원저자:Jonathan King

원본 편집: Deep Chao TechFlow

영지식증명(ZKP) 기술은 암호화 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 이 기사에서는 영지식 증명 기술의 핵심 원칙, 실제 적용, 블록체인 확장성, 개인 정보 보호 응용 프로그램 및 무신뢰 상호 운용성에 미치는 영향을 자세히 살펴보겠습니다. 2023년에도 이 기술에 대한 투자가 계속 증가함에 따라 영지식 증명은 이론적으로 발전했을 뿐만 아니라 실제로 광범위한 적용 가능성을 입증했습니다. 인프라, 네트워크, 애플리케이션의 세 가지 수준에서 영지식증명 생태계를 심층 분석하고, 블록체인 기술의 새로운 시대를 여는 방법을 공개합니다.

요약

• 영지식증명(ZKP)과 그 파생 기술은 암호학의 획기적인 발전이며 블록체인 설계 개념의 궁극적인 목표로 간주됩니다.

• 오늘날 영지식 증명은 블록체인 확장성, 개인 정보 보호 애플리케이션, 무신뢰 상호 운용성을 포함하여 web3의 미해결 문제에 대한 유망한 솔루션으로 점점 더 떠오르고 있습니다.

• 2023년에는 주로 이더리움 L1/L2 프로토콜 계층의 확장성, 신흥 인프라 및 개발자 도구에 초점을 맞춘 영지식 기술에 4억 달러 이상이 투자될 것입니다.

• 영지식 분야는 세 가지 수준으로 나눌 수 있습니다.

1) 인프라, 즉 영지식 기본 요소 위에 프로토콜/애플리케이션을 구축하기 위한 도구/하드웨어

2) 네트워크, 즉 영지식증명 시스템을 이용한 L1/L2 프로토콜

3) 애플리케이션, 즉 영지식 메커니즘을 활용하는 최종 사용자 제품

영지식 생태계는 아직 초기 단계에 있지만, 빠른 발전으로 안전하고 프라이빗하며 확장 가능한 블록체인 솔루션의 새로운 시대가 열릴 것입니다.

소개하다

영지식 증명(ZKP)과 그 파생 기술은 주로 블록체인 설계의 궁극적인 목표로 간주되며, 특히 온체인 애플리케이션에 대한 정보를 검증할 때 신뢰 가정이 거의 필요하지 않은 솔루션을 제공합니다. 영지식 증명의 핵심은 한 당사자(예: 증명자)가 계산을 생성하는 데 사용된 기본 데이터를 노출하지 않고 계산이 유효하다는 것을 다른 당사자(즉, 검증자)에게 보여줄 수 있는 암호화 기술입니다. 계산. 1985년에 시작된 영지식 증명은 최근 소프트웨어 도구 및 하드웨어의 발전을 통해 수십 년의 지연을 극복하면서 이론에서 실제 응용으로 발전했습니다.

오늘날 영지식 증명은 다음을 포함하여 Web3의 가장 큰 과제에 대한 유망한 솔루션을 제공합니다.

• 블록체인 확장성: Ethereum L1이 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 확장성입니다. 그러나 L2 네트워크의 출현으로 이더리움의 보안이나 분산화를 손상시키지 않으면서 거래가 더 빠르고 저렴해졌습니다. 낙관적 롤업은 EVM과의 높은 호환성과 개발자 친화성으로 인해 우위를 유지하는 반면, ZK 롤업 채택은 꾸준히 증가하고 있습니다. 영지식 증명은 오프체인에서 복잡한 계산을 요약하는 데 도움이 되므로 빠르고 효율적인 온체인 검증 및 결제를 위해 L2 설계를 향상시킵니다.

• 개인 정보 보호 애플리케이션: 현재까지 블록체인의 개인 정보 보호 작업은 거래를 숨기는 것으로 크게 제한되었습니다. 그러나 연구자들은 퍼블릭 블록체인에서 완전한 거래 익명성과 기밀성을 달성하기 위해 점차 노력하고 있습니다. 중요한 것은 사용자 개인정보 보호와 규정 준수 달성(예: 불법 활동 차단) 간의 균형을 깨는 것을 목표로 하는 ZKP를 활용하는 새로운 개인정보 보호 개념이 등장하고 있다는 것입니다.

• 무신뢰 상호 운용성: 기존 블록체인 상호 운용성 프로토콜은 신뢰할 수 있는 시스템(예: 다중 서명 또는 인센티브 유효성 검사기 세트)에 의존합니다. 영지식 증명은 암호경제학적 신뢰 가정을 암호학적 보장으로 대체하여 보다 안전하고 강력한 크로스체인 통신의 길을 여는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 ZKP의 주요 응용 프로그램 중 상호 운용성이 가장 중요하게 떠오르고 있습니다.

