이더리움의 프라이버시는 선택적 부가 기능에서 네트워크 수준의 기본값으로 이동하고 있습니다. 제안된 이더리움 프라이버시 로드맵은 오늘날 사용자 데이터가 유출될 수 있는 특정 취약 연결 지점을 목표로 합니다. 생태계 전반의 연구는 이더리움을 프라이버시가 선택 사항이 아닌 구조적인 플랫폼으로 만드는 것을 목표로 합니다.
이더리움 재단의 연구원들은 생태계의 분산된 연구에서 세 가지 핵심 로드맵 우선순위를 종합 (새 탭에서 열림)했습니다.
- 프라이빗 읽기(Private reads) - 사용자가 어떤 주소, 컨트랙트 또는 데이터에 접근하고 있는지 드러내지 않고 이더리움을 쿼리하고 탐색합니다. 읽기를 보호하면 트랜잭션에 서명하기도 전에 데이터가 수집되는 것을 막을 수 있습니다.
- 프라이빗 쓰기(Private writes) - 멤풀 포함부터 최종 정산에 이르기까지 검열 및 메타데이터 유출에 강한 트랜잭션을 전송합니다. 쓰기를 보호하면 프라이빗 트랜잭션이 검열되거나 출처와 연결되지 않도록 보장합니다.
- 프라이빗 증명(Private proving) - 효율적인 영지식 증명을 사용하여 기본 개인 정보를 공개하지 않고 신원, 자격 또는 데이터를 검증합니다. 프라이빗 증명을 통해 사용자는 필요한 최소한의 정보만 공개하도록 선택(선택적 공개)하면서 네트워크에 참여할 수 있습니다.
이 세 가지 영역이 함께 종단간(end-to-end) 프라이버시 모델을 형성합니다. 목표는 컴퓨팅 주권(computational sovereignty)으로, 이더리움이 승인되지 않은 데이터 수집, 감시 또는 중앙화된 검열 없이 개인과 기관이 전 세계적으로 상호 작용, 조정 및 트랜잭션을 수행할 수 있는 플랫폼이 되도록 보장하는 것입니다.
프라이버시가 왜 중요한가요? 프라이버시, 온라인에서 프라이버시를 보호하는 방법, 그리고 오늘날 이더리움에서 프라이버시를 보호하는 방법에 대해 알아보세요.
프라이버시에 대해 더 알아보기프라이빗 읽기는 사용자 쿼리 및 접근 데이터를 보호합니다
트랜잭션에 서명하기 전에 사용자는 블록체인에서 데이터를 읽어야 합니다. 잔액을 확인하거나, 가스를 추정하거나, 스마트 컨트랙트의 상태를 검증하기 위해 지갑 소프트웨어는 노드 제공자에게 쿼리를 보냅니다. 이러한 표준 원격 프로시저 호출(RPC) 쿼리는 엄청난 양의 메타데이터를 노출합니다.
노드 제공자는 사용자의 IP 주소, 기기 지문, 쿼리된 특정 주소, 활동 시기 및 빈도를 볼 수 있습니다. 사용자가 이후에 프라이빗 트랜잭션을 전송하더라도, 인프라 제공자는 이미 사용자의 의도에 대한 상세한 맵에 접근할 수 있습니다.
접근 계층에서의 메타데이터 유출은 모든 블록체인 시스템에서 가장 지속적인 프라이버시 문제 중 하나입니다. 이더리움은 출처의 프라이버시(누가 요청했는지 숨김), 콘텐츠의 프라이버시(무엇을 요청했는지 숨김), 그리고 반환된 정보의 정확성 검증을 통해 메타데이터 유출 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
출처 프라이버시(Origin privacy)는 익명 RPC (새 탭에서 열림) 및 익명 네트워크 솔루션을 사용하여 데이터를 요청하는 주체를 숨기고, 콘텐츠 프라이버시(content privacy)는 프라이빗 정보 검색 및 oblivious RAM (새 탭에서 열림)과 같은 전술을 사용하여 쿼리되는 데이터를 숨기며, 정확성 검증(correctness verification)은 경량 클라이언트(light client)를 사용하여 반환된 데이터가 정확함을 증명합니다.
