다음 상승장 주목 포인트: 프라이버시 공용 블록체인 서사와 잠재력 프로젝트

저자: Biteye 핵심 기여자 Fishery Isla

편집: Biteye 핵심 기여자 Crush

이더리움과 더 넓은 블록체인 내러티브를 위해, 현재 많은 훌륭한 팀들이 확장 솔루션을 출시했으며, 확장(Scaling)만이 유일하게 해결해야 할 문제가 아닙니다.

다음으로 구현해야 할 핵심 기능은 프라이버시이며, 최근 프라이버시 트랙은 1차 시장 인프라 투자에서 큰 인기를 끌고 있습니다.

본 문서에서는 두 가지 인기 있는 프라이버시 체인 기술 경로인 제로 지식 증명(Zero Knowledge Proof)과 전동형 암호화(Fully Homomorphic Encryption)를 소개하고, 관련 잠재 프로젝트도 소개할 것입니다.

먼저, Web3에 실제로 프라이버시의 응용 시나리오가 있는지에 대해 논의해 보겠습니다.

01 Web3는 왜 프라이버시가 필요한가?

현재의 주류 체인은 모두 공공 원장으로, 모든 거래가 체인에서 이루어지며, 이는 주소나 계좌와 관련된 자산 정보의 상태 변화가 공개적이고 투명하다는 것을 의미합니다.

처음에 정보의 투명성은 합의 안전성을 감독하기 위해 설정된 부수적 특성이었으나, 산업 발전과 함께 합의 메커니즘이 점차 최적화되고 신뢰할 수 있게 되면서, 정보 투명한 공개 원장은 기술적 차익을 위한 서비스 특성이 되었습니다:

채굴자는 수수료에 따라 거래를 선택적으로 패키징할 수 있어, 수수료가 낮은 거래는 처리될 가능성이 낮아지며, 이는 사용자에게 가스 비용을 증가시키도록 강요합니다. 더욱 우려되는 것은 채굴자나 블록 생산자가 공개 원장을 모니터링하여 선점 및 검열 공격을 수행하는 것입니다.

체인상의 매수 주문을 모니터링하고 소액 투자자가 매수 주문을 체결하기 전에 자신의 매수 주문을 먼저 추가함으로써, 이는 엄청난 보안 문제를 야기하며, 지난 1년 동안 MEV는 시장에서 거의 20억 달러의 자금을 성공적으로 추출했습니다.

이렇게 막대한 자금이 지속적으로 유출되는 것은 암호화 시장 발전의 큰 위험 요소입니다.

동시에 프라이버시 지원의 부족으로 인해 사용자는 데이터 소유권을 잃게 됩니다. 주소의 자산 정보와 거래 정보는 모니터링되고 사용될 가능성이 있습니다. 이는 Web3의 비전과 정반대입니다.

따라서 확장 문제가 해결된 후, 프라이버시 스마트 계약 체인은 다음으로 시급히 구현해야 할 기능이 됩니다.

프라이버시 스마트 계약을 구현하기 위해 현재 세 가지 기술 경로가 채택되고 있습니다:

1) 이미 출시되었지만 큰 주목을 받지 못하는 Secret Network와 Oasis Network를 대표로 하는 TEE(신뢰 실행 환경) 솔루션;

2) 이더리움 zk-rollup을 통해 대중의 시야에 들어온 ZK(제로 지식 증명) 원리에 기반한 zkVM 솔루션;

3) 최근 시장의 주목을 받기 시작한 FHE(전동형 암호화) 솔루션;

TEE 기술이 가장 성숙하며, 관련 문서가 많이 있으므로 관심 있는 독자는 스스로 알아보거나 위에서 언급한 프로젝트를 체험해 볼 수 있습니다. 따라서 본 문서는 비교적 화제가 되고 있는 zkVM과 FHE 솔루션에 중점을 두겠습니다.

