다음 번 불장의 관전 포인트: 프라이버시 퍼블릭 블록체인 스토리와 유망 프로젝트
글: Biteye 핵심 기여자 Fishery Isla
편집: Biteye 핵심 기여자 Crush
이더리움과 더 넓은 블록체인 서사에서 이미 많은 훌륭한 팀들이 확장 솔루션을 출시했으며, 확장(Scaling)은 이제 해결해야 할 유일한 문제는 아니다.
다음에 구현해야 할 핵심 기능은 바로 프라이버시이며, 최근 이 프라이버시 분야는 1단계 시장 인프라 투자의 주요 타깃이 되고 있다.
본문에서는 현재 각광받는 두 가지 프라이버시 체인 기술 경로인 제로지식 증명(Zero Knowledge Proof)과 완전 동형 암호화(Fully Homomorphic Encryption)를 소개하고, 관련하여 주목할 만한 유망 프로젝트도 함께 살펴볼 것이다.
우선 한 가지 질문부터 시작해보자. Web3에는 과연 프라이버시가 필요한 응용 사례가 존재하는가?
01 Web3가 프라이버시를 필요로 하는 이유
기존의 주류 체인들은 모두 공개 원장으로, 모든 거래가 체인 위에서 이루어진다. 즉, 주소나 계정과 관련된 자산 정보를 포함한 상태 변화는 모두 공개적이고 투명하다.
처음에는 정보의 투명성이 합의 보안을 감시하기 위한 부수적인 특성에 불과했지만, 산업 발전에 따라 합의 메커니즘은 점차 최적화되어 신뢰할 수 있게 되었고, 정보의 투명성은 기술적 차익거래를 위한 특성으로 전환되었다.
채굴자는 수수료를 기준으로 거래를 선택적으로 패킹할 수 있으며, 이로 인해 낮은 수수료의 거래는 처리 가능성조차 낮아져 사용자가 가스 비용을 늘리도록 강요받는다. 더욱 우려되는 것은 채굴자나 블록 생산자가 공개 원장을 모니터링하여 선점 및 검열 공격을 수행할 수 있다는 점이다.
체인 상의 매수 주문을 모니터링한 후 일반 투자자의 주문이 체결되기 전에 먼저 자신의 매수 주문을 삽입함으로써 큰 보안 리스크를 초래한다. 지난 1년간 MEV는 시장에서 약 20억 달러의 자금을 성공적으로 추출했다.
이처럼 방대하고 지속적으로 유출되는 자금은 암호화폐 시장 발전의 앞날에 커다란 위험 요소가 된다.
또한 프라이버시 지원이 부족하면 사용자는 데이터 소유권을 잃게 된다. 주소의 자산 정보와 거래 정보는 모니터링되고 활용될 가능성이 있다. 이는 Web3의 비전과 정면으로 배치된다.
따라서 확장 문제가 해결된 이후, 프라이버시 스마트 컨트랙트 체인이 다음에 반드시 구현해야 할 급선무가 되었다.
프라이버시 스마트 컨트랙트를 실현하기 위해 현재 세 가지 기술 경로가 취해지고 있다.
1) 이미 출시되었으나 조용한 Secret Network와 Oasis Network를 대표로 하는 TEE (Trusted Execution Environment) 방식;
2) 이더리움 zk-rollup을 통해 대중에게 알려진 ZK (제로지식 증명) 원리를 활용한 zkVM 방식;
3) 최근 시장에 등장한 FHE (완전 동형 암호화) 방식;
TEE 기술은 가장 성숙해 관련 문서도 많으며, 관심 있는 독자는 직접 조사하거나 위에서 언급한 프로젝트를 체험해 볼 수 있다. 본문은 화제성이 있는 zkVM과 FHE 방식에 중점을 둘 것이다.
02 제로지식 증명 Zero Knowledge Proof
zkEVM과 zkVM
대부분의 ZK 솔루션은 크게 두 진영으로 나뉜다. 하나는 이더리움 위에 구축되는(zkEVM), 다른 하나는 맞춤형 구축(zkVM)으로, 서로 다른 저수준 트레이드오프와 기본 파라미터를 선택할 수 있다.
zkEVM은 이더리움 가상 머신(EVM)과 호환되며 제로지식 증명에 친화적인 가상 머신으로, 프로그램, 연산, 입력 및 출력의 정확성을 보장한다.
이더리움 블록체인 위에 구축됨으로써 zkEVM 모델은 이더리움의 장점과 단점을 모두 흡수한다.
