Coinbase: 제로 지식 증명 트랙 전경 일람

저자：Jonathan King

편집：심조 TechFlow

제로 지식 증명(ZKP) 기술은 암호학 분야에서 중요한 혁신으로 자리 잡았습니다. 본 문서에서는 제로 지식 증명 기술의 핵심 원리, 실제 응용 및 블록체인 확장성, 개인 정보 보호 응용 프로그램, 신뢰 없는 상호 운용성 등에 미치는 영향을 심도 있게 탐구합니다. 2023년 이 기술에 대한 투자가 계속 증가함에 따라 제로 지식 증명은 이론적으로 발전할 뿐만 아니라 실제로도 광범위한 응용 가능성을 보여주고 있습니다. 우리는 인프라, 네트워크 및 응용 프로그램의 세 가지 층에서 제로 지식 증명의 생태계를 심층 분석하여 블록체인 기술의 새로운 시대를 여는 방법을 밝혀낼 것입니다.

요약

• 제로 지식 증명(ZKP) 및 그 파생 기술은 암호학의 중요한 혁신으로, 블록체인 설계 개념의 궁극적인 목표로 여겨집니다.

• 현재 제로 지식 증명은 블록체인 확장성, 개인 정보 보호 응용 프로그램 및 신뢰 없는 상호 운용성을 포함하여 web3에서 해결되지 않은 문제를 해결하는 유망한 솔루션으로 자리 잡고 있습니다.

• 2023년 제로 지식 기술에 대한 투자는 4억 달러를 초과하며, 주로 이더리움 L1/L2 프로토콜의 확장성, 신흥 인프라 및 개발자 도구에 집중되고 있습니다.

• 제로 지식 분야는 세 가지 층으로 나눌 수 있습니다:

• 1) 인프라: 제로 지식 원리를 기반으로 프로토콜/응용 프로그램을 구축하는 도구/하드웨어

• 2) 네트워크: 제로 지식 증명 시스템을 활용하는 L1/L2 프로토콜

• 3) 응용 프로그램: 제로 지식 메커니즘을 활용하는 최종 사용자 제품

• 제로 지식 생태계는 여전히 초기 단계에 있지만, 그 빠른 발전은 안전하고 개인적이며 확장 가능한 블록체인 솔루션의 새로운 시대를 열 것으로 기대됩니다.

서론

제로 지식 증명(ZKP) 및 그 파생 기술은 블록체인 설계의 궁극적인 목표로 여겨지며, 특히 체인 상의 응용 프로그램에서 정보를 검증할 때 거의 신뢰 가정이 필요 없는 솔루션을 제공합니다. 제로 지식 증명의 핵심은 한 쪽(즉, 증명자)이 다른 쪽(즉, 검증자)에게 계산이 유효하다는 것을 보여주면서 해당 계산을 생성하는 데 사용된 기본 데이터를 노출하지 않는 암호학 기술입니다. 제로 지식 증명은 1985년에 시작되어 이론에서 실제 응용으로 발전하였으며, 최근 소프트웨어 도구 및 하드웨어의 발전을 통해 수십 년의 지연을 극복했습니다.

현재 제로 지식 증명은 Web3가 직면한 가장 큰 도전 과제에 대한 유망한 솔루션을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 블록체인 확장성: 이더리움 L1이 직면한 가장 큰 도전 중 하나는 확장성입니다. 그러나 L2 네트워크의 출현으로 거래가 더 빠르고 저렴해졌으며, 이더리움의 보안성이나 탈중앙화에 손상을 주지 않습니다. 옵티미스틱 롤업은 EVM과의 높은 호환성과 개발자 친화성 덕분에 여전히 주도적인 위치를 유지하고 있지만, ZK 롤업의 채택은 꾸준히 증가하고 있습니다. 제로 지식 증명은 체인 외부에서 복잡한 계산을 요약하는 데 도움을 주어 L2 설계를 강화하여 빠르고 효율적으로 체인 상에서 검증 및 정산을 수행할 수 있게 합니다.

• 개인 정보 보호 응용 프로그램: 지금까지 블록체인 분야의 개인 정보 보호 작업은 주로 거래를 숨기는 데 국한되었습니다. 그러나 연구자들은 공공 블록체인에서 완전한 거래 익명성과 기밀성을 실현하기 위해 점진적으로 노력하고 있습니다. 중요한 것은 ZKP를 활용한 새로운 개인 정보 보호 개념이 등장하고 있으며, 이는 사용자 개인 정보 보호와 규정 준수(즉, 불법 활동 방지) 간의 균형을 깨는 것을 목표로 하고 있습니다.

