영지식 증명이란? 블록체인 시대, 보안을 바꾸는 마법의 기술

혹시 “영지식 증명(ZKP)”이라는 말을 들어 보셨나요?
오늘날 암호화폐, 블록체인, Web3 등 기술이 발전하면서 보안과 프라이버시 이슈가 점점 더 중요해지고 있습니다.
이 모든 문제를 ‘기적처럼’ 해결해줄 수 있다고 평가받는 기술이 바로 영지식 증명입니다.

그렇다면 이 기술은 도대체 무엇이고, 우리에게 어떤 영향을 미치는 걸까요?
이번 포스팅에서는 이 질문에 대해 아주 쉽게, 하지만 아주 깊이 있게 알아보겠습니다.

영지식 증명

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영지식 증명이란?

– 말하지 않고도 아는 것을 증명하는 법

한 번 상상해볼까요?
당신이 비밀번호를 알고 있고, 그 사실을 누군가에게 증명해야 한다고 해봅시다.
하지만 비밀번호 자체를 알려주고 싶진 않을 때 보통 우리는 어떻게 하나요?
먼저 로그인 창에 비밀번호를 입력하고, 시스템이 확인하게 합니다.
즉, 정보를 실제로 입력해야만 ‘안다’는 걸 보여줄 수 있습니다.

그런데 정보를 보여주지 않고도, 내가 그걸 ‘진짜로’ 알고 있다는 걸 어떻게 증명할 수 있을까요?

이런 불가능해 보이는 상황을 현실로 만들어주는 기술이 바로 영지식 증명(Zero-Knowledge Proof)입니다.
말 그대로 “지식은 제공하지 않으면서도(Zero-Knowledge), 그것을 알고 있음을 증명(Proof)”하는 방식이죠.

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비유로 더 쉽게  알아보기

동굴 이야기(Peggy와 Victor의 비유)로 영지식 증명의 원리를 설명해 보겠습니다.

배경:

원형 동굴이 있고, 그 안에 A길과 B길이 있으며, 중간에는 마법의 문이 있습니다.
이 문은 비밀 암호를 알아야만 열 수 있습니다.
Peggy는 이 비밀번호를 알고 있고, Victor는 모릅니다.
Victor는 Peggy가 정말 비밀번호를 아는지 확인하고 싶어합니다.
하지만 Peggy는 비밀번호를 직접 알려주고 싶지 않습니다.

어떻게 증명할까?

1. Peggy는 A길이나 B길 중 하나로 동굴 안으로 들어갑니다.
2. Victor는 밖에서 “A길로 나와봐” 또는 “B길로 나와봐”라고 무작위로 요청합니다.
3. Peggy는 마법의 문을 통과해 요청한 길로 나옵니다.

이 과정을 여러 번 반복하면, Victor는 확신하게 됩니다.
“아하, 이 사람은 마법의 문을 실제로 열 수 있는 사람이다.”
즉, 암호를 알고 있다는 사실을 보여줬지만, 암호 그 자체는 절대 노출되지 않았습니다.

이것이 영지식 증명의 핵심 원리입니다.
신뢰는 주지만, 정보는 주지 않는 놀라운 방식이죠.

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왜 이런 기술이 필요한 걸까?

디지털 사회에서는 정보를 주는 것은 곧 권한을 넘기는 일입니다.

 

예를 들어,

• 주민등록번호를 누군가에게 알려주면 그 사람은 나를 추적할 수 있습니다.
• 비밀번호를 알려주면 계정 전체가 위험해지죠.
  하지만 우리는 종종 “내가 진짜 주인이다”라는 사실을 증명해야 하는 상황에 처합니다.

그렇다면 방법은 하나입니다.
정보는 숨기고, 존재만 증명하는 것.
이 모순을 푸는 기술이 바로 영지식 증명입니다.

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더 친숙한 예시: 현실과 기술을 연결해 보기

① 클럽 입장

클럽에 입장하려면 “만 19세 이상”임을 증명해야 합니다.
기존에는 주민등록증 전체를 보여줬는데 이때 생년월일, 이름, 사진까지 다 노출됩니다.

그러나 영지식 증명을 사용하면, “나는 19세 이상이다”라는 사실만 암호 수학적으로 증명할 수 있습니다.
즉 생년월일도, 이름도 알려줄 필요가 없게 되는 것입니다.

② 온라인 투표

“내가 투표했다”는 건 증명되어야 하지만 “누구에게 투표했는지”는 비밀이어야 합니다.
영지식 증명은 이 딜레마를 기술적으로 해결해 줍니다.

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영지식 증명의 구조적 특징

영지식 증명은 보통 세 가지 조건을 만족해야 합니다:

1. 완전성(Completeness)
   정답을 아는 사람이라면, 검증자가 설득될 수 있어야 합니다.
2. 정당성(Soundness)
   정답을 모르는 사람은 설득에 실패해야 합니다.
3. 영지식성(Zero-Knowledge)
   검증자가 정보를 유추할 수 없어야 합니다.
   즉, 아무리 많이 증명을 반복해도 원래 정보를 복원할 수 없어야 하죠.

