릿지의 보안성을 크게 향상시켜 크로스체인 상호 운용의 안정성을 높일 수 있다.
체인 상 게임
예를 들어 「다크 포레스트(Dark Forest)」는 류이츠신의 소설 『삼체』에서 영감을 받은 제로지식 증명 기반의 게임이다. 전략 게임으로서, 이 게임의 많은 매력 요소는 숨겨진 정보 또는 정보 비대칭성에서 비롯된다. 다크 포레스트 우주는 무한하며, 수천 명의 플레이어, 로봇, 스크립트, 스마트 계약 기반 플레이어 등으로 가득 차 있다. 그러나 각각의 플레이어는 우주에 접속한 후 전체 지도의 일부만 접근할 수 있는데, 바로 이 부분이 다크 포레스트의 핵심 정체성이다.정보가 공개적이고 투명한 블록체인 위에서 어떻게 정보를 ‘숨길’ 수 있을까? 바로 제로지식 증명을 통해 특정 정보를 공개하지 않거나 조건을 충족했을 때만 드러내는 방식으로 구현된다.
자산 보안
블록체인 기술은 자산을 사용자가 직접 관리(논커스터디얼)하도록 보장할 뿐 아니라, 다수의 노드에 분산 저장함으로써 자산의 리스크를 줄여준다.제로지식 증명은 Web3의 보안 수준을 한층 더 높이는 데 기여한다. 보안 설계에서 확률론 대신 수학적 검증을 활용함으로써, 제로지식 증명은 유효성 증명(validity proof)을 통해 잠재적 리스크를 감소시킨다. 유효성 증명은 정보의 정확성을 보장하며, 구체적으로 다음과 같은 메커니즘을 제공한다:
암호화된 정보를 해독할 수 있는 유일한 존재는 사용자 자신이다. 만약 증명자가 위조라면 최종 루트값이 달라져 검증자가 이를 거부하게 된다.
검증자와 증명자가 모두 결탁하더라도 블록체인 데이터의 가용성 덕분에 계정 상태를 롤백하고 수정할 수 있다.
제로지식 증명을 사용할 때는 일반적으로 추가적인 검증 및 강화 메커니즘이 함께 적용된다.
사용자 인증
제로지식 증명을 통해 개인의 암호화된 정체성을 확인할 수 있다. 사용자는 자신의 신원을 시스템에 검증받되, 전체 개인정보를 공개하지 않고도 인증을 완료할 수 있다. 예를 들어 계정에 로그인할 때 아이디와 비밀번호를 입력해야 하는데, 제로지식 증명 기술을 사용하면사용자는 단지 ZK Proof 하나만 제공하면 되며, 플랫폼은 그로부터 실제 비밀번호를 도출할 수 없다. 민감한 개인정보를 노출하지 않으면서도 신원 인증이 가능하다.
문서 공유
인터넷에서 우리는 종종 특정 데이터를 공유해야 하는 상황에 직면하는데, 이 과정에서 정보 유출이나 가로채기 등의 문제가 발생할 수 있다. 제로지식 증명과 블록체인 기술이 결합되면 데이터를 조각화해 암호화할 수 있으며,전송 보안을 보장할 뿐 아니라, 사용자가 특정 조각과 그 안의 정보를 관리할 수 있는 권한을 갖도록 함으로써, 특정 사용자에게만 문서 접근 권한을 부여하고, 미승인 사용자는 공유 문서에 접근할 수 없도록 할 수 있다.
스토리지 보호
탈중앙화 스토리지는 Web3의 세 기둥 중 하나로, 산업 발전에 매우 중요하다. 제로지식 증명은 스토리지 보안을 더욱 강화할 수 있으며, 알고리즘을 활용해 프로토콜을 설정함으로써 스토리지 단위 자체와 내부 프로토콜을 암호화할 수 있고, 접근 경로에도 암호화 보호를 추가하여Web3 클라우드 스토리지의 보안성을 한 차원 더 높일 수 있다.
