ZK-SNARK란 무엇인가? 프라이버시 증명 및 채굴 설명

1ZK-SNARK란 무엇인가?

ZK-SNARK는 증명자가 검증자에게 어떤 명제가 사실이며 증명자가 필요한 비밀 정보를 알고 있음을, 그 비밀을 공개하지 않고 설득할 수 있도록 하는 암호화 증명이다. 정식 명칭은 영지식 간결 비상호작용적 지식 주장(Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)이다. 이는 하나의 보편적인 알고리즘이 아니라 증명 구성 방식의 한 종류이다.

블록체인 트랜잭션에서 공개 명제는 "이 전송은 프로토콜 규칙을 따른다"일 수 있다. 개인 증명에는 비밀 키, 메모, 잔액 또는 실행 추적이 포함될 수 있다. 유효한 증명은 숨겨진 데이터 자체가 공개 원장에 배치되지 않고도 규칙을 충족함을 보여줄 수 있다. 이것이 ZK-SNARK가 개인 결제, 검증 가능한 계산, 신원 주장 및 확장 시스템에 유용한 이유이다.

2ZK-SNARK의 각 부분 의미

"간결"이라는 단어가 모든 시스템에서 동일한 증명 크기나 검증 시간을 보장하는 것은 아니다. Groth16, PLONK 계열 시스템, Marlin 계열 시스템 및 Halo 2는 서로 다른 선택을 한다. 정확한 비용은 회로, 곡선, 커밋먼트 체계, 구현, 하드웨어 및 보안 목표에 따라 달라진다.

3ZK-SNARK는 어떻게 작동하는가?

수학은 고급이지만, 작업 흐름은 다섯 단계로 이해할 수 있다.

1. 명제 정의. 개발자는 규칙을 산술 회로 또는 제약 시스템으로 표현한다. 결제의 경우, 규칙은 소유권, 가치 보존 및 입력이 이미 사용되지 않았는지 확인할 수 있다.
2. 공개 및 비공개 입력 분리. 공개 입력은 검증자에게 표시된다. 비공개 증명은 회로를 만족시키는 데 필요한 비밀 값을 포함한다.
3. 증명 매개변수 준비. 증명 시스템에 따라 회로별 매개변수, 범용 구조 참조 문자열 또는 비밀 무작위성에 의존하지 않는 설정이 포함될 수 있다.
4. 증명 생성. 증명자는 유효한 증명이 모든 제약을 충족함을 보여주는 간결한 암호화 객체를 계산한다.
5. 증명 검증. 노드 또는 스마트 계약은 공개 입력과 검증 키를 사용하여 증명을 확인한다. 증명을 학습하지 않고 수락하거나 거부한다.

이는 검증자가 증명자를 신뢰한다는 의미가 아니다. 증명은 암호화 및 구현이 건전하다고 가정할 때, 부정직한 증명자가 잘못된 명제를 통과시키지 못하게 해야 하기 때문에 유용하다.

4완전성, 건전성, 영지식

이러한 보장은 회로에 인코딩된 명제에 적용된다. 회로가 비즈니스 규칙을 생략하거나, 잘못된 범위를 사용하거나, 안전하지 않은 조건을 수락하는 경우, 증명은 암호학적으로 유효하지만 애플리케이션은 잘못될 수 있다. 따라서 회로 설계, 구현 검토, 매개변수 생성, 지갑 동작 및 운영 보안은 보안 경계의 일부이다.

5신뢰할 수 있는 설정이란?

일부 ZK-SNARK는 증명 시작 전에 생성된 구조 참조 문자열을 필요로 한다. 이전의 회로별 시스템은 참가자들이 때때로 "유독 폐기물"이라고 불리는 비밀 무작위성을 파괴하려고 시도하는 동안 공개 매개변수를 생성하는 의식을 사용했다. 모든 기여자가 공모하거나 프로세스가 손상되면 특정 시스템은 건전성을 잃을 수 있었다.

다자간 계산은 이러한 위험을 줄인다. 적어도 한 명의 참가자가 정직하게 행동하고 자신의 비밀 기여를 파괴하면 의식이 안전하게 유지될 수 있다. 새로운 설계는 다른 설정 모델을 제공한다. 범용 설정은 많은 회로를 지원할 수 있으며, 투명하거나 신뢰할 수 없는 설계는 숨겨진 설정 무작위성을 피한다. 이러한 선택은 증명 크기, 증명자 속도, 검증 비용, 재귀 및 구현 복잡성에 영향을 미친다.

6Zcash는 ZK-SNARK와 채굴을 어떻게 사용하는가

Zcash는 지불 프라이버시를 위한 ZK-SNARK의 가장 잘 알려진 생산 예시이다. 보호된 트랜잭션에서 커밋먼트는 개인 메모를 나타내고, 널리파이어는 동일한 메모가 두 번 사용되는 것을 방지하며, 증명은 트랜잭션이 프로토콜 규칙을 준수함을 보여준다. 트랜잭션 유형 및 공개된 보기 정보에 따라, 주소, 값 및 메모 데이터는 보호된 상태로 유지될 수 있지만 노드는 여전히 유효성을 검증한다.

