[논문 리뷰] Enigma: Decentralized Computation Platform with Guaranteed Privacy

Guy Zyskind, Oz Nathan외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 10.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 118

한 줄 요약

Enigma는 검증 가능하고 분산된 해시 테이블(DHT)을 수정하여 사용한 검증 가능 비밀 공유 기반의 비밀 유지가 가능한 확장성 있고 검증 가능한 안전한 다자간 암호화 계산(sMPC)을 가능하게 하는 탈중앙화된 계산 플랫폼을 제안한다. 블록체인 기반의 액세스 제어 및 인cent라이즈 메커니즘을 통해 사용자는 원시 입력을 드러내지 않은 채 개인 데이터를 기반으로 계산을 수행할 수 있으며, 탈중앙화된 애플리케이션에서 종단 간 프라이버시를 달성한다.

ABSTRACT

A peer-to-peer network, enabling different parties to jointly store and run computations on data while keeping the data completely private. Enigma's computational model is based on a highly optimized version of secure multi-party computation, guaranteed by a verifiable secret-sharing scheme. For storage, we use a modified distributed hashtable for holding secret-shared data. An external blockchain is utilized as the controller of the network, manages access control, identities and serves as a tamper-proof log of events. Security deposits and fees incentivize operation, correctness and fairness of the system. Similar to Bitcoin, Enigma removes the need for a trusted third party, enabling autonomous control of personal data. For the first time, users are able to share their data with cryptographic guarantees regarding their privacy.

연구 동기 및 목표

• 블록체인에서 공개 계산 과정에서 원시 데이터가 노출되는 프라이버시 한계를 해결하기 위해 원시 입력을 폭 드러내지 않은 오프체인 계산을 가능하게 하기 위해.
• 어느 한 엔티티도 완전한 데이터에 접근하지 못하는 탈중앙화된 플랫폼을 설계하여 비밀 공유를 통해 종단 간 프라이버시를 보장하기 위해.
• 하이브리드 블록체인-오프체인 아키텍처를 사용하여 확장성 있고 검증 가능하며 인센티브 호환성 있는 비밀 유지 계산 실행을 가능하게 하기 위해.
• 신뢰할 수 있는 제3자에 의존하지 않고도 비밀 데이터 처리가 필요한 실용적 응용 분야—예를 들어 데이터 마켓플레이스, 안전한 백엔드, 블라인드 투표—를 지원하기 위해.
• 데이터가 계산 노드조차도 비밀로 유지되는 튜링 완전한 프라이버시 보장 실행 환경을 제공하기 위해.

제안 방법

• 플랫폼은 데이터를 비밀 공유 형태로 저장하기 위해 수정된 분산 해시 테이블(DHT)을 사용하여 어느 한 노드도 전체 데이터를 보유하지 않도록 한다.
• 안전한 다자간 암호화 계산(sMPC)을 사용하여 비밀 공유된 데이터 위에서 함수를 평가하며, 각 당사자는 오직 무작위 공유만 처리하여 프라이버시를 유지한다.
• 블록체인은 액세스 제어, 신원 관리, 로깅을 위한 제어자로 사용되어 감사 가능성과 변조 방지 기능을 보장한다.
• 개인 정보 보존형 계약—스마트 계약의 확장판—을 통해 상태 기반의 프라이버시 보존 계산을 가능하게 하며, 실행 결과는 블록체인에 검증되고 저장된다.
• 노드는 보증금과 수수료를 통해 인cent라이즈되며, 계산 기여도는 라운드 수와 연산 수로 측정되어 보상이 결정된다.
• 검증 가능 비밀 공유를 사용하여 정확성을 보장하고 악성 행동을 탐지하며, 실행 증명은 블록체인에 온체인으로 저장된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 참가자도 원시 입력을 폭 드러내지 않으면서도 비밀 유지가 가능한 탈중앙화 시스템이 비밀 데이터에 대해 안전한 계산을 수행할 수 있는가?
• RQ2 비밀 유지 계산을 어떻게 확장성 있고 효율적으로 만들 수 있으며, 동시에 검증 가능성과 정확성을 유지할 수 있는가?
• RQ3 어떤 아키텍처적 및 인센티브 메커니즘이 강력한 프라이버시 보장을 갖춘 신뢰할 수 없는 탈중앙화 운영을 보장할 수 있는가?
• RQ4 블록체인 위에 개인 정보 보존형 계약을 구축하여 비밀 공유된 데이터 위에서 복잡한 상태 기반 계산을 지원할 수 있는가?
• RQ5 기존의 데이터 공유 방식과 달리, 데이터 액세스 및 계산을 어떻게 취소 가능하고 제어 가능하게 만들 수 있는가?

주요 결과

• Enigma는 어느 참가자도 원시 입력을 폭 드러내지 않으며, 심지어 계산 노드조차도 무작위 공유만 처리하기 때문에 비밀 유지 계산을 가능하게 한다.
• 전체 네트워크에 계산을 복제하는 대신 일부 노드에 계산을 분산시킴으로써 중복을 줄여 확장성을 달성한다.
• 검증 가능 비밀 공유를 통해 정확성을 보장하고 악성 행동을 탐지할 수 있으며, 실행 증명은 블록체인에 공개 감사 가능하게 저장된다.
• 플랫폼은 개인 데이터 마켓플레이스, 안전한 백엔드, 블라인드 전자 투표, 탈중앙화된 신원 관리 등 다양한 응용 분야를 지원한다.
• 보증금과 수수료 기반 보상과 같은 인센티브 메커니즘은 노드의 정직성과 계산의 공정성을 보장한다.
• 시스템은 데이터 공유를 취소 가능하게 한다: 사용자는 원본 데이터를 어느 제3자도 볼 수 없도록 제어를 유지하고 액세스 권한을 취소할 수 있다.