제로지식 증명 기술은 아직 갈 길이 멀다
확장성과 프라이버시 외에도 제로지식 증명의 활용 가능성은 매우 광범위하며, Web3 내에서의 역할도 점점 명확해지고 있다. 현재 이미 많은 프로젝트들이 이 기술을 실용화하고 있으며, Messari의 통계에 따르면, 제로지식 증명이 가장 활발히 사용되는 확장 분야의 주요 프로젝트들은 2023년에 중요한 발전 단계에 진입할 것으로 보인다. Scroll, Polygon zkEVM 등의 메인넷이 순차적으로 출시될 예정이다. 또한「확장성 레이스 개막과 함께, 최근 테스트넷 출시 L2 프로젝트 점검」이라는 글에서는 최근 테스트넷에 출시된 제로지식 증명 프로젝트들을 소개하고 있다.
하지만 우리는 여전히 인식해야 한다. 제로지식 증명이 Web3에서 매우 밝은 전망을 갖고 있고 다양한 분야에 활용 가능하지만, 증명의 성능 문제는 아직 해결되지 않았다. 현재 여러 팀들이 하드웨어 가속을 연구하고 있으나, 이는 증명 효율성의 일부만을 담당할 뿐이다. 알고리즘 수준, 소프트웨어 수준 등 다른 측면에서도 여전히 최적화가 필요하다.
따라서 올해 제로지식 증명의 실질적인 활용은 소규모 응용에 국한될 가능성이 크며, 대규모로 널리 채택되기까지는 시간이 걸릴 것이다. DeFi 붐 이후, 제로지식 증명이 차세대 브라우징 시장의 엔진이 되기 위해서는 아직 넘어야 할 산이 많다. 더 많은 Web3 개발자들이 제로지식 증명의 미래 가능성을 바라보며 기술적 난관에 도전하고 극복하길 기대한다. 기술적 진전을 통해 실제 응용을 이끌어낼 수 있기를 바란다.「2023 암호화 산업 트렌드 전망」시리즈의 다음 글에서는 암호화 보안 분야가 맞이할 새로운 기술과 변화에 초점을 맞출 예정이니, 많은 관심과 기대 부탁드립니다!
2022년, ZK-Rollups 기술이 이더리움 분야에서 진전을 이루면서 제로지식 증명(Zero-Knowledge Proof)은 Web3의 올해 최대 키워드가 되었다. 일부는 차세대 브라우징 시장의 엔진이 바로 제로지식 증명이 될 것이라고 예측하기까지 하며, 제로지식 증명이 Web3에 미치는 중요성을 비트코인이 블록체인 개념을 도입한 것과 이더리움이 스마트 계약을 도입한 것에 견줄 수 있다고 주장했다.
제로지식 증명은 어쩌다 이렇게 강력한 성장 잠재력을 갖추게 된 것일까? 아마도 먼저 Web3의 발전 상황부터 살펴볼 필요가 있다. Web3는 탈중앙화 네트워크를 통해 인터넷 소유권을 사용자에게 돌려주려는 목표를 가지고 있지만, 현재의 Web3는 단지 사용자 중심의 가치관을 제공하고 있을 뿐이며, 그 이상의 비전 실현에는 아직 해결해야 할 많은 문제가 남아 있으며, 그 중 프라이버시와 보안 문제는 가장 중요한 과제 중 하나다.
Web3 네트워크는 설계상 사용자가 탈중앙화된 네트워크와 직접 상호작용함으로써 Web2의 중앙화된 네트워크에서 발생하는 데이터 유출, 개인정보 상업화, 권력 집중 등의 문제를 회피한다고 선언한다. 즉, 사용자가 전체 노드를 운영한다면 완벽하고 수학적으로 보장된 암호화 보안을 얻을 수 있다. 그러나 전체 노드를 운영하려면 고가의 하드웨어와 100GB 규모의 대형 블록체인에 지속 연결되어 있어야 한다.
분명히 현재의 암호화 클라이언트는 이러한 요구사항을 처리할 수 없다. 따라서 현재 Web3는 여전히 신뢰할 수 있는 중앙화된 중개자에 크게 의존하고 있으며, 이들 중개자를 통해 Web3의 탈중앙화 네트워크가 연결되고 있다. 이는 사실상 Web3의 비전과 정면으로 배치되는 상황이다.탈중앙화된 네트워크 환경 속에서, 어떻게 탈중앙화된 방식으로 프라이버시와 보안을 확보할 수 있을까? 제로지식 증명 기술은 이 문제를 교묘하게 해결한다. 사이버 보안 외에도 제로지식 증명의 활용 사례는 매우 다양하며, 아래에서는 암호화 분야에서의 구체적인 응용 사례들을 소개하겠다.
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