이더리움 네트워크와의 호환성을 최적화했기 때문에 이더리움의 방대한 사용자층의 혜택을 받으며, 개발자들도 기반 위에서 개발하기가 용이하다(Solidity 개발자 수가 많고 실행 클라이언트 등을 포함한 인프라를 공유하기 때문).
하지만 이는 제로지식 증명과 기타 프라이버시 조치 통합 능력이 이더리움 네트워크의 내장 제약에 국한된다는 의미이기도 하다.
이더리움 모델을 완벽하게 시뮬레이션하는 zkEVM 모델일수록 성능 면에서 더 큰 대가를 치러야 한다. 왜냐하면 증명 생성에 더 오랜 시간이 걸리기 때문이다.
모든 계산이 블록체인에서 이루어지므로 모든 거래는 완전히 공개적이며 투명하다. 이는 일부 애플리케이션에는 유리하지만, 다른 애플리케이션에는 이러한 프라이버시 결핍이 부당하거나 안전하지 않을 수 있다(예: 민감한 개인 재무 정보 관련 애플리케이션).
zkVM은 제로지식 증명을 통해 보안과 검증 가능한 신뢰성을 보장하는 가상 머신이다. 즉, 이전 상태와 프로그램을 입력하면 신뢰할 수 있는 방식으로 새로운 상태를 반환한다. 이를 통해 제로지식 증명을 체인 상의 거래에 통합하는 비용을 낮추고, 더 효율적이며 쉽게 만들 수 있다.
본질적으로 올바른 zkVM은 모든 애플리케이션이 각 거래에서 비교적 쉽게 제로지식 증명을 사용할 수 있도록 해준다. 진정한 zkVM은 ZK 우선 원칙에 따라 구축되며, 이를 기술 스택의 모든 부분에 통합한다.
이더리움은 본래 완전히 공개적이고 투명한 블록체인이며, 지금 개발자들이 프라이버시를 도입하려 한다면, 처음부터 프라이버시를 지원하는 블록체인보다 성능이 떨어질 수밖에 없다.
공학적으로 보면 매우 어렵다. 개발자들은 원래 이런 필드에서 작동하도록 설계되지 않은 프로그램을 코딩해야 하기 때문에, 이는 거대하고 더욱 복잡한 회로를 초래한다.
따라서 zkVM은 zkEVM보다 성능이 우수하며, 매장 가치가 높은 기술 방식이다.
현재 일부 zkVM 방식을 적용한 프로젝트들이 두각을 나타내고 있다.예를 들어 L1: Aleo, Mina 등; L2: Aztec 등. 이러한 프로젝트들의 시장 기대치는 비교적 높아 참여 비용 대비 효율은 크지 않다. 아래에서는 매장하기에 더 적합한 zkVM 프로젝트를 소개하겠다.
Ola Network
Ola은 확장 가능하고 프라이버시 보호 및 규제 준수 최적화된 ZKVM 롤업 플랫폼으로, 주요 기능은 프로그래밍 가능한 프라이버시, 확장성, 다국어 호환이다. Ola은 다양한 프로그래밍 가능한 L1 블록체인에 프라이버시 보호 및 확장 기능을 제공할 수 있는 범용 L2 확장 솔루션이 되는 것을 목표로 한다.
Ola은 최근 시드 펀딩에서 300만 달러를 유치하였으며, Web3 Ventures와 Foresight Ventures가 주도하고 Token Metrics Ventures, J17 Capital, Skyland Ventures, LD Capital, CatcherVC가 참여했다.
Ola의 주요 제품은 ZK 최적화된 가상 머신 Ola-VM과 스마트 컨트랙트 언어 Ola-lang이다.
Ola-lang은 ZK-VM 기반으로 개발된 범용 언어로, 더 높은 프로그래밍 가능성을 갖췄다. 개발자들은 Ola-lang을 이용해 공개 체인이나 기업용 사설 체인 등 다양한 유형의 스마트 컨트랙트를 유연하게 배포할 수 있다.
ZK 최적화된 가상 머신 Ola-VM은 정교한 명령어 집합 아키텍처(RISC)를 사용하며, 완전한 ZK 지원과 비결정론적 컴퓨팅을 통해 더 우수한 성능을 실현한다.
간단히 말해, Ola는 선택적 프라이버시와 프로그래밍 가능성을 모두 갖춘 L2 인프라를 구축 중이다.
공개 체인은 네트워크 보안성을 계승하면서 해당 검증 컨트랙트를 배포함으로써 프라이버시 보호 및 성능 확장 등의 기능을 얻을 수 있다.