ZK-SNARK는 Zcash 채굴 알고리즘이 아니다. Zcash 채굴은 Equihash 작업 증명을 사용한다. 채굴자들은 블록을 생성하고, 유효한 트랜잭션을 순서대로 정렬하며, 체인 기록을 보호하기 위해 경쟁한다. 노드는 보호된 트랜잭션 내의 영지식 증명을 수락하기 전에 검증한다. 증명 계층은 트랜잭션의 정확성을 확립하고, 합의 및 채굴 계층은 어떤 유효한 트랜잭션이 정식 체인의 일부가 될지 결정한다.

이러한 구별은 하드웨어에 중요하다. Equihash ASIC는 작업 증명 해싱을 가속화하지만, 일반적인 Halo 2 증명 생성기 역할을 하지 않는다. 마찬가지로 지갑 증명을 생성하는 장치가 자동으로 ZEC를 채굴하는 것은 아니다. 우리의 Zcash 채굴 보안 가이드는 Orchard, 지갑 소프트웨어, 노드 및 Equihash 채굴이 어떻게 함께 작동하는지 설명한다.

보호된 트랜잭션 및 선택적 공개 뒤에 있는 사용자 중심의 이유는 2026년 Zcash 프라이버시 가치를 참조하십시오.

7Aleo, 롤업, 신원 및 검증 가능한 계산

Aleo는 개인 프로그램 실행을 위해 영지식 증명을 사용한다. 사용자는 상태 전환이 게시된 프로그램을 따랐음을 증명하는 증명을 생성하면서 적격 기록 데이터를 비공개로 유지할 수 있다. 네트워크는 증명을 검증하고 합의 시스템을 통해 공개된 최종 논리를 처리한다. ZK 증명은 올바른 실행을 보여주고, AleoBFT는 네트워크 합의를 제공한다. 이들을 동일한 작업으로 취급하는 것은 이전 Zcash 설명에서 보인 채굴 대 증명 혼란을 반복하는 것이다.

더 광범위한 Aleo 네트워크 전망은 프로젝트를 하나의 증명 약어로 축소하지 않고 프라이버시 모델, 분산화 및 네트워크 참여를 다룬다.

ZK-SNARK는 다른 설계도 지원한다.

• 유효성 롤업: 기본 계층 계약이 새 상태 루트를 수락하기 전에 오프체인 상태 전환 배치가 올바르게 실행되었음을 증명한다.
• 개인 신원: 전체 자격 증명을 공개하지 않고 나이, 멤버십, 관할권 또는 자격 증명 소유를 증명한다.
• 준비금 또는 부채 증명: 커밋된 데이터가 관계를 충족함을 제한된 공개로 증명하며, 커밋먼트와 회계 범위가 완전하다고 가정한다.
• 검증 가능한 계산: 모든 검증자가 값비싼 작업을 반복할 필요 없이 소프트웨어가 커밋된 입력에서 출력을 생성했음을 증명한다.

"ZK 롤업"이 자동으로 비공개인 것은 아니다. 많은 유효성 롤업은 재구성을 위한 충분한 트랜잭션 데이터를 게시하고 주로 정확성 및 확장을 위해 증명을 사용한다. 프라이버시는 무엇이 공개되고, 무엇이 숨겨지고, 회로가 무엇을 증명하는지에 따라 달라진다.

8한계, 비용 및 보안 위험

ZK-SNARK는 검증을 압축하지만, 증명 생성은 계산 및 메모리 집약적일 수 있다. 개발자는 프로그램을 제약으로 변환하고, 증명 및 검증 키를 관리하며, 곡선 및 커밋먼트 체계를 선택하고, 회로를 최적화해야 한다. 복잡한 애플리케이션은 특수 하드웨어 또는 분산 증명 인프라를 필요로 할 수 있다.

• 회로 버그: 누락된 제약은 유효하지 않은 증명이 구현된 명제를 만족하도록 허용할 수 있다.
• 구현 버그: 직렬화, 무작위성, 지갑, 검증자 또는 라이브러리 오류가 건전한 수학을 약화시킬 수 있다.
• 설정 가정: SRS를 사용하는 시스템은 매개변수 생성의 보안 모델 및 실행에 의존한다.
• 메타데이터 유출: 네트워크 타이밍, IP 데이터, 지갑 동작, 공개 입력 및 교환 기록이 증명 외부의 정보를 공개할 수 있다.
• 업그레이드 위험: 회로 또는 증명 시스템 변경은 신중한 호환성, 감사 및 마이그레이션 계획이 필요하다.

9ZK-SNARK, STARK 및 일반 ZK 증명

올바른 증명 시스템은 애플리케이션에 따라 달라진다. 지불 프로토콜은 프라이버시 및 모바일 증명을 우선시할 수 있다. 롤업은 처리량 및 온체인 검증 비용을 우선시할 수 있다. 장기 프로토콜은 투명한 설정 또는 재귀를 중요하게 여길 수 있다. "ZK 사용"은 분석의 시작점이지 완전한 기술 설명은 아니다.