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기술적으로 어떻게 작동할까?

최근에는 ZK-SNARK, ZK-STARK와 같은 다양한 형태의 영지식 증명 기술이 발전하고 있습니다.

• ZK-SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge):
  짧고 검증이 빠르며, 블록체인에 매우 적합한 구조.
• ZK-STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge):
  더 투명하고 보안성이 높은 방식. 별도의 신뢰 설정이 필요 없음.

각각 장단점이 있지만, 둘 다 거대한 데이터를 감추면서도 진위를 증명할 수 있다는 공통점을 가집니다.

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요약

• 영지식 증명은 정보를 드러내지 않고도, 내가 그걸 알고 있다는 걸 수학적으로 증명하는 기술입니다.
• 프라이버시 보호와 보안을 동시에 만족시킬 수 있으며,
• 이미 다양한 분야에 활용되고 있습니다.

그야말로 “정보를 넘기지 않고 신뢰를 전달하는 기술”의 정수인 셈입니다.

이처럼 영지식 증명은 단순한 암호 기술을 넘어 디지털 사회에서의 신뢰를 다시 정의하고 있는 놀라운 개념입니다.

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블록체인과 영지식 증명, 완벽한 궁합

블록체인의 가장 큰 장점은 ‘모두가 볼 수 있는 투명한 기록’입니다.
하지만 그 투명함이 때론 프라이버시 침해로 이어질 수 있습니다.

예를 들어, 내가 친구에게 비트코인을 보냈다는 사실이 누구에게나 공개된다면 어떻게 될까요?
블로체인에는 모든 거래 내역이 공개되어 있는 만큼, 지갑 주소만 알아도 나의 모든 자산 내역이 노출되게 됩니다.

이때 필요한 것이 영지식 증명 기반의 프라이버시 보호 기술입니다.
ZK 기술을 활용하면, 거래의 유효성은 증명되지만 거래의 상세 내용은 감출 수 있게 됩니다.

즉, “모든 게 제대로 이루어졌다는 것은 보장하면서도, 세부 정보는 비공개로 유지”할 수 있는 것입니다.
보안성과 개인 정보 보호를 동시에 만족시키는 최적의 기술인 셈입니다.

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ZK-Rollup이란?

– 블록체인의 속도와 효율을 동시에 잡는 기술

블록체인이 세상을 바꿀 기술이라는 말, 들어보셨나요?
하지만 정작 실제로 써보면 느리고, 수수료도 비싸고, 때로는 처리 속도에 답답함을 느끼게 됩니다.

이 모든 문제의 핵심은 확장성에 있습니다.
즉, 많은 사용자가 동시에 블록체인을 사용할 때, 네트워크가 그만큼 빠르고 효율적으로 처리할 수 있느냐는 것입니다.

이때 등장한 것이 바로 ZK-Rollup(Zero-Knowledge Rollup) 기술입니다.
이 기술은 영지식 증명의 개념을 활용해, 블록체인의 확장성과 속도 문제를 해결하는 혁신적인 방식입니다.

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왜 ‘롤업(Rollup)’인가요?

Rollup은 말 그대로 "말아서 올리는" 기술인데, 쉽게 말해, 여러 개의 거래를 하나로 묶어서 처리하는 방식입니다.

예를 들어, 여러분이 택배를 50개 보낼 일이 생겼다고 해봅시다.
하나씩 배송하면 시간도 오래 걸리고 비용도 많이 들겠지만, 한 상자에 전부 포장해서 한번에 보내면 훨씬 효율적이겠죠?

ZK-Rollup은 이처럼 블록체인 거래를 묶어서 압축하고, 그 압축된 거래 묶음이 정확하다는 것을 영지식 증명으로 검증한 뒤, 최소한의 정보만 메인 블록체인에 기록합니다.

이렇게 하면 어떤 이점이 있을까요?

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ZK-Rollup의 핵심 장점

1. 속도 향상
   메인 체인에 직접 모든 거래를 기록하지 않기 때문에, 처리 속도가 훨씬 빨라집니다.
2. 수수료 절감
   한 번에 여러 거래를 처리하면서 수수료는 나눠지게 됩니다.
   사용자 입장에서는 거래당 수수료가 매우 저렴해집니다.
3. 데이터 효율성
   거래 데이터 중 필요한 핵심 정보만 블록체인에 남기기 때문에, 저장 공간이 절약됩니다.
4. 보안 유지
   ZK 증명 기술 덕분에, 거래 내용은 보지 않아도 유효성을 수학적으로 입증할 수 있습니다.

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ZK-Rollup이 사용되는 실제 사례

• zkSync: 이더리움 기반의 레이어2 솔루션으로, 빠르고 저렴한 거래를 가능하게 함.
• StarkNet: ZK-STARK 기반 기술을 활용하여 확장성과 탈중앙성을 동시에 구현.
• Polygon zkEVM: 이더리움 가상머신(EVM)과 호환되며, 개발자들이 기존 Dapp을 손쉽게 이전 가능.