콘텐츠 프라이버시 이면의 암호학적 구성 요소는 프라이빗 정보 검색(PIR) (새 탭에서 열림)입니다. 이는 클라이언트가 데이터베이스를 쿼리하고 특정 정보를 검색할 때 어떤 항목에 접근했는지 서버에 드러내지 않도록 하는 암호학적 기술입니다. 서버는 요청을 블라인드 처리하고 쿼리한 지갑만이 복호화할 수 있는 암호화된 응답을 반환합니다.
PIR은 지갑 소프트웨어와 노드 제공자 사이에 위치하여 접근 계층에서 작동합니다. PIR 구현이 성숙해짐에 따라 지갑 소프트웨어 개발 키트(SDK) 및 인프라 제공자에 통합되어, 사용자가 중앙화된 중개자에게 활동을 노출하지 않고도 네트워크를 쿼리할 수 있게 될 것입니다.
프라이빗 읽기는 또한 프론트러닝 및 트랜잭션 순서 조작 공격에 대한 노출을 줄입니다. 인프라 제공자가 사용자가 쿼리하는 스마트 컨트랙트나 주소를 볼 수 없다면, 온체인 활동을 예측하여 이익을 얻는 행위자에게 해당 정보를 판매할 수 없습니다.
프라이빗 쓰기는 검열 및 트랜잭션 유출을 방지합니다
트랜잭션이 전송되면, 온체인에 기록되기 전에 이를 관찰하거나 차단할 수 있는 네트워크 인프라를 통과하게 됩니다. 이 지점이 바로 많은 프라이버시 프로토콜이 실제로 실패하는 곳입니다. 대규모의 중앙화된 블록 빌더는 멤풀을 모니터링하며 프라이버시 도구에서 발생한 트랜잭션을 조용히 배제하거나 검열할 수 있습니다. 기반 암호학이 견고하더라도, 블록에 포함되지 않는 트랜잭션은 어떠한 보호도 제공하지 못합니다.
두 가지 프로토콜 수준의 업그레이드가 이 문제를 함께 해결합니다.
EIP-8141(프레임 트랜잭션) (새 탭에서 열림)은 트랜잭션을 서명 검증 및 수수료 승인을 위한 세그먼트와 실제 트랜잭션 명령을 위한 세그먼트로 분할하는 새로운 트랜잭션 유형을 도입합니다. 프레임 트랜잭션을 통해 스마트 계정은 자체 서명 체계를 정의하고 외부 컨트랙트를 사용하여 가스비를 충당할 수 있습니다. 멤풀의 엄격한 샌드박싱 규칙은 이러한 트랜잭션이 네트워크를 서비스 거부(DoS) 공격에 노출시키는 것을 방지합니다.
프레임 트랜잭션은 다가오는 글램스테르담 업그레이드 이후의 다음 네트워크 업그레이드인 이더리움의 헤고타(Hegotá) 업그레이드 (새 탭에서 열림)에서 고려되고 있습니다. 동일한 업그레이드를 통해 스마트 계정은 완전한 포스트 퀀텀 네트워크 전환이 완료되기 전에 양자 내성 서명(quantum-safe signatures)을 채택할 수 있게 됩니다.
EIP-7805(포크 선택 강제 포함 목록, FOCIL) (새 탭에서 열림)은 프라이빗 쓰기를 위한 강제 메커니즘을 제공합니다. 블록 제안자는 합의 규칙에 따라 여러 출처에서 트랜잭션을 수집하는 집계된 로컬 포함 목록(inclusion lists)의 트랜잭션을 블록에 포함해야 합니다. 블록 빌더가 포함 목록에 나타난 트랜잭션을 검열하려고 시도하면, 증명 노드(attesting nodes)는 제안된 블록을 완전히 거부합니다. FOCIL은 현재 헤고타 업그레이드 (새 탭에서 열림)를 위해 고려되고 있습니다.