이 방식은 공개 체인의 프로그래밍 가능성과 탈중앙화 특성을 희생하지 않는다. 개발자는 필요에 따라 다른 공개 체인에 프라이버시 및 확장 솔루션을 추가할 수 있으며, 체인 상에서 어떤 변경도 할 필요가 없다.
이는 맞춤형 프라이버시와 확장성을 제공하면서도 공개 체인의 개방성 특성을 유지한다.
현재 Ola는 Ola Gala 미션을 진행 중이며, 2024년 Ola Public Testnet 참가資格을 획득하고 NFT 등의 보상을 받을 수 있다.
또한 11월 10일, Ola 공식 웹사이트에서 Devnet 테스트넷 신청이 시작되었으며, 개발자들은 이 신청을 주목할 만하다. 선정된 인원은 보상, 기술 지원, 개발자 리소스, Ola 메인넷에 Dapp 배포 기회 등을 받을 수 있다.
03 완전 동형 암호화 Fully Homomorphic Encryption
완전 동형 암호화(FHE)는 블록체인에 적용되는 새로운 기술로서, ZK 열풍 이후 기관들이 주목하는 공개 체인 솔루션 중 하나다. 새 개념인 만큼 현재 관련 프로젝트는 적고 초기 단계에 있으므로 매장하기에 매우 적합하다.
완전 동형 암호화는 암호학계에서 오래전부터 제기된 공개 문제로, 1978년 Rivest, Adleman, Dertouzos가 은행을 응용 배경으로 이 개념을 제안했다.
데이터 저장 보안에 주목하는 일반 암호화 방식과 달리, 동형 암호화의 가장 흥미로운 점은 데이터 처리 보안에 있다.
구체적으로, 동형 암호화는 프라이버시 데이터를 암호화한 상태에서 처리할 수 있는 기능을 제공한다. 동형 암호화 방식에서 다른 참여자는 프라이버시 데이터를 처리할 수 있지만, 처리 과정에서 원본 내용을 전혀 유출하지 않으며, 키를 가진 사용자는 처리된 데이터를 복호화한 후 정확한 결과를 얻게 된다.
예를 들어, ALICE가 금 조각을 구입해 노동자에게 목걸이로 만들어달라고 요청한다고 하자. 노동자가 금 조각을 가공할 수 있지만, 금을 가져가지 못하게 하는 방법이 있을까?
이 문제를 해결하기 위해 ALICE는 금 조각을 오직 한 자물쇠로 잠그고 밀폐된 상자 안에 넣을 수 있다. 이 상자에는 두 개의 구멍이 있고, 각 구멍에는 장갑이 설치되어 있어, 노동자는 장갑을 끼고 상자 안의 금 조각을 가공할 수 있지만, 금 조각을 훔쳐갈 수는 없다.
가공이 끝난 후, ALICE는 전체 상자를 회수하여 자물쇠를 풀고 완성된 목걸이를 얻는다.
여기서 상자는 완전 동형 암호화 알고리즘에 해당하고, 노동자의 가공은 동형 특성을 수행하는 연산에 해당하며, 데이터에 접근하지 않고도 암호화된 결과를 직접 처리할 수 있다.
완전 동형 암호화의 응용 사례
Web2에서 동형 암호화는 거의 그 자체로 클라우드 컴퓨팅을 위한 기술이라 할 수 있다. 다음 상황을 생각해보자. 사용자가 데이터를 처리하고 싶지만 컴퓨터의 계산 능력이 약해 즉시 결과를 얻을 수 없는 경우, 클라우드 컴퓨팅을 이용해 클라우드가 데이터를 처리해주고 결과를 받아올 수 있다.
하지만 데이터를 그대로 클라우드에 넘기면 보안을 보장할 수 없다. 따라서 사용자는 먼저 동형 암호화로 데이터를 암호화한 후, 클라우드가 암호화된 데이터를 직접 처리하게 하고, 처리 결과를 다시 자신에게 돌려받는다.
이렇게 하면 사용자는 클라우드 서비스 제공업체에 비용을 지불하고 처리 결과를 얻으며, 클라우드 제공업체는 수익을 얻는다.그러나 완전 동형 암호화는 계산 능력의 제약이라는 단점도 있다.
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높은 계산 비용: 기존 암호화 방식과 비교해 완전 동형 암호화는 더 복잡한 수학 알고리즘과 더 큰 암호문을 필요로 하므로, 암호화된 데이터에 대한 연산 속도가 느리고 자원 소모가 크다.
