블록체인하는 만두아빠

zero-knowledge Succinct Non-interactive Argument of Knowledge

1. 기본 개념
   영지식 스나크를 활용한 블록체인 트랜잭션의 경우 수신자, 송신자, 전송금액의 정보를 노출하지 않고도 해당 트랜잭션의 유효성을 송수신 노드 외의 다른 노드들에게 알릴 수 있다. 기존의 영지식 증명을 좀 더 간결하고 비상호적인 환경에서 적용 가능하도록 변형한 기술로 Zcash가 대표적이다.
2.  특징
   • 확장성
     • 블록체인 참여자가 블록의 내용을 알지 못하더라도 전체 노드 중 증명 및 보고의 역할을 수행하는 노드가 블록의 내용이 위변조되지 않았음을 빠르게 검증할 수 있다. 이는 참여자들의 블록 싱크 속도를 급격하게 높여주어 새로운 참여자들이 빠르게 네트워크에 참여할 수 있게 해준다.
   • 타원곡선 암호화
     • 간결함을 더하는 대신 정보를 숨지는 zero-knowledge를 구현해내지 못했다. 이를 위해 타원곡선암호 알고리즘을 이용했다. 일반적인 계산을 타원 곡선 세계 위로 가져온다는 의미인데, 정보는 숨기고 등식만 증명하는 것이 가능하다.
3. 장점
   • 정보를 노출하지 않고 트랜잭션 송수신가능
   • 비교적 많은 프로토콜에 적용
   • 증명의 사이즈가 작음
4. 단점
   • 초기 신뢰 설정 : 영지식 스나크의 가장 큰 문제점은 신뢰기관의 존재한다는 것이다. 프로토콜 내에서 신뢰기관의 역할은 매우 크며, 증명을 생성하는 데 있어서도 큰 비중을 차지한다. 신뢰기관은 노출되면 안 되는 정보를 통해 거짓 증명을 생성할 수 있고, 외부의 다른 집단과 공모할 가능성 또한 있다. (탈중앙화 특성이 떨어짐)
   • 확장성 : 복잡성이 증가할수록 점점 더 높은 연산처리능력이 필요하다. 증명 데이터와 검증 과정이 획기적으로 간결해졌지만, 증명자가 증명을 생성하는 시간이 매우 느리다.
   • 양자컴퓨터 공격 : 이론적으로 양자 컴퓨터 공격에 매우 취약하다. 소인수분해를 빠르게 처리할 수 있는 양자 알고리즘인 쇼어 알고리즘 방식을 통해 공개키로부터 비밀키를 추출해 낼 수 있다. 또 타원곡선암호 기법으로 암호화하기 때문에 연산능력이 뛰어난 양자 컴퓨터로 그 암호를 빠르게 해독하여 무력화할 가능성이 있다.

 1. 기본 개념

 증명자가 자신이 알고 있는 지식과 정보를 공개하지 않으면서, 그 지식을 알고 있다는 사실을 검증자에게 증명하는 시스템

 2. 영지식 증명의 3가지 조건

• 완전성(completeness) : 어떤 조건이 참이라면 신뢰할 수 있는 검증자verifier는 신뢰할 수 있는 증명자prover에 의해 이 사실을 납득할 수 있어야 한다.
• 건전성(soundness) : 어떤 조건이 거짓이면 신뢰할 수 없는 증명자는 거짓말을 통해 검증자에게 조건이 참임을 절대 납득시킬 수 없다.
• 영지식성(zero-knowledge) : 어떤 조건이 참일 때, 검증자는 이 조건이 참이라는 사실 이외의 아무 정보를 알 수 없다.

 3. 알리바바 동굴의 비유

 영지식 증명의 3가지 조건을 만족시키는 사례 but, 이 실험에서 증명자는 오직 검증자에게만 자신이 비밀번호를 알고 있다는 사실을 증명할 수 있다. 제 3자는 미리 짰는지 여부를 신뢰할 수 없기 때문

검증자verifier가 증명자prover가 도어락의 비밀번호를 알고 있는지 물어보지않고도 증명할 수 있는 방법으로 해당 과정을 계속 반복하면 할수록 증명력이 더 높아진다

 4. 활용

 거래 내역 자체는 누구에게나 공개된 블록체인에 게시되지만, 거래 상대자의 신원과 거래 금액은 암호화되어 보안이 유지된다. 즉, 영지식증명 기술은 거래 금액을 드러내지 않는 프라이버시 보호 기능과 당사자들이 서로의 신원을 확인하지 않고도 암호화폐를 교환할 수 있게 해주는 기능인 거래의 익명화가 가능하게 해주었다.

 개인정보보호를 중요시하는 프라이버시 코인에 주로 활용되며 암호화폐 거래에서 거래 제공자가 공개하는 것 이외의 정보는 제공 받는 사람이 알 수 없도록 분산화 기술로 설계되어 프라이버시 보호 기능이 뛰어나다.

 지분증명

 1. 기본개념

 시스템상에서 다음 블록 생성자는 해당 코인을 특정양 보유하고 있는 주주들 중 선출되는 것

자신의 코인 양에 따라 이자가 발생하는 방식이기에 별도의 채굴기가 필요하지 않다.