프레임 트랜잭션은 사용자에게 맞춤형 서명 체계로 프라이버시 보존 트랜잭션을 구축할 수 있는 유연성을 제공하며, FOCIL은 이러한 트랜잭션이 멤풀에 진입한 후 선택적으로 검열될 수 없도록 보장합니다. 이 둘은 함께 두 가지 다른 실패 지점을 해결합니다. 하나는 프라이빗 트랜잭션의 형식을 가능하게 하고, 다른 하나는 그 포함을 보장합니다. 어떠한 중앙 행위자도 유효한 프라이빗 전송을 차단할 수 없습니다.
사용자 프라이버시의 두 번째 취약점은 이더리움이 트랜잭션 순서를 추적하는 방식인 순차적 논스 시스템입니다. 표준 이더리움 계정 모델에서 모든 계정은 단일하게 선형적으로 증가하는 카운터를 사용합니다. 하나의 프라이빗 트랜잭션이 멤풀에서 지연되면, 해당 계정의 모든 후속 트랜잭션이 그 뒤에 멈춰 있게 됩니다. 또한 논스 시퀀스를 통해 네트워크 관찰자는 여러 트랜잭션을 동일한 발신 계정과 연결할 수 있어 프라이버시를 훼손합니다.
현재 헤고타에서 고려 중인 EIP-8250(프레임 트랜잭션을 위한 키 논스) (새 탭에서 열림)은 단일 계정이 여러 병렬 트랜잭션 시퀀스를 동시에 관리할 수 있도록 허용하여 이 문제를 해결합니다. 사용자는 동시에 여러 컨텍스트에 걸쳐 많은 프라이빗 트랜잭션을 실행할 수 있으며, 관찰자는 더 이상 개별 활동을 동일한 상위 계정과 신뢰할 수 있게 연관시킬 수 없습니다.
프라이빗 결제 및 가치 전송
트랜잭션 라우팅 및 논스 관리를 넘어, 쓰기를 보호하려면 전송에 관련된 신원과 자산을 보호해야 합니다. 사용자가 프라이빗하게 쿼리하고 검열 없이 트랜잭션을 브로드캐스트하더라도, 온체인에 기록된 트랜잭션 데이터는 여전히 공개적으로 볼 수 있습니다. 누구나 누가 누구에게 얼마를 보냈는지 볼 수 있으며, 체인 분석 회사는 이 데이터를 무기한 지속되는 검색 가능한 프로필로 집계합니다.
헤고타 업그레이드를 위해 제안된 EIP-8182(프라이빗 ETH 및 ERC-20 전송) (새 탭에서 열림)은 ETH 및 ERC-20 전송을 위해 이더리움 프로토콜에 직접 네이티브 공유 쉴드 풀(shielded pool)을 도입합니다. 프라이버시 풀은 암호학적 믹싱을 사용하여 입금과 인출 사이의 연결을 끊지만, 오늘날에는 프라이버시 앱, 지갑 및 레이어 2 (l2) 네트워크를 통해서만 사용할 수 있습니다.
역사적으로 앱 수준의 프라이버시 솔루션은 유동성을 분열시켰고 낮은 익명성 세트(anonymity sets)로 인해 어려움을 겪었습니다. EIP-8182는 프로토콜 수준에서 쉴드 전송을 통합하여, 사용자가 특수한 지갑 아키텍처를 요구하거나 파편화된 선택적 애플리케이션과 상호 작용할 필요 없이 숨겨진 전달 키를 통해 자금을 라우팅할 수 있게 합니다.
트랜잭션 프라이버시를 위해 발전하고 있는 다른 연구 접근 방식에는 사용자가 실제 값을 드러내지 않고도 트랜잭션 금액이 유효함을 증명할 수 있는 증명(불릿프루프 및 범위 증명 등)이 포함됩니다. 기밀 트랜잭션(confidential transactions)에 대한 연구는 금액을 숨기면서도 네트워크가 가치가 생성되거나 파괴되지 않았음을 검증할 수 있도록 하는 것을 목표로 합니다.