• 신뢰 없는 상호 운용성: 기존 블록체인 상호 운용 프로토콜은 신뢰할 수 있는 시스템(예: 다중 서명 또는 인센티브 검증자 집합)에 의존합니다. 제로 지식 증명은 암호화된 보증으로 암호 경제 신뢰 가정을 대체하여 보다 안전하고 강력한 크로스 체인 통신의 길을 열 수 있습니다. 그러나 ZKP의 주요 응용에서 상호 운용성은 가장 최근에 등장한 개념입니다.

Messari의 데이터에 따르면, 2023년 제로 지식 증명 분야에 대한 투자는 4억 달러를 초과하며, 이더리움 L1/L2 층의 확장성과 신흥 제로 지식 증명 개발자 인프라에 집중되고 있습니다. 제로 지식 증명은 상대적으로 신흥 분야이지만, 그 빠르게 발전하는 생태계는 더 안전하고 개인적이며 확장 가능한 블록체인 응용의 모범 사례가 일치할 것임을 예고합니다. 이러한 프레임워크 사고를 바탕으로, 우리는 계층화된 제로 지식 증명 분야를 더 자세히 살펴보고 주요 참여자와 신흥 개념을 탐구할 것입니다.

인프라

모든 형태의 제로 지식 증명은 산술 회로 언어로 작성되어야 하며, 이 언어는 표현력이 제한적이어서 대부분의 블록체인 기능을 회로 형태로 변환하는 것이 매우 복잡합니다. 개발자 도구와 고급 하드웨어의 한계로 인해 제로 지식의 실제 응용 사례는 최근에야 발전하기 시작했습니다. 오늘날 우리는 개발자가 제로 지식 암호화 인프라 위에 프로토콜과 응용 프로그램을 구축할 수 있도록 하는 다양한 시스템과 도구의 출현을 목격하고 있습니다.

프로그래밍 프레임워크 및 도구: Leo, Noir, Cairo 및 o1js와 같은 특정 도메인 언어(DSL)는 특정 L1/L2 생태계(예: Aleo, Aztec, Starkware 및 Mina)에서 증명 가능한 제로 지식 프로그램을 개발하는 데 사용되는 프로그래밍 프레임워크입니다. 또한 Elusiv 및 Hinkal과 같은 범용 프레임워크가 등장하고 있으며, 이는 개발자가 특정 표준을 정의하여 거래 데이터를 체인 상에서 숨길 수 있도록 하면서 제로 지식 증명을 통해 검증할 수 있게 합니다. 제로 지식 기반 응용의 잠재적 개발자와 최종 사용자 수요가 증가함에 따라 이러한 프레임워크의 채택은 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다.

제로 지식 협처리기: 제로 지식 협처리기는 개발자에게 비용 효율적이고 신뢰가 필요 없는 체인 외부 계산 능력을 제공하며, 개발자가 기술 스택에서 복잡한 제로 지식 관련 구성 요소를 처리할 필요를 없애줍니다. RiscZero, Axiom 및 Herodotus와 같은 팀은 임의 프로그램의 실행 및 유효성을 증명하기 위해 증명을 생성하는 검증 가능한 계산 플랫폼을 제공하거나 스마트 계약이 추가 신뢰 가정 없이 역사적 체인 상 데이터를 저장, 접근 및 검증할 수 있도록 합니다. 시간이 지남에 따라 제로 지식 협처리기는 점점 더 발전된 체인 상 응용의 필수 요소가 될 것으로 기대됩니다.

증명 네트워크/시장: 현재 대부분의 제로 지식 네트워크와 프로토콜은 중앙 집중식 증명 프로세스에 의존하고 있습니다. 제로 지식 채택이 점진적으로 증가함에 따라, 우리는 팀들이 그들의 증명 층을 탈중앙화하여 활동성과 검열 저항성을 높이려 할 것으로 예상합니다. =nil; Foundation, RiscZero, Gevulot 및 Lumoz와 같은 신흥 증명 네트워크와 시장은 응용 프로그램이 그들의 증명 메커니즘을 제3자 운영자에게 아웃소싱할 수 있도록 하여 제로 지식 증명 인프라 운영의 비용을 줄이는 서비스를 제공합니다.

하드웨어 가속: 제로 지식 증명을 생성하는 데는 많은 수학적 연산이 필요하므로 비용이 높고 계산 강도가 큽니다. 그러나 우리는 FPGA(현장 프로그래머블 게이트 어레이) 및 ASIC(응용 특정 집적 회로)와 같은 전용 하드웨어 사용에서 상당한 발전을 목격하고 있으며, 이러한 하드웨어는 증명 생성 및 검증 시간을 개선하는 데 기여합니다. Ingonyama, Cysic 및 Fabric과 같은 전문 하드웨어 공급업체는 ZK 증명 시스템에 FPGA 및 ASIC을 제공하는 최전선에 있으며, 우리는 향후 ZK 하드웨어 설계의 혁신과 투자가 지속적으로 증가할 것으로 예상합니다.