Messari의 데이터에 따르면 2023년에는 영지식 증명 분야에 4억 달러 이상이 투자될 예정이며, 이는 이더리움의 L1/L2 레이어 확장성과 신흥 영지식 증명 개발자 ​​인프라를 강조하는 것입니다. 영지식 증명은 상대적으로 새로운 것이지만 빠르게 성장하는 생태계는 보다 안전하고 비공개이며 확장 가능한 블록체인 애플리케이션을 위한 모범 사례의 융합을 예고합니다. 이 프레임워크를 염두에 두고 계층화된 영지식 증명의 세계를 자세히 살펴보고 핵심 플레이어와 새로운 개념을 살펴보겠습니다.

하부 구조

모든 형태의 영지식 증명은 산술 회로의 언어로 작성되어야 하며, 이는 표현 능력이 제한되어 있으며 대부분의 블록체인 기능을 회로 형식으로 변환하기가 매우 복잡합니다. 개발자 도구와 고급 하드웨어의 한계로 인해 영지식에 대한 실제 사용 사례가 최근에야 개발되기 시작했습니다. 오늘날 우리는 개발자가 영지식 암호화 인프라 위에 프로토콜과 애플리케이션을 구축할 수 있는 다양한 시스템과 도구의 출현을 목격하고 있습니다.

프로그래밍 프레임워크 및 도구: Leo, Noir, Cairo 및 o1.js와 같은 도메인 특정 언어(DSL)는 특정 L1/L2 생태계(예: Aleo, Aztec, Starkware 및 각각 Mina) 영지식 프로그램을 위한 프로그래밍 프레임워크입니다. 또한 거래 데이터가 온체인에서 마스킹되지만 영지식 증명을 사용하여 검증될 수 있도록 개발자가 특정 기준을 정의할 수 있도록 하는 목적으로 Elusiv 및 Hinkal과 같은 일반 프레임워크가 등장하고 있습니다. 영지식 기반 애플리케이션에 대한 잠재 개발자 및 최종 사용자의 수요가 증가함에 따라 이러한 프레임워크의 채택은 계속해서 증가할 것으로 예상됩니다.

영지식 보조 프로세서: 영지식 보조 프로세서는 개발자에게 비용 효율적이고 신뢰할 수 없는 오프체인 컴퓨팅 기능을 제공하는 동시에 개발자가 기술 스택에서 복잡한 영지식 관련 구성 요소를 처리할 필요성을 제거합니다. RiscZero, Axiom 및 Herodotus와 같은 팀은 임의 프로그램의 실행 및 유효성을 입증하기 위한 증거를 생성하거나 스마트 계약을 통해 추가 신뢰 가정을 추가하지 않고도 과거 온체인 데이터를 저장, 액세스 및 확인할 수 있는 검증 가능한 컴퓨팅 플랫폼을 제공합니다. 시간이 지남에 따라 영지식 보조 프로세서는 점점 더 발전하는 온체인 애플리케이션의 필수 요소가 될 것으로 예상됩니다.

증명 네트워크/시장: 오늘날 대부분의 영지식 네트워크 및 프로토콜은 중앙 집중식 증명 프로세스에 의존합니다. 영지식 채택이 점진적으로 증가함에 따라 팀은 증거 레이어를 분산하여 생명력과 검열 저항을 높일 것으로 기대합니다. =nil; Foundation, RiscZero, Gevulot 및 Lumoz와 같은 신흥 증명 네트워크 및 마켓플레이스는 애플리케이션이 증명 메커니즘을 제3자 운영자에게 아웃소싱하여 영지식 증명 인프라 운영에 따른 오버헤드를 줄일 수 있도록 설계된 서비스를 제공합니다.

하드웨어 가속: 영지식 증명을 생성하려면 많은 수학이 필요하므로 비용이 많이 들고 계산 집약적입니다. 그러나 증명 생성 및 검증 시간을 향상시키는 데 도움이 되는 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 같은 특수 하드웨어 사용에 있어 상당한 진전이 이루어지고 있습니다. Ingonyama, Cysic 및 Fabric과 같은 전문 하드웨어 제공업체는 ZK 증명 시스템용 FPGA 및 ASIC 제공에 앞장서고 있으며 앞으로도 ZK 하드웨어 설계에 대한 혁신과 투자가 계속 증가할 것으로 기대합니다.