02 제로 지식 증명 Zero Knowledge Proof

zkEVM과 zkVM

대부분의 ZK 솔루션은 두 가지 진영으로 나뉩니다: 하나는 이더리움 위에 구축된 것(zkEVM), 다른 하나는 맞춤형으로 구축된 것(zkVM)으로, 따라서 서로 다른 기본적인 균형과 기본 매개변수를 선택할 수 있습니다.

zkEVM은 이더리움 가상 머신과 호환되며, 제로 지식 증명 친화적인 가상 머신으로, 프로그램, 작업, 입력 및 출력의 정확성을 보장합니다.

이더리움 블록체인 위에 구축됨으로써, zkEVM 모델은 이더리움의 장점과 단점을 흡수합니다.

이더리움 네트워크와의 호환성을 최적화했기 때문에, 이더리움의 방대한 사용자 기반의 혜택을 누릴 수 있으며, 개발자들이 이 기반 위에서 개발하기가 더 쉬워집니다(이는 Solidity 개발자 수가 많고, 실행 클라이언트를 포함한 인프라가 공유되기 때문입니다).

하지만 이는 또한 제로 지식 증명과 다른 프라이버시 조치를 통합하는 능력이 이더리움 네트워크의 내장 제한에 국한된다는 것을 의미합니다.

이더리움 모델을 완전히 모방할수록 zkEVM 모델은 성능에서 대가를 치러야 하며, 증명을 생성하는 데 더 오랜 시간이 걸립니다.

모든 계산이 블록체인에서 이루어지기 때문에, 각 거래는 완전히 공개적이고 투명합니다. 이는 일부 응용 프로그램에는 유리하지만, 다른 응용 프로그램에는 이러한 프라이버시 부족이 불합리하거나 안전하지 않습니다(예: 민감한 개인 재무 정보와 관련된 응용 프로그램).

zkVM은 제로 지식 증명을 통해 안전하고 검증 가능한 신뢰성을 보장하는 가상 머신입니다. 즉, 이전 상태와 프로그램을 입력하면 신뢰할 수 있는 방식으로 새로운 상태를 반환합니다. 이는 환경을 최적화하여 제로 지식 증명을 체인 거래에 통합하는 비용을 더 낮고 효율적이며, 심지어 더 쉽게 만듭니다.

본질적으로 올바른 zkVM은 모든 응용 프로그램이 각 거래에서 상대적으로 쉽게 제로 지식 증명을 사용할 수 있게 합니다. 진정한 zkVM은 ZK 우선 원칙에 따라 구축되며, 기술 스택의 모든 부분에 통합됩니다.

이더리움은 본래 완전히 공개적이고 투명한 블록체인입니다. 만약 개발자가 지금 프라이버시를 도입하려고 한다면, 그 성능은 처음부터 프라이버시를 지원한 블록체인보다 떨어질 것입니다.

공학적 관점에서 보면, 이는 어렵습니다. 개발자는 프로그램을 코딩해야 하며, 이러한 프로그램은 설계 시 이러한 유형의 필드에서 실행되도록 되어 있지 않기 때문에, 이는 거대하고 더 복잡한 회로를 초래합니다.

따라서 zkVM의 성능은 zkEVM보다 우수하며, 매우 주목할 만한 기술 솔루션입니다.

현재 zkVM 솔루션을 사용하는 일부 프로젝트가 두각을 나타내고 있습니다. 예를 들어 L1: Aleo, Mina 등; L2: Aztec 등. 이러한 프로젝트의 시장 기대치는 상대적으로 높지만, 참여 비용 대비 효율성이 낮습니다. 아래는 더 적합한 zkVM 프로젝트를 소개합니다.

Ola Network

Ola는 확장 가능한 프라이버시 보호 및 규정 준수 최적화 ZKVM 롤업 플랫폼으로, 주요 기능은 프로그래머블 프라이버시, 확장성 및 다국어 호환성입니다. Ola는 다양한 프로그래머블 Layer1 블록체인에 프라이버시 보호 및 확장 능력을 추가하는 범용 Layer2 확장 솔루션이 되는 것을 목표로 합니다.