응용 프로그램 체인 인프라: Spire, ProtoKit 및 Lumoz와 같은 Rollup-as-a-Service(RaaS) 제공업체는 개발자에게 제로 지식 증명 메커니즘을 활용하는 일반 또는 특정 응용 프로그램의 L2/L3 체인을 구축, 테스트 및 배포하기 위한 저코드 도구를 제공합니다. Espresso, Radius 및 Madara와 같은 정렬기는 사용자 거래를 수락하고 그 순서를 결정하며 L1 합의 및 데이터 가용성 층에 블록을 게시하는 인프라를 제공합니다. 우리는 이더리움 확장성의 다음 세대가 모듈화된 L2 롤업 스택에 의해 주도될 것이며, 이는 단기에서 중기 내에 이러한 제공업체에 대한 수요를 창출할 수 있다고 생각합니다.

상호 운용성 및 브리징: 인간(예: 다중 서명 또는 인센티브 검증자 집합)에 대한 의존도가 줄어들면서 브리징 시스템은 더욱 신뢰 최소화되고, 신뢰를 코드(예: 경량 클라이언트, 중계 및 제로 지식 증명)로 대체하고 있습니다. Polyhedra, Lambda Class 및 Polymer Labs와 같은 팀은 이 주제를 탐구하고 있습니다. 제로 지식 증명의 주요 응용에서 상호 운용성은 가장 최근에 등장한 개념이지만, 제로 지식 인프라에 대한 접근이 가속화됨에 따라 더 많은 브리징 설계 아이디어의 혁신이 있을 것으로 예상합니다.

제로 지식 머신 러닝(ZKML): ZKML은 제로 지식 증명을 사용하여 체인 상의 머신 러닝(ML) 모델 추론의 정확성을 증명하는 암호학의 최전선 분야입니다. ML 능력을 추가함으로써 스마트 계약은 더욱 자율적이고 동적으로 변할 수 있으며, 실시간 체인 상 데이터에 따라 결정을 내리고, 처음 계약을 생성할 때 예상하지 못했던 다양한 시나리오에 적응할 수 있습니다. Modulus Labs, Giza 및 Zama와 같은 팀은 AI와 암호 기술의 교차점에서 유망한 협력 균형을 제공할 수 있는 독특한 ZKML 응용 사례를 개척하고 있습니다.

네트워크

일부 블록체인은 높은 거래량을 처리하는 데 제한이 있어 거래 시간이 느려지고 수요가 급증할 때 비용이 증가합니다. 또한 비트코인, 이더리움 및 솔라나와 같은 인기 블록체인은 공개된 공공 장부에 기반하고 있지만, 개인 정보 부족으로 인해 주류 참여자들은 완전한 거래 기밀성과 익명성에 대한 우려를 나타내고 있습니다. 새로운 L1 및 L2 네트워크가 출현하고 있으며, 이들은 제로 지식 증명 인프라를 채택하여 블록체인 확장성과 체인 상 개인 정보 보호와 관련된 문제를 해결하고 있습니다.

개인 정보 보호 중심의 L1: Aleo, Mina 및 IronFish와 같은 신흥 L1 네트워크는 제로 지식 증명을 기반으로 한 개인 정보 보호 중심의 스마트 계약 기능을 제공하여 각 생태계 내의 탈중앙화 응용 프로그램에 응용 수준의 개인 정보를 제공합니다. Fhenix 및 Inco와 같은 L1 네트워크는 완전 동형 암호화(FHE)를 채택하여 개발자가 개인 스마트 계약을 작성하고 암호화된 데이터 위에서 계산을 수행할 수 있게 하여 완전한 거래 익명성과 기밀성을 실현합니다. 위의 많은 L1이 인센티브 테스트넷을 진행하고 있으며, 개발자에게 새로운 프로그래밍 언어를 배우도록 요구하고 있는 점을 감안할 때, 대규모 채택과 가치 포착의 징후는 1-2년이 걸릴 수 있습니다.

ZK-EVM: ZK-EVM은 제로 지식 증명을 사용하여 이더리움 유사 거래의 실행에 대한 암호화 증명을 제공합니다. 예를 들어 zkSync Era, Polygon zkEVM, Linea, Scroll 및 Taiko와 같은 다양한 유형의 ZK-EVM은 EVM 호환성과 성능(즉, 증명 생성 시간) 간에 서로 다른 설계 균형을 가지고 있습니다. 우리는 이 분야가 이더리움 및 이더리움 기반 ZK 롤업을 확장하기 위해 지속적으로 혁신할 것으로 예상합니다.