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낮은 계산 효율: FHE(완전 동형 암호화)는 암호화된 데이터에 대해 덧셈, 곱셈, 지수 연산 같은 산술 연산만 지원한다. 더 복잡한 기능(예: 정렬, 검색 또는 문자열 조작)을 처리하려면 번거로운 처리를 거쳐야 하며, 이는 높은 계산 능력을 요구한다.
다행히 우리는 계산 능력이 폭발적으로 증가하는 시대에 살고 있으며, FHE와 Web3 개발이 진행됨에 따라 계산 성능과 비용이 FHE의 요구에 맞춰질 것으로 기대된다. 따라서 지금이 FHE 분야에 매장하기 좋은 시기다.
Fhenix
Fhenix는 완전 동형 암호화 기술을 채택한 최초의 블록체인으로, EVM 스마트 컨트랙트에 암호화된 데이터 계산 기능을 제공한다.
Fhenix가 채택한 fhEVM은 원래 블록체인과 인공지능을 위한 오픈소스 암호화 솔루션을 개발하는 암호학 회사 Zama가 개발했으며, 전략적 제휴 후 Fhenix Network와 통합되었다.
또한 Fhenix는 Arbitrum의 Nitro 검증기와 Zama의 완전 동형 고리 암호화 Rust 라이브러리 tfhe-rs를 채택했다. 이는 Zama와 Fhenix의 밀접한 관계를 보여준다.
Zama의 공식 웹사이트에 따르면, 회사는 일부 선도적인 Web2 사례에 기반한 FHE 기반 Web3 솔루션을 제공하고 있다. 예를 들어 얼굴 인식, 음성 인식, 스마트 컨트랙트(즉 Fhenix가 현재 진행 중인 것) 등이며, 앞으로 Zama가 이러한 응용을 Fhenix 생태계에 통합할 것으로 기대된다.
올해 9월 Fhenix는 시드 펀딩에서 700만 달러를 조달했으며, Multicoin Capital과 Collider Ventures가 주도했고, Node Capital, Bankless, HackVC, TaneLabs, Metaplanet, Tarun Chitra와 Robert Leshner의 Robot Ventures가 참여했다.
ZK는 암호화된 데이터 조각만 검증할 수 있어 여러 당사자의 개인 데이터를 통합할 수 없으므로 대부분의 암호화 계산을 촉진할 수 없다. 반면 FHE는 더 높은 수준의 데이터 보안을 허용하며, '전체' 암호화 기능을 통해 전례 없는 응용 사례를 지원한다.
따라서 Fhenix의 프라이버시 기능을 갖추면 프라이버시 문제만 해결하는 것이 아니라, 수백 가지 새로운 사용 사례를 위한 길을 열 수 있다—블라인드 입찰, 체인 상 신원 인증 및 KYC, 현실 세계 자산의 토큰화, DAO의 비밀 투표 등.
04 요약: ZK와 FHE 비교
ZK와 FHE라는 두 가지 최첨단 프라이버시 스마트 컨트랙트 솔루션을 이해한 후에도 많은 독자들은 제로지식 증명(ZK)과 완전 동형 암호화(FHE)라는 두 기술 경로를 여전히 혼동한다.
두 기술의 차이점은 위에서 언급한 암호화 유연성 외에도 다음과 같이 나타난다.
기술적 관점에서 요약하면, ZK는 진술의 프라이버시를 보호하면서 정확성 증명에 중점을 둔다. 반면 FHE는 복호화 없이 계산을 수행함으로써 데이터의 프라이버시를 보호하는 데 중점을 둔다.
블록체인 산업 발전 관점에서 보면, ZK 기술을 사용하는 프로젝트는 발전이 일찍 시작되어 단순 송금 기능을 가진 ZCash에서부터 현재 개발 중인 스마트 컨트랙트 zkVM 블록체인에 이르기까지 FHE보다 더 많은 블록체인 산업 기술적 축적을 갖고 있다. 반면 FHE 이론은 ZK보다 훨씬 늦게 탄생했으며 학계의 핫이슈였고, 최근에야 FHE 기술을 활용한 Web3 프로젝트가 펀딩을 받기 시작했기 때문에 발전 시작이 ZK보다 느렸다.
두 기술의 공통점은 계산 능력 발전에 의존한다는 점이며, 프라이버시 분야의 발전은 계산 능력 폭증의 혜택을 누리고 있다. 바로 최근 몇 년간 계산 능력이 향상되었기에 이러한 최첨단 기술이 비로소 실제 사용자에게 다가갈 수 있었던 것이다.
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