이러한 결제 계층 솔루션은 이 섹션의 앞부분에서 설명한 인프라를 기반으로 구축됩니다. PIR은 준비 단계를 보호하고, 프레임 트랜잭션과 FOCIL은 프라이빗 결제가 검열 없이 멤풀에 도달하도록 보장하며, zkVM은 네트워크 보안 보장을 유지하면서 가치 은닉에 필요한 복잡한 암호학을 가능하게 합니다.
프라이빗 증명 및 신원 보호
프라이버시는 완전한 은폐를 의미하지 않습니다. 그것은 선택적 공개(selective disclosure), 즉 어떤 정보를 누구에게 어떤 조건으로 공개할지 선택하는 것에 관한 것입니다. 이더리움은 영지식 증명(ZKP)을 통해 선택적 공개를 지원하며, 이를 통해 한 당사자는 기본 데이터를 드러내지 않고도 어떤 진술이 참임을 증명할 수 있습니다. 예를 들어, 여권 세부 정보를 드러내지 않고 시민권을 증명하거나, 정확한 생년월일을 드러내지 않고 연령 기준을 증명하는 것입니다.
프라이빗 증명은 프로토콜 수준에서 데이터 노출 없이 검증 가능한 신원을 가능하게 함으로써 프라이버시 로드맵과 연결됩니다. 프라이빗 읽기 및 쓰기가 트랜잭션 메타데이터를 보호하는 반면, 프라이빗 증명은 현실 세계 참여에 필요한 신원 및 자격 확인 시 중앙화된 검증 시스템에 개인 데이터를 넘겨줄 필요가 없도록 보장합니다.
이더리움의 프라이버시 로드맵에서 프라이빗 증명은 보완적인 인프라 트랙에 의해 지원됩니다. 하나는 프로토콜 수준에서 프라이빗 연산을 가능하게 하는 실행 계층에 있고, 다른 하나는 소비자 기기에서 프라이빗 연산을 실용적으로 만드는 접근 계층에 있습니다.
영지식 가상 머신(zkVM)은 스마트 컨트랙트가 로직을 실행하고 작업이 올바르게 수행되었다는 암호학적 증명을 생성할 수 있게 해줍니다. 해당 증명이 진정한 영지식일 때, 입력, 중간 상태 또는 출력에 대해 아무것도 드러내지 않아 네트워크 수준에서 프라이빗 연산을 실현합니다.
"zkVM"이라는 이름에는 뉘앙스가 있습니다. 오늘날 zkVM이라고 불리는 대부분의 시스템은 영지식이라기보다는 간결함(succinct)에 가깝습니다. 이들의 증명은 작고 검증하기 빠르지만, 증명을 생성하는 데 사용된 데이터를 반드시 숨기지는 않습니다. 오늘날 프라이버시 애플리케이션이 의존하는 은닉 속성을 제공하는 증명 시스템은 소수에 불과합니다. 클라이언트 측 증명 벤치마크(Client-Side Proving benchmarks) (새 탭에서 열림)는 시스템 속성에서 실제 영지식에 대해 분석된 zkVM을 추적합니다. 이러한 격차를 줄이는 것이 로드맵의 프라이빗 증명 작업의 일부입니다.
프레임 트랜잭션(EIP-8141)은 zkVM 구현과도 연결되어 있습니다. 맞춤형 검증 체계를 사용하여 증명으로 검증된 상태 전환을 제출할 수 있으며, 이를 통해 앱은 프라이빗 실행 환경을 제공하고 트랜잭션 데이터 자체를 노출하지 않으면서 작업이 올바르게 수행되었다는 암호학적 증명을 퍼블릭 이더리움 네트워크에 제출할 수 있습니다.
영지식 증명은 개인이 데이터를 비공개로 유지하면서 유효함을 증명할 수 있게 하는 데 탁월하지만, 여러 사용자가 동시에 비밀 데이터의 공유 풀과 상호 작용해야 하는 스마트 컨트랙트를 쉽게 관리할 수는 없습니다.