Ola는 최근 시드 라운드에서 300만 달러의 투자를 유치했으며, Web3 Ventures와 Foresight Ventures가 주도하고, Token Metrics Ventures, J17 Capital, Skyland Ventures, LD Capital 및 CatcherVC가 후속 투자했습니다.

Ola의 주요 제품은 ZK 최적화된 가상 머신 Ola-VM과 스마트 계약 언어 Ola-lang입니다.

Ola-lang은 ZK-VM을 기반으로 개발된 범용 언어로, 더 높은 프로그래머블성을 갖추고 있습니다. 개발자는 Ola-lang을 활용하여 공공 체인이나 기업용 개인 체인에 관계없이 모든 유형의 스마트 계약을 유연하게 배포할 수 있습니다.

ZK 최적화된 가상 머신 Ola-VM은 간소화된 명령어 집합 아키텍처를 사용하여 완전한 ZK 지원과 비결정적 계산을 통해 더 우수한 성능을 구현합니다.

간단히 말해, Ola는 선택적 프라이버시와 프로그래머블성을 갖춘 Layer2 인프라를 구축하고 있습니다.

이는 공공 체인이 네트워크 보안성을 유지하면서, 해당 검증 계약을 배포함으로써 프라이버시 보호 및 성능 확장 기능을 얻을 수 있게 합니다.

이러한 방식은 공공 체인의 프로그래머블성과 탈중앙화 특성을 희생하지 않도록 합니다. 개발자는 필요에 따라 다양한 공공 체인에 프라이버시 및 확장 솔루션을 추가할 수 있으며, 체인에서 어떤 변경도 필요하지 않습니다.

이렇게 하면 맞춤형 프라이버시와 확장성을 제공하면서도 공공 체인의 개방성을 유지할 수 있습니다.

현재 Ola는 Ola Gala에서 작업을 시작하여 2024 Ola Public Testnet 자격을 얻을 수 있으며, NFT 등의 보상을 받을 수 있습니다.

또한, 11월 10일에 Ola 공식 웹사이트에서 Devnet 테스트넷 신청이 열렸으므로, 개발자들은 이 신청에 주목할 필요가 있습니다. 선정된 인원은 보상, 기술 지원, 개발자 자원, Ola 메인넷에서 Dapp 배포 등의 기회를 얻을 수 있습니다.

03 전동형 암호화 Fully Homomorphic Encryption

전동형 암호화는 블록체인에 적용되는 새로운 기술로, ZK가 인기를 끈 이후 기관들이 선호하는 공공 체인 솔루션 중 하나입니다. 새로운 개념으로, 현재 프로젝트는 비교적 적고, 모두 초기 단계에 있어 매우 주목할 만합니다.

전동형 암호화는 암호학계에서 오래전부터 제기된 공개 문제로, 1978년 Rivest, Adleman 및 Dertouzos가 은행을 응용 배경으로 이 개념을 제안했습니다.

데이터 저장 보안에 초점을 맞춘 일반 암호화 솔루션과 비교할 때, 동형 암호화 솔루션의 가장 흥미로운 점은 데이터 처리 보안에 초점을 맞춘다는 것입니다.

구체적으로 말하자면, 동형 암호화는 프라이버시 데이터를 암호화 처리하는 기능을 제공합니다. 동형 암호화 솔루션에서 다른 참여자는 프라이버시 데이터를 처리할 수 있지만, 처리 과정에서 원본 내용이 유출되지 않으며, 키를 가진 사용자는 처리된 데이터를 복호화한 후 정확한 처리 결과를 얻을 수 있습니다.

예를 들어, ALICE가 금덩어리를 구매하고, 작업자가 금덩어리를 목걸이로 만들고 싶어 한다면, 작업자가 금덩어리를 가공할 수 있지만 금덩어리를 얻지 못하는 방법이 있을까요?

