블록체인에서 새롭게 떠오르는 기술인 zkp에 대해 설명하고 그와 관련된 공격을 설명한다.
ZKP란?
Zero-Knowledge Proof (ZKP)는 한 당사자(증명자, Prover)가 다른 당사자(검증자, Verifier)에게 특정 정보를 직접 공개하지 않고도 그 정보의 진위를 증명할 수 있는 암호학적 방법이다. 즉, 증명자는 어떤 비밀 정보를 알고 있음을 검증자에게 증명할 수 있으나, 그 과정에서 비밀 정보의 실제 내용은 전혀 공개되지 않는다.
ZKP의 핵심 속성
- 완전성 (Completeness): 진실을 말하는 증명자는 항상 진실임을 검증자가 수용하도록 할 수 있다.
- 정당성 (Soundness): 거짓을 말하는 증명자는 진실을 말하는 것처럼 보이게 할 확률이 극히 낮다.
- 제로 지식 (Zero-knowledge): 검증자는 증명자로부터 아무런 유용한 정보도 얻을 수 없으며, 증명 과정을 통해 증명자가 진실을 말하고 있음만 알 수 있다.
ZKP의 응용
ZKP 기술은 다양한 분야에서 개인정보 보호 및 보안 강화를 위해 활용된다.
- 블록체인 및 암호화폐: ZKP는 암호화폐 거래에서 거래자의 신원과 거래 내역의 개인 정보를 보호하는 데 사용됩니다. 예를 들어, Zcash는 ZKP를 활용해 거래의 개인 정보를 보호한다.
- 인증 시스템: 사용자는 비밀번호나 개인 키 등의 인증 정보를 서버에 노출시키지 않고도 자신의 정체성을 증명할 수 있다.
- 개인정보 보호: 데이터 공유 시, ZKP를 사용하여 데이터의 진위는 증명하면서도 실제 데이터 내용은 공개하지 않을 수 있어, 개인정보 보호에 유용하다.
ZKP의 예
간단한 예로, "알리바바의 동굴" 문제가 있다. 증명자가 비밀번호를 알고 있는지를 검증자가 확인하고자 할 때, 증명자는 비밀번호를 직접 말하지 않고도 비밀번호를 알고 있음을 증명할 수 있다. 증명자는 검증자의 지시에 따라 동굴의 어느 출구로 나타나도록 하여, 비밀번호를 알고 있음을 증명한다.
ZKP는 암호학적 도구와 프로토콜을 사용하여 훨씬 복잡한 실제 문제에 대해 구현될 수 있으며, 이는 정보의 기밀성을 유지하면서도 그 정보의 진위를 검증할 수 있는 강력한 방법을 제공한다.
ZKP 의 주요 해킹 공격 및 공격 기법
Zero-Knowledge Proof (ZKP)는 그 자체로 강력한 개인정보 보호 및 보안 메커니즘이지만, 구현의 취약점이나 프로토콜의 설계 결함을 이용한 공격 가능성은 여전히 존재한다. ZKP 시스템을 대상으로 하는 주요 해킹 공격 및 공격 기법은 다음과 같다.
1. 사이드 채널 공격 (Side Channel Attacks)
ZKP 프로토콜 자체가 안전하더라도, 실행 환경에서 발생할 수 있는 사이드 채널을 통해 민감한 정보가 유출될 수 있다. 예를 들어, ZKP 계산에 걸리는 시간, 전력 소비량, 전자기 방출 등을 분석하여 증명자가 사용하는 비밀 정보를 추론할 수 있다.
2. 프로토콜 구현상의 취약점
ZKP 알고리즘을 소프트웨어로 구현할 때, 버그나 코딩 오류로 인해 보안 취약점이 발생할 수 있다. 잘못 구현된 ZKP 시스템은 공격자에게 정보 유출의 기회를 제공할 수 있다.
3. 중간자 공격 (Man-In-The-Middle Attack)
암호화되지 않은 통신 채널을 통해 ZKP 프로토콜이 실행될 경우, 중간자 공격자가 증명자와 검증자 사이의 메시지를 가로채거나 변조할 수 있다. 이러한 공격을 방지하기 위해, ZKP 메시지는 안전한 통신 채널을 통해 전송되어야 한다.
4. 재생 공격 (Replay Attack)
공격자가 이전의 유효한 검증 세션을 가로채고 이를 재생하여 시스템에 무단으로 접근하려는 시도다. 프로토콜에 세션별 고유 토큰이나 타임스탬프가 포함되지 않는 경우 재생 공격에 취약할 수 있다.
5. 적응형 공격 (Adaptive Attacks)
이러한 공격에서는 공격자가 여러 검증 시도를 통해 정보를 수집하고, 이를 분석하여 시스템의 비밀 정보를 점차적으로 추론해 나간다. ZKP 프로토콜 설계 시, 이러한 공격을 고려하여 적절한 보호 메커니즘을 마련해야 한다.
방어 전략
- 안전한 채널 사용: TLS와 같은 안전한 통신 채널을 사용하여 중간자 공격을 방지한다.
- 정기적인 보안 감사: ZKP 시스템의 구현과 프로토콜을 정기적으로 검토하고 감사하여 취약점을 발견하고 수정한다.
- 사이드 채널 방어 기법 적용: 시간 공격에 대비하여 일정 시간 실행을 보장하는 등 사이드 채널 방어 기법을 적용한다.
- 프로토콜의 강건성 검증: 적응형 공격에 대비하여 프로토콜의 설계를 검증하고 필요한 경우 강화한다.