이 격차를 해소하기 위해 이더리움의 로드맵은 완전 동형 암호화(FHE)를 통합합니다. FHE는 스마트 컨트랙트가 기본 정보를 복호화하거나 노출할 필요 없이 암호화된 데이터에서 직접 계산을 실행할 수 있게 해줍니다. FHE 구성 요소와 특수 암호학적 보조 프로세서(coprocessor)를 이더리움에 통합하는 것은 프라이빗 자동화 마켓 메이커(AMM), 기밀 대출 풀, 또는 모든 사람의 입력이 완전히 비밀로 유지되면서 상호 작용해야 하는 밀봉 입찰 경매와 같이 공유된 "숨겨진 상태"에 의존하는 탈중앙화된 애플리케이션에 필수적입니다.
클라이언트 측 증명(Client-side proving)은 일상적인 기기에서 이러한 프라이버시 증명을 생성하는 것을 실용적으로 만듭니다. 클라이언트 측 증명 프로젝트는 소비자 하드웨어에서 증명 시스템과 zkVM을 비교하는 공개 벤치마크 제품군을 유지 관리하며, 그 결과를 ethproofs.org (새 탭에서 열림)에 게시합니다. 기술 연구는 직접적인 온체인 검증이 가능한 투명한 포스트 퀀텀 증명을 목표로 하여, 프라이빗 연산을 더 빠르고 이더리움 네트워크에서 직접 검증하기 쉽게 만들며 모바일 기기에서도 실행 가능하게 합니다.
zkID 이니셔티브 (새 탭에서 열림)는 유럽 디지털 신원(EUDI) 지갑을 포함한 글로벌 신원 프레임워크에 부합하는 오픈 소스 인프라를 구축했습니다. 개방형 익명 자격 증명(OpenAC) 시스템은 발급된 자격 증명에 대한 비연결성(unlinkability)을 제공하여, 동일한 사용자가 여러 플랫폼에서 생성한 여러 증명이 단일 프로필로 연관될 수 없도록 보장합니다.
거버넌스 공간에서 최소 담합 방지 인프라(MACI) (새 탭에서 열림) 프로토콜은 영수증 없음(receipt-freeness)을 제공하여 계정이 어떻게 투표했는지 증명하는 것을 암호학적으로 불가능하게 만듭니다. 유권자가 자신의 선택을 보여주는 영수증을 생성할 수 없기 때문에, 매표 및 강압은 경제적 동기를 잃게 됩니다. MACI는 2020년부터 이더리움 공공재를 위한 쿼드래틱 펀딩으로 수백만 달러를 분배한 clr.fund (새 탭에서 열림)를 통해 실제 자금 조달 결정을 안전하게 보호해 왔습니다.
프라이버시 보존 투표는 이미 이해관계가 큰 환경에서 실제 유권자를 보호하고 있습니다. 라리모(Rarimo)의 프리덤 툴(Freedom Tool) (새 탭에서 열림)은 영지식 여권 검증을 사용하여 시민들이 자신이 누구인지 밝히지 않고도 투표 자격이 있음을 증명할 수 있게 해줍니다. 이는 유권자의 안전이 암호학적 투표 비밀 보장에 달려 있는 러시아(Russia2024 (새 탭에서 열림) 야당 투표), 조지아(United Space 투표 앱), 이란(Iranians Vote 프로젝트) 등의 국가에서 익명 그림자 선거 및 야당 여론 조사를 지원했습니다.
프라이빗 증명은 또한 규정 준수 인식 프라이버시(compliance-aware privacy)를 가능하게 합니다. 프라이버시 풀과 같은 프라이버시 솔루션은 입금을 자유롭게 허용하지만, 인출하기 전에 사용자가 자신의 자금이 알려진 악성 주소와 교차하지 않는다는 영지식 증명을 생성하도록 요구합니다. 프로그래밍 가능한 규정 준수 모델은 트랜잭션을 보호하는 행위와 규제 준수를 입증하는 행위를 분리하여, 일반 사용자가 기관의 요구 사항을 충족하면서 프라이빗하게 트랜잭션을 수행할 수 있도록 합니다.
zkEVM은 이러한 규정 준수 검사를 프라이빗하게 실행하여 트랜잭션 세부 정보나 사용자 신원을 노출하지 않고 규제 상태를 검증할 수 있습니다.