ZK-Rollup은 지금도 빠르게 발전하고 있으며, 앞으로 블록체인 애플리케이션들이 대중화되는 데 있어 반드시 필요한 기술로 평가받고 있습니다.

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왜 영지식 증명이 주목받는가?

– 투명성과 프라이버시, 그 모순을 해결하다

디지털 시대는 ‘정보의 시대’이기도 합니다.
우리는 온라인에서 생각보다 많은 정보를 공유하고 있지만 이 정보가 ‘누구에게 얼마나 보여지는가’는 전혀 다른 문제입니다.
투명한 사회를 만들기 위해 공개가 필요할 때도 있지만, 동시에 개인의 프라이버시는 반드시 지켜져야 합니다.

이 두 가지는 마치 평행선처럼 느껴질 수 있지만, 영지식 증명은 이 모순을 기술적으로 해결합니다.

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정보는 감추고, 신뢰는 보여준다

이 기술의 핵심은 정보를 감추면서도 신뢰를 확보하는 방식입니다.
"나는 이 조건을 충족한다", "이 거래는 유효하다"는 것을 증명할 수 있지만, 그 조건의 세부 내용이나 데이터는 외부에 전혀 노출되지 않습니다.

 

예를 들어,

• 내가 성인이라는 사실은 증명하면서도,
• 생년월일이나 이름은 공개하지 않아도 됩니다.

이러한 방식은 우리가 지금껏 의존해왔던 ‘공개 기반의 신뢰’에서 ‘비공개 기반의 신뢰’로 패러다임이 전환되고 있다는 것을 의미합니다.

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점점 커지는 중요성: AI, Web3, CBDC 시대

다음과 같은 트렌드가 영지식 증명을 더욱 중요하게 만들고 있습니다:

1. Web3 시대의 신원 관리(DID)
   사용자 스스로 자신의 디지털 신원을 통제하고 관리하는 시대가 도래하며,
   정보 노출 없이 신원 인증이 가능한 기술이 필수로 떠오르고 있습니다.
2. CBDC(중앙은행 디지털화폐)
   정부의 통제력은 유지하되, 개인 거래는 보호해야 하는 상황에서 영지식 증명은 이상적입니다.
3. AI와 결합한 스마트 데이터 관리
   프라이버시를 지키면서도 AI가 필요한 정보를 유효하게 사용할 수 있도록 구조화할 수 있습니다.

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실제 사례들

– 현실 속의 영지식 증명

영지식 증명은 이론으로만 존재하지 않습니다.
이미 수많은 산업과 기술 플랫폼에서 실전 적용되고 있으며, 우리의 삶에 직간접적으로 영향을 주고 있습니다.

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1. 디지털 신분증(DID)

• 본인이 성인이라는 사실, 또는 특정 국가 시민이라는 것을 증명할 수 있음
• 하지만 이름, 생년월일, 주소 등은 전혀 공개되지 않음
• 사용 예: 클럽 입장, 나이 제한이 있는 웹사이트 접근 등

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2. 온라인 투표 시스템

• 누구나 투표할 수 있지만, 누가 누구에게 투표했는지는 절대 알 수 없음
• 블록체인 기반 투표 시스템에 ZK를 도입해 무결성과 익명성을 동시에 보장
• 실제 적용: 유럽의 일부 국가에서는 지방 자치 투표에 시험 도입

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3. 프라이버시 중심 코인: Zcash, Aztec 등

• 일반 블록체인과 달리 거래 금액, 수신자 주소 등이 숨겨짐
• 하지만 거래 자체가 유효하다는 사실은 증명 가능
• 대표적으로 Zcash는 zk-SNARK를 사용하여 강력한 프라이버시 보호 기능 구현

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4. 금융 감사 및 세무 제출

• 기업이 세무 당국에 ‘요건을 충족했다’는 사실은 증명
• 그러나 민감한 거래 내역이나 고객 정보는 노출하지 않음
• 프라이버시 보호와 투명성의 균형이 필요한 비즈니스에 매우 적합

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5. 이더리움 레이어2 솔루션

• zkSync, StarkNet 등은 ZK-Rollup 기반으로 확장성과 보안성을 동시에 확보
• 이는 NFT 거래, 탈중앙화 거래소(DEX), 게임 등 다양한 Web3 앱에 적용 가능

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마무리하며

영지식 증명은 단순한 기술을 넘어서, 디지털 사회의 신뢰를 어떻게 정의할 것인가에 대한 철학적 질문의 해답이기도 합니다.

이제 우리는 정보를 무조건 공개하는 것이 아니라, 필요한 만큼만 드러내고 나머지는 감추는 방식으로 더 안전하고 더 효율적인 세상을 만들어가고 있습니다.

그 중심에, 바로 이 ‘말하지 않고 증명하는 기술’, 영지식 증명이 있습니다.