이 문제를 해결하기 위해 ALICE는 금덩어리를 유일한 열쇠로 잠긴 밀폐된 상자에 넣을 수 있습니다. 이 상자는 두 개의 구멍이 있으며, 각 구멍에 장갑을 장착하여 작업자가 장갑을 끼고 상자 내부의 금덩어리를 가공할 수 있지만, 금덩어리를 훔칠 수는 없습니다.

가공이 완료된 후 ALICE는 전체 상자를 가져가서 잠금을 해제하면 가공된 목걸이를 얻습니다.

여기서 상자는 전동형 암호화 알고리즘에 해당하며, 작업자의 가공은 동형 특성을 가진 연산을 수행하는 것에 해당합니다. 데이터에 접근할 수 없는 조건에서 암호화된 결과를 직접 처리하는 것입니다.

전동형 암호화 응용 시나리오

Web2에서 동형 암호화는 거의 클라우드 컴퓨팅을 위해 맞춤 제작된 것입니다. 다음과 같은 상황을 고려해 보십시오. 사용자가 데이터를 처리하고 싶지만, 그의 컴퓨터 계산 능력이 부족하여 즉시 결과를 얻을 수 없다면, 이 사용자는 클라우드 컴퓨팅 개념을 사용하여 클라우드가 데이터를 처리하고 결과를 얻도록 할 수 있습니다.

하지만 데이터를 클라우드에 직접 전달하면 보안성을 보장할 수 없습니다. 따라서 그는 먼저 동형 암호화를 사용하여 데이터를 암호화한 다음, 클라우드가 암호화된 데이터를 직접 처리하도록 하고, 처리 결과를 그에게 반환하도록 할 수 있습니다.

이렇게 하면 사용자는 클라우드 서비스 제공자에게 비용을 지불하고 처리된 결과를 얻으며, 클라우드 서비스 제공자는 수익을 얻습니다. 그러나 전동형 암호화는 계산 능력의 제한이라는 단점도 있습니다:

• 계산 비용이 높음: 전통적인 암호화와 비교할 때, 전동형 암호화는 더 복잡한 수학 알고리즘과 더 큰 암호 텍스트가 필요하여, 암호화된 데이터에 대한 연산 속도가 느리고 자원 집약적입니다.

• 계산 효율성이 낮음: FHE(전동형 암호화)는 암호화된 데이터에 대한 산술 연산(예: 덧셈, 곱셈 및 지수 연산)만 지원합니다. 정렬, 검색 또는 문자열 조작과 같은 더 복잡한 기능을 처리하려면 더 복잡한 처리가 필요합니다. 계산 능력 요구가 높습니다.

다행히도 우리는 계산 능력이 폭발하는 시대에 살고 있으며, FHE와 Web3 개발이 진행됨에 따라, 계산 성능과 비용이 FHE의 요구와 일치할 가능성이 있습니다. 따라서 지금은 FHE 트랙에 투자하기 좋은 시점입니다.

Fhenix

Fhenix는 전동형 암호화 기술을 채택한 최초의 블록체인으로, EVM 스마트 계약에 암호화된 데이터 계산 기능을 제공합니다.

Fhenix에서 사용하는 fhEVM은 블록체인과 인공지능을 위한 오픈 소스 암호화 솔루션을 구축하는 암호학 회사 Zama에 의해 처음 개발되었으며, 전략적 협력 이후 Fhenix Network와 통합되었습니다.

또한 Fhenix는 Arbitrum의 Nitro 검증기와 Zama의 전동형 링 암호화 rust 라이브러리 tfhe-rsr을 사용하고 있습니다. 이는 Zama와 Fhenix의 관계가 얼마나 밀접한지를 보여줍니다.