현재 로드맵 진행 상황
이더리움의 프라이버시 개발 방향은 단일 조직이 아닌 생태계 전반의 합의에 의해 형성됩니다. strawmap.org (새 탭에서 열림) 로드맵은 생태계 전반에서 제안된 업그레이드를 수집하여 커뮤니티가 합의에 도달한 부분을 추적하고 제안합니다. 이더리움 재단의 연구원들은 접근 계층 프라이버시 도구, 신원 인프라 및 규정 준수 인식 시스템을 발전시키는 데 중점을 두고 연구 생태계 전반에 걸쳐 병렬적인 연구 개발 로드맵을 관리하는 데 도움을 줍니다. 두 예시 모두 이더리움의 프라이버시를 선택 사항이 아닌 구조적인 것으로 만들려는 동일한 근본적인 우선순위를 반영합니다.
이더리움의 프라이버시에 대한 연구 및 개발은 생태계 전반에 걸쳐 수십 개의 팀에 걸쳐 이루어지고 있습니다. 프로토콜 업그레이드, 접근 계층 솔루션, 신원 인프라 및 규정 준수 인식 도구에 대한 작업이 진행 중입니다.
프로토콜 업그레이드: EIP-8141(프레임 트랜잭션), EIP-7805(FOCIL), EIP-8250(키 논스) 및 EIP-8182(프로토콜 수준 쉴드 풀)는 활발히 개발 중이며 글램스테르담 이후의 다음 네트워크 업그레이드인 헤고타 업그레이드 (새 탭에서 열림)를 위해 고려되고 있습니다. EIP-8025(선택적 실행 증명) 및 버클 트리 또한 헤고타를 목표로 하고 있으며, 이더리움 메인넷에서 zkEVM 기반 프라이빗 연산을 위한 기반을 제공합니다. 이와 병행하여 다자간 암호화 스마트 컨트랙트를 가능하게 하는 FHE 보조 프로세서에 대한 연구가 성숙해지고 있습니다.
접근 계층: 인프라 팀에서 활발한 구현을 테스트하면서 PIR 연구가 진행되고 있습니다. 코하쿠(Kohaku) 지갑 SDK는 프라이버시 보존 지갑을 위한 오픈 소스 참조로 개발 중입니다.
클라이언트 측 증명: 팀들은 벤치마크 기반 테스트 결과를 적극적으로 사용하여 표준 기기에서 영지식 증명이 실행되는 방식을 최적화하고 있습니다. Spartan-WHIR와 같은 프로젝트는 이더리움 네트워크에서 직접 쉽게 검증할 수 있는 안전하고 양자 내성을 갖춘 증명을 발전시키고 있습니다. leanVM과 같은 연구 이니셔티브는 여러 암호학적 서명을 함께 묶도록 설계된 경량 zkVM을 제공하여, 양자 내성 서명의 데이터 크기를 250배 줄여 공간을 절약하고 네트워크 비용을 절감합니다.
신원 및 증명: zkID 이니셔티브는 모바일 기기에 최적화된 증명 체계를 구축하고 있습니다. MACI는 쿼드래틱 펀딩 라운드 및 DAO 거버넌스를 지속적으로 보호하고 있으며, 라리모의 프리덤 툴과 같은 도구는 영지식 투표를 실제 선거에 도입하고 있고, 프라이버시 보존 신원 표준에 대한 지속적인 연구가 계속되고 있습니다.
이 작업 중 어느 것도 완료되지 않았습니다. 일정은 목표일 뿐 보장이 아니며, 이더리움의 합의 기반 거버넌스 프로세스는 연구가 진행됨에 따라 로드맵이 변경될 수 있음을 의미합니다. 그러나 활발한 개발 범위와 프라이버시를 위해 노력하는 팀의 수는 이더리움을 기본적으로 추출 저항성(extraction-resistant)을 갖추도록 만들겠다는 분명한 의지를 나타냅니다.