채굴하고자 하는 코인을 지갑에 보유하면 그 보유량만큼 작업을 증명할 수 있는 지분을 갖게 되는 것

 2. 장점

• 기존 PoW의 문제였던 유지비와 전력 소모량, 전송속도 등의 해결이 가능
• 각 개개인이 코인을 보유하고 지갑을 연동시켜 놓는 것만으로도 강한 보안 장벽을 만들 수 있음
• PoW에서 51% 해시파워가 가지는 비용보다 PoS 자산의 51%를 가지는 것이 비용적 측면에서 더 높기에 중앙집권화가 더 어려워 분산화가 이루어진다
• 이자라는 보상을 받기 위해 지갑에 일정량의 코인을 항상 보유하고 있어야 하므로 Pumping & Dumping을 방지할 수 있다

 3. 단점

• 코인 가격과 가격 자체의 상승폭이 크지 않기 떄문에 지분만 많다면, 네트워크가 누군가에 의해 통제될 가능성이 있다.
• 코인을 지갑에 넣어두고 네트워크를 계속 유지해두어야 노드가 유지됨
• 채굴 비용이 없어지면서 어떤 포크가 최종 승인을 받을지 애매한 상황에서는 모든 체인의 포크에 동의하여 채굴 보상을 받는 것이 채굴자의 합리적 행동. 이로 인해 채굴자들이 수없이 다양한 합의 결과 모두에 동의하게 되고 단순 이중 지불 이상의 3중 4중 지불도 가능하게 되는 문제점이 있다. - 현재는 POS 참여시 담보금을 맡기고 이 담보금 상황에 일정 lock을 걸어두어 해결하거나, 다른 POS + POW 형태로 구현되기도 한다.

작업증명

1. 기본 개념

 스팸메일을 막기 위한 기술로 먼저 고안되었던 기술로, 나카모토 사토시에 의해 블록체인 기술에 적용되며 다시 수면위로 떠오른 기술이다.

 컴퓨터의 연산능력을 이용해 해시함수 문제를 해결하고 네트워크에 전파해야 기존의 블록체인에 해당 블록 체인이 연결될 수 있다. 비트코인의 경우 이렇게 거래내역을 검증하고 암호화시킨 후 저장하고 그 댓가로 일정량의 비트코인을 받게 된다. 즉, 일한만큼 보상받는 방식보상이 없이는 자발적인 네트워크 참여를 이끌어내기가 어렵기 때문에 블록체인과 코인은 뗄레야 뗄 수 없는 관계. 강제로 분리하려하면 블록체인 자체의 안정성이 떨어진다는 연구결과가 이미 나와있다.

2. 특징

 bitcoin을 만들 당시 사토시 나카모토는 모든 참가자가 CPU를 이용해 마이닝할 것으로 생각했지만, 채굴 자체가 돈이 되자 전용 채굴 장비 등의 등장으로 돈 많은 사람이 좋은 장비로 압도적 우위에 서게 되었다. 다수의 채굴 장비를 보유한 참가자들이 뭉치기 시작하며 집단화, 조직화 되었다. (TOP 4 miners in Bitcoin, TOP 3 miners in Ethereum이 전체의 50% 이상의 장부를 조작할 수 있다는 연구결과가 2018년에 나옴)

 탈중앙화되려면 네트워크상의 모든 참여자가 모든 거래를 처리하고 전체 상태의 사본을 항상 유지할 수 있어야한다. 이것이 가능할까? 1블록 생성당 약 10분의 지연시간이 필요하다.(1초당 약 7회 거래 - VISA 시스템은 1초에 약 1700회 거래 처리) 블록 생성 시간을 빨리 당길수록 안정성은 낮아질 수 밖에 없다.

 확장성

• P2P 파일 공유는 가장 빠르게 나에게 파일을 보낼 수 있는 피어와 연결하는 것이 목표
• Bitcoin에서는 거래가 발생했음을 가능한 빨리 참여자 모두에게 정보를 패보하여 합의에 도달하는 것이 목표
• 도달 속도에 따라 장부를 만드는 시간의 차이가 난다. Bitcoin의 보안성 유지를 위해서는 블록 전파시간 << 블록 생성 시간이 되어야 함
• 탈중앙화와 대치됨? 구성원이 많아질수록 오히려 불리해짐. 고의적 시간 지연이 있기 때문.

 안정성

• 모든 네트워크 하에서 정보가 똑같이 전달되어야하는 전제조건 때문에 안정성을 찾기가 쉽지 않음.
• 오픈소스로 인한 자체 문제점을 지님. 취약점 신고 포상제도가 있는 코인도 있다.
• 거래소가 또 하나의 중앙기관 역할을 함. 자전거래로 가격조작하는 것이 해킹당한 거래소에서 밝혀

 3. 장점

• 절대 거래의 기록을 변경할 수 없어 강한 보안성을 가진다
• 51% 공격 방어에 유리하며 알고리즘 자체에 대한 신뢰도가 높다

 4. 단점

• 연산을 해결하기 위해 투입되는 전력 소모량이 매우 심하다
• 소수의 채굴업자 또는 업체가 네트워크를 좌우할 수 있다
• 모든 노드의 승인을 거쳐야하기 때문에 거래 처리 속도가 느리다