[논문 리뷰] A new Privacy Preserving and Scalable Revocation Method for Self Sovereign Identity -- The Perfect Revocation Method does not exist yet

Andreas Freitag|arXiv (Cornell University)|2022. 11. 23.

Cryptography and Data Security인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 자기주권 신원(SI) 시스템을 위한 프라이버시 보장 및 확장 가능한 취소 방법으로 Linked Validity Verifiable Credentials (LVVC)를 제안한다. LVVC는 발행자에 대한 연락 없이도 검증자가 증명서를 검증할 수 있도록 하며, 암호학적 기법을 통해 완전한 프라이버시를 유지하고, 일정 크기의 증명서를 통해 높은 확장성을 달성하여 기존 방법에 비해 프라이버시와 실용적 구현 준비도에서 뛰어나다.

ABSTRACT

Digital Identities are playing an essential role in our digital lives. Today, used Digital Identities are based on central architectures. Central Digital Identity providers control and know our data and, thereby, our Identity. Self Sovereign Identities (SSI) are based on a decentralized data storage and data exchange architecture, where the user is in sole control of his data and identity. Most of the issued credentials need the possibility of revocation. For a Central Digital Identity, revocation is easy. In decentral architectures, revocation is more challenging. Revocation can be done with different methods e.g. lists, compressed lists and cryptographic accumulators. A revocation method must be privacy preserving and must scale. This paper gives an overview about the available revocation methods, include a survey to define requirements, assess different revocation groups against the requirements, highlights shortcomings of the methods and introduce a new revocation method called Linked Validity Verifiable Credentials.

연구 동기 및 목표

• 자기주권 신원(SSI) 시스템에서 프라이버시 보장 및 확장 가능한 취소의 핵심 과제를 해결한다.
• 커뮤니티의 실무 경험에서 유래한 SSI 취소에 대한 프라이버시, 확장성, 성숙도 요구사항을 식별하고 체계화한다.
• 리스트 기반, 압축 리스트, 암호학적 누적기법, 증명서 업데이트 등의 기존 취소 방법을 이러한 요구사항에 대해 평가한다.
• 기존 접근 방식의 한계를 극복하기 위해 새로운 취소 메커니즘인 Linked Validity Verifiable Credentials (LVVC)를 제안하고 정의한다.
• 기존 방법 중에서 최소한의 상호작용, 강력한 프라이버시, 고도의 확장성의 이상적인 조합을 모두 충족하는 방법이 존재하지 않으며, LVVC가 실용적 SSI 시스템에 가장 적합한 솔루션임을 입증한다.

제안 방법

• 각 증명서가 글로벌이고 불변인 취소 상태에 암호학적 연결을 갖는 새로운 취소 메커니즘인 Linked Validity Verifiable Credentials (LVVC)를 설계한다.
• BBS+ 서명을 사용하여 증명서를 검증 가능하고 암호학적으로 안전한 비취소 증명에 바인딩하지만, 증명서의 상태를 드러내지 않는다.
• 취소 상태를 탈중앙화된, 추가 전용 레이저 또는 분산 데이터베이스에 저장하여 감사 가능성과 불변성을 확보한다.
• 검증자가 증명서의 취소 상태를 검증할 수 있도록, 비취소를 확인하지만 추가 정보를 드러내지 않는 zero-knowledge proof를 제공한다.
• 증명서 크기를 일정하게 유지(기반 JSON BBS+ 서명 기준 1100바이트 이하)하여, 100만 개의 증명서 규모에서도 높은 확장성을 달성한다.
• 취소 상태 검증을 발행자로부터 분리하여 검증 시 실시간 발행자 상호작용이 필요 없게 하여 프라이버시와 성능을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 커뮤니티 실무 경험에서 유도된 자기주권 신원 시스템에서의 취소 방법에 대한 핵심 프라이버시, 확장성, 성숙도 요구사항은 무엇인가?
• RQ2 리스트 기반, 압축 리스트, 암호학적 누적기법, 증명서 업데이트 등의 기존 취소 방법이 이러한 요구사항을 얼마나 충족하는가?
• RQ3 기존의 암호학적 누적기반 취소 방법은 확장성과 실세계 구현 측면에서 어떤 주요 한계를 지니는가?
• RQ4 발행자 측 상태 의존성이나 실시간 쿼리에 의존하지 않고도 완전한 프라이버시, 최소한의 상호작용, 고도의 확장성을 달성할 수 있는 새로운 취소 메커니즘을 설계할 수 있는가?
• RQ5 제안된 LVVC 방법은 SSI 구현에 있어 기존 접근 방식에 비해 프라이버시, 확장성, 성숙도 측면에서 어느 정도 뛰어나며, 어떤 정도의 우수성을 보이는가?

주요 결과

• 암호학적 누적기법은 완전한 프라이버시를 제공하지만 확장성에 빈약하다: RSA 기반 누적기법은 32,768개의 증명서를 처리할 경우 8.4MB의 증거 파일과 아이폰 12에서 7초가 넘는 증거 생성 시간이 소요된다.
• 리스트 기반 및 압축 리스트 방법은 높은 성숙도와 확장성을 제공하지만, 반복적인 쿼리를 통해 검증자와 소지자 간의 관련성 추적이 가능하므로 강력한 프라이버시를 보장하지 못한다.
• LVVC 방법은 일정 크기의 증명서(1100바이트 이하)를 유지하며, 발행자와의 상호작용 없이도 검증이 가능하여 100만 개의 증명서 규모에서도 높은 확장성을 달성한다.
• LVVC는 검증자가 발행자와의 연락이나 증명서 사용 패턴의 노출이 필요 없기 때문에 완전한 프라이버시를 제공한다. 이는 리스트 기반 방법과는 대조적이다.
• JSON과 JSON Web Token와 같은 기존 표준에 기반하고 BBS+ 서명과의 호환성을 확보함으로써 높은 성숙도를 확보하였다.
• 기존의 모든 취소 방법은 최소한의 상호작용, 완전한 프라이버시, 고도의 확장성의 조합을 완전히 충족하지 못하며, LVVC는 모든 핵심 차원에서 균형 잡힌 성능을 보이며 실세계 SSI 구현에 가장 적합한 솔루션으로 확인되었다.