ZK-Rollup: 제로 지식 롤업은 계산을 체인 외부로 이동시키고 제로 지식 증명을 사용하여 체인 상에서 상태 변화를 증명하는 L2 확장 솔루션입니다. Aztec와 같은 ZK 롤업은 "이더리움 위의 개인 정보 보호 엔진"을 제공하여 거래 데이터를 암호화하면서 비용을 낮게 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다. Zeko는 Mina 위에 구축된 곧 출시될 ZK 롤업 스택으로, 응용 프로그램이 서로를 재귀적으로 검증하고 조합할 수 있게 하며, ImmutableX 및 LayerN은 각각 게임 및 고성능 DeFi 사용 사례를 위한 응용 프로그램 특정 ZK 롤업입니다. 옵티미스틱 롤업이 전체 L2 시장의 약 90%를 차지하고 있지만, 기본 기술이 더욱 접근 가능해짐에 따라 ZK 롤업에 대한 수요는 증가할 것으로 예상됩니다.

응용

ZK 인프라 및 네트워크 층 위에는 제로 지식 증명을 활용하여 체인 상 결제, 인증, 개인적이지만 규정 준수하는 DeFi 및 소비자 사용 사례를 위한 최종 사용자 응용 프로그램이 등장하고 있습니다.

Elusiv와 같은 팀은 개인 결제 및 DeFi 거래를 위한 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하며, 주소를 숨기면서 규정 준수 메커니즘을 통해 식별된 불법 행위자의 거래를 해독합니다. 인증 측면에서 zCloak, ZKPass 및 zkp-ID는 제로 지식 증명을 사용하여 사용자가 개인 정보를 노출하지 않고 제3자에게 검증 가능한 데이터를 증명할 수 있게 합니다.

Lumina 및 Panther와 같은 DeFi 프로토콜은 개인적이지만 규정 준수하는 탈중앙화 거래소를 구축하는 데 집중하고 있습니다. Renegade는 다자간 계산(MPC)과 ZK 기술을 결합하여 주문서를 숨긴 체인 상 거래 장소인 암시장 거래를 제공합니다. 이는 대규모 기관이나 대량 거래자가 더 넓은 시장에 자신의 활동을 노출하지 않고 주문을 실행할 수 있게 합니다.

Sealcaster 및 Dark Forest와 같은 소비자 응용 프로그램은 소셜 및 게임 응용에서 제로 지식 증명을 활용하여 사용자 신원 및 게임 전략을 숨겨 다른 체인 상 참여자에게 알려지지 않도록 합니다.

ZK의 미래

ZK의 미래는 속도를 우선시하고 하드웨어 요구 사항을 낮추며 개발 도구를 개선하고 탈중앙화 증명 생성을 지원하는 새로운 제로 지식 증명 설계를 포함합니다. 옵티미스틱 및 제로 지식 확장 솔루션은 롤업 거래를 검증하는 데 사용되지만, 각 솔루션은 보안성, 지연 및 계산 효율성 측면에서 관련된 설계 균형을 가지고 있습니다. 우리는 이 두 기술 스택이 중장기적으로 다양한 체인 상 응용 범위에 적응하기 위해 통합될 것으로 보고 있습니다. 마지막으로, 제로 지식 응용 계층은 오늘날 아직 초기 단계에 있지만, 최종 사용자의 공공 블록체인에서 개인 정보 보호 요구가 증가함에 따라 향후 성장할 것으로 예상됩니다. 또한 제로 지식 연구는 주로 이더리움 배경에서 탐구되고 있다는 점도 주목할 만합니다. 그러나 솔라나의 Token22 계획과 같은 신흥 개념은 비밀 전송(즉, 제로 지식 증명을 활용하여 SPL 토큰 잔액 및 전송 금액을 암호화하는 개인 정보 보호 기능)과 같은 기능을 통해 특정 생태계를 넘어 제로 지식의 적응성과 잠재력을 보여줍니다.

결론적으로, 제로 지식의 혁신 잠재력은 펼쳐지고 있으며, 이는 블록체인 솔루션이 보안성, 개인 정보 보호 및 확장성 측면에서 더 두드러진 미래를 예고합니다.

주: Coinbase Ventures가 투자한 프로젝트는 위의 제로 지식 증명 분야에 나타납니다: Aleo, Anoma, Aztec, Consensys, Espresso, Elusiv, Mina, Polygon, Polymer Labs, Starkware, Sunscreen, zCloak, zkLink, zkSync