애플리케이션 체인 인프라: Spire, ProtoKit, Lumoz와 같은 RaaS(Rollup-as-a-Service) 제공업체는 개발자에게 영지식 증명 메커니즘을 활용하는 일반 또는 특정 애플리케이션을 구축, 테스트 및 배포하기 위한 로우 코드 도구를 제공합니다. 애플리케이션의 L2/L3 체인입니다. Espresso, Radius 및 Madara와 같은 시퀀서는 사용자 트랜잭션을 수락하고 순서를 결정하며 L1 합의 및 데이터 가용성 계층에 블록을 게시하는 인프라를 제공합니다. 우리는 차세대 이더리움 확장성이 모듈식 L2 롤업 스택에 의해 주도될 것이며, 이는 단기 및 중기적으로 이러한 공급자에 대한 수요를 창출할 것으로 믿습니다.

상호 운용성 및 브리징: 인간(예: 다중 서명 또는 인센티브 유효성 검사기 세트)에 대한 의존도가 줄어들고 코드(예: 라이트 클라이언트, 릴레이 및 영지식 증명) 신뢰로 대체됨에 따라 브리징 시스템은 신뢰가 더욱 최소화됩니다. Polyhedra, Lambda Class 및 Polymer Labs와 같은 팀이 이 주제를 탐구하고 있습니다. 영지식 증명의 주요 응용 분야 중 상호 운용성이 가장 중요하지만, 영지식 시설에 대한 액세스가 가속화됨에 따라 브리징 설계 개념에서 더 많은 혁신이 나타날 것으로 예상됩니다.

영지식 기계 학습(ZKML): ZKML은 영지식 증명을 사용하여 온체인 기계 학습(ML) 모델 추론의 정확성을 입증하는 데 초점을 맞춘 암호화의 최첨단 분야입니다. ML 기능을 추가하면 스마트 계약이 더욱 자율적이고 동적으로 변하여 실시간 온체인 데이터를 기반으로 결정을 내리고 계약이 원래 생성되었을 때 예상하지 못했던 시나리오를 포함하여 다양한 시나리오에 적응할 수 있습니다. . Modulus Labs, Giza 및 Zama와 같은 팀은 AI와 암호화의 교차점에서 유망한 시너지 균형을 제공할 수 있는 고유한 ZKML 사용 사례를 개척하고 있습니다.

회로망

일부 블록체인은 높은 거래량을 처리하는 데 한계가 있어 수요가 가장 많은 기간 동안 거래 시간이 느려지고 비용이 증가합니다. 또한 비트코인, 이더리움, 솔라나와 같은 인기 있는 블록체인은 공개 공개 원장을 기반으로 구축되었지만 개인 정보 보호가 부족하여 주류 플레이어들 사이에서 완전한 거래 기밀성과 익명성에 대한 우려가 제기되었습니다. 블록체인 확장성 및 온체인 개인 정보 보호와 관련된 문제를 해결하기 위해 영지식 증명 인프라를 사용하는 새로운 L1 및 L2 네트워크가 등장하고 있습니다.

개인 정보 보호에 초점을 맞춘 L1: Aleo, Mina 및 IronFish와 같은 신흥 L1 네트워크는 영지식 증명을 기반으로 개인 정보 보호 우선 스마트 계약 기능을 제공하여 해당 생태계 내의 분산형 애플리케이션에 애플리케이션 수준의 개인 정보 보호를 제공합니다. Fhenix 및 Inco와 같은 L1 네트워크는 FHE(완전 동형 암호화)를 사용하므로 개발자는 개인 스마트 계약을 작성하고 암호화된 데이터를 기반으로 계산을 수행하여 완전한 거래 익명성과 기밀성을 달성할 수 있습니다. 앞서 언급한 L1 중 다수가 인센티브 테스트넷을 운영하고 개발자가 새로운 프로그래밍 언어를 배워야 한다는 점을 감안할 때 대량 채택 및 가치 포착의 징후는 1~2년이 걸릴 수 있습니다.

ZK-EVM: ZK-EVM은 영지식 증명을 활용하여 이더리움과 유사한 트랜잭션의 실행을 암호화 방식으로 증명합니다. zkSync Era, Polygon zkEVM, Linea, Scroll 및 Taiko와 같은 다양한 유형의 ZK-EVM은 EVM 호환성과 성능(예: 증명 빌드 시간) 간에 서로 다른 설계 상충 관계를 갖습니다. 우리는 이더리움 및 이더리움 기반 ZK 롤업을 확장하기 위해 이 분야에서 지속적인 혁신을 기대합니다.