Zama의 공식 웹사이트에 따르면, 이 회사는 일부 최전선 Web2 사용 사례를 위해 FHE 기반 Web3 솔루션을 제공하고 있습니다. 예를 들어 얼굴 인식, 음성 인식 및 스마트 계약(즉, Fhenix가 현재 진행 중인 것) 등이 있으며, 향후 Zama가 이러한 응용 프로그램을 Fhenix 생태계에 통합할 것으로 기대할 수 있습니다.

올해 9월 Fhenix는 시드 라운드에서 700만 달러를 모금했으며, 주도 투자자는 Multicoin Capital과 Collider Ventures이며, 참여자는 Node Capital, Bankless, HackVC, TaneLabs, Metaplanet, Tarun Chitra 및 Robert Leshner의 Robot Ventures가 포함됩니다.

zk는 암호화된 데이터 조각만 검증할 수 있어 여러 출처의 개인 데이터를 통합할 수 없으므로 대부분의 암호화 계산을 촉진할 수 없지만, FHE는 더 높은 수준의 데이터 보안성을 허용하며, "전체" 암호화 기능을 통해 전례 없는 사용 사례를 지원합니다.

따라서 Fhenix의 프라이버시 기능은 프라이버시 문제를 해결할 뿐만 아니라 수백 가지 새로운 사용 사례를 위한 길을 열어줍니다. -- 블라인드 경매, 체인 상의 신원 인증 및 KYC, 실제 자산의 토큰화, DAO의 비공식 투표 등.

04 요약: ZK와 FHE 비교

ZK와 FHE라는 두 가지 최전선 프라이버시 스마트 계약 솔루션을 이해한 후, 많은 독자들은 여전히 제로 지식 증명(ZK)과 전동형 암호화(FHE) 두 가지 기술 경로에 대해 혼란스러워합니다.

두 가지의 차이점은 앞서 언급한 암호화 유연성 측면 외에도 다음과 같은 점에서 나타납니다:

기술적 관점에서 요약하자면, ZK는 정확성을 증명하는 데 중점을 두어 진술의 프라이버시를 보호하며; FHE는 복호화 없이 계산을 수행하는 데 중점을 두어 데이터의 프라이버시를 보호합니다.

블록체인 산업 발전 관점에서 볼 때, ZK 기술을 사용하는 프로젝트는 일찍 발전했으며, 단순한 송금 기능을 가진 ZCash에서 현재 개발 중인 스마트 계약 지원 zkVM 블록체인에 이르기까지 FHE보다 더 많은 블록체인 산업 기술적 침전물이 있습니다. 반면 FHE 이론은 ZK보다 훨씬 늦게 탄생했으며, 학계의 핫 이슈로, 최근에야 FHE 기술을 사용하여 자금을 조달하는 Web3 프로젝트가 등장하여 발전이 ZK보다 느립니다.

두 가지 모두 계산 능력의 발전에 의존하고 있으며, 프라이버시 트랙의 발전은 계산 능력 폭발의 혜택을 누리고 있습니다. 최근 몇 년간 계산 능력이 향상된 덕분에 이러한 최전선 기술들이 실제로 사용자에게 다가갈 수 있게 되었습니다.

참고 문헌

[01] Beyond ZK: The Definitive Guide to Web3 Privacy (Part 2)
https://scrt.network/blog/beyond-zk-guide-to-web3-privacy-part-2/

[02] Introduction to FHE: What is FHE, how does FHE work, how is it connected to ZK and MPC, what are the FHE use cases in and outside of the blockchain, etc.
https://taiko.mirror.xyz/2O9rJeB-1PalQeYQlZkn4vgRNr_PgzaO8TWUOM5wf3M

[03] Ola: A ZKVM-based, High-performance and Privacy-focused Layer2 platform
https://ethresear.ch/t/ola-a-zkvm-based-high-performance-and-privacy-focusedlayer2-platform/15248

[04] FHE-Rollups: Scaling Confidential Smart Contracts On Ethereum And Beyond -- Whitepaper
https://www.fhenix.io/fhe-rollups-scaling-confidential-smart-contracts-on-ethereum-and-beyond-whitepaper/