ZK-Rollup: 영지식 롤업은 계산을 오프체인으로 이동하고 영지식 증명을 사용하여 온체인 상태 변경을 증명하는 L2 확장 솔루션입니다. Aztec과 같은 ZK 롤업은 비용을 낮게 유지하면서 거래 데이터를 암호화하도록 설계된 이더리움 위에 개인 정보 보호 엔진을 제공합니다. Zeko는 애플리케이션이 서로 재귀적으로 검증하고 구성할 수 있도록 Mina를 기반으로 구축된 곧 출시될 ZK 롤업 스택이며, ImmutableX와 LayerN은 각각 게임 및 고성능 DeFi 사용 사례를 대상으로 하는 애플리케이션별 ZK 롤업입니다. 낙관적 기반 롤업은 전체 L2 시장 점유율의 약 90%를 차지하지만, 기본 기술에 대한 접근성이 높아짐에 따라 ZK 롤업에 대한 수요도 증가할 것으로 예상됩니다.

애플리케이션

ZK 인프라 및 네트워크 계층 외에도 온체인 결제, 신원 확인, 비공개이지만 규정을 준수하는 DeFi 및 소비자 사용 사례에 대한 영지식 증명을 활용하는 수많은 최종 사용자 애플리케이션이 등장했습니다.

Elusiv와 같은 팀은 개인 결제 및 DeFi 거래를 위한 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하며 주소를 마스킹하는 동시에 규정 준수 메커니즘을 사용하여 식별된 불법 행위자의 거래를 해독합니다. 인증과 관련하여 zCloak, ZKPass 및 zkp-ID는 영지식 증명을 사용하여 사용자가 개인 정보를 노출하지 않고 제3자에게 검증 가능한 데이터를 증명할 수 있도록 합니다.

Lumina 및 Panther와 같은 DeFi 프로토콜은 비공개이면서도 규정을 준수하는 분산형 거래소를 구축하는 데 중점을 둡니다. Renegade는 MPC(다자간 계산)와 ZK 기술을 결합하여 주문서를 숨기고 대규모 기관이나 대량 거래자가 자신의 활동을 더 넓은 시장에 노출하지 않고 거래할 수 있도록 하는 온체인 거래 장소인 다크 풀 거래를 제공합니다. 집행 명령.

Sealcaster 및 Dark Forest와 같은 소비자 애플리케이션은 소셜 및 게임 애플리케이션의 영지식 증명을 활용하여 다른 온체인 참가자로부터 사용자 신원과 게임 전략을 보호합니다.

ZK의 미래

ZK의 미래에는 속도 우선 순위 지정, 하드웨어 요구 사항 감소, 개발 도구 개선, 분산형 증명 생성을 지원하는 새로운 영지식 증명 설계 지원이 포함됩니다. Optimistic 및 Zero-knowledge 확장 솔루션은 모두 롤업 트랜잭션을 확인하는 데 사용되지만 각 솔루션에는 보안, 대기 시간 및 계산 효율성 측면에서 관련 설계 상충관계가 있습니다. 우리는 다양한 범위의 온체인 애플리케이션을 수용하기 위해 중장기적으로 이 두 가지 기술 스택이 융합되는 것을 봅니다. 마지막으로, 영지식 애플리케이션 계층은 현재 초기 단계에 있지만 퍼블릭 블록체인의 개인 정보 보호에 대한 최종 사용자 요구가 증가함에 따라 미래에는 성장할 것으로 예상됩니다. 게다가, 영지식 연구가 주로 이더리움의 맥락에서 탐구되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그러나 영지식 증명을 활용하여 SPL 토큰 잔액과 전송 금액을 암호화하는 개인 정보 보호 기능인 기밀 전송 기능을 갖춘 솔라나의 토큰 22 이니셔티브와 같은 새로운 개념은 특정 생태계를 넘어서는 영지식의 적응성과 잠재력을 보여줍니다.

요약하자면, 영지식의 혁신적인 잠재력이 펼쳐지고 있으며, 이는 보안, 개인 정보 보호 및 확장성 측면에서 블록체인 솔루션이 더욱 중요해질 미래를 예고합니다.

참고: Coinbase Ventures가 투자한 프로젝트는 위의 영지식 증명 트랙에 나타납니다: Aleo, Anoma, Aztec, Consensys, Espresso, Elusiv, Mina, Polygon, Polymer Labs, Starkware, Sunscreen, zCloak, zkLink, zkSync