[논문 리뷰] zkFi: Privacy-Preserving and Regulation Compliant Transactions using Zero Knowledge Proofs

Chaudhary, Amit|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 02.

Privacy, Security, and Data ProtectionSocial Sciences인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 영구적 증명(ZKPs)을 사용하여 다중 블록체인 DeFi 및 웹3 애플리케이션 간에 프라이버시를 보장하면서도 규제 준수를 이룰 수 있는 중간계층 솔루션인 zkFi를 소개한다. 이는 플러그-앤플레이 SDK를 통해 ZKP의 복잡성을 추상화하고, 메타마스크 스냅을 통한 계정 추상화를 지원하며, 선택적 탈동명화를 통한 내장형 AML 준수 기능을 제공하여 개발자가 핵심 기능에 집중할 수 있도록 한다. 깊은 ZKP 전문 지식 없이도 개발이 가능하다.

ABSTRACT

We propose a middleware solution designed to facilitate seamless integration of privacy using zero-knowledge proofs within various multi-chain protocols, encompassing domains such as DeFi, gaming, social networks, DAOs, e-commerce, and the metaverse. Our design achieves two divergent goals. zkFi aims to preserve consumer privacy while achieving regulation compliance through zero-knowledge proofs. These ends are simultaneously achievable. zkFi protocol is designed to function as a plug-and-play solution, offering developers the flexibility to handle transactional assets while abstracting away the complexities associated with zero-knowledge proofs. Notably, specific expertise in zero-knowledge proofs (ZKP) is optional, attributed to zkFi's modular approach and software development kit (SDK) availability.

연구 동기 및 목표

• 블록체인 애플리케이션에서 사용자 프라이버시와 규제 준수라는 이중 과제를 해결하기 위해.
• 다중 체인 EVM 프로토콜 기반으로 개발 중인 개발자가 영구적 증명(ZKPs)을 통합하는 데 복잡성을 줄이기 위해.
• 사용자 경험 또는 개발자 유연성을 희생시키지 않고도 프라이버시와 준수를 원활하게 통합하기 위해.
• 저수준 ZKP 구현 세부 정보를 추상화하는 모듈형이고 조합 가능한 중간계층 솔루션을 제공하기 위해.
• 보안적이고 준수 가능하며 사용자 우호적인 프라이버시 인프라를 제공하여 블록체인의 대중적 채택을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 시스템은 영구적 증명의 정당성과 지식을 입증하기 위해, 특히 Groth16을 사용한 zkSNARKs를 활용하여 민감한 데이터를 드러내지 않은 채로 짧고 비상호작용적인 증거를 생성한다.
• 사용자 자산 잔액을 암호화하고 검증하기 위해 메르클 트리 데이터 구조를 사용하며, 색인 또는 원본 이미지를暴露하지 않고도 효율적인 포함 증거를 가능하게 한다.
• ZKP의 타당성을 확보하기 위해 필요한 암호학적 매개변수를 생성하기 위해 신뢰할 수 있는 설정 의식(powers-of-tau)을 수행하며, 설정 후 비밀값을 파괴하여 조작을 방지한다.
• 프로토콜은 계정 추상화를 지원하고, 사용자 경험 향상과 월렛 간 상호운용성을 높이기 위해 메타마스크 스냅과 통합한다.
• 불법 활동을 추적할 수 있도록 허가된 기관이 필요에 따라 선택적 탈동명화를 허용하는 준수 모듈을 통해 AML 준수를 실현한다.
• SDK는 ZKP 논리를 추상화하여 개발자가 영구적 증명 암호학에 대한 숙련도 없이도 프라이버시 기능을 쉽게 통합할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자 프라이버시와 규제 준수 요구사항을 동시에 충족하는 프라이버시 보장 블록체인 솔루션을 구축할 수 있는가?
• RQ2 영구적 증명(ZKPs)을 개발자 友好的 중간계층으로 추상화하여 다중 블록체인 DeFi 및 웹3 애플리케이션 간에 쉽게 통합할 수 있는가?
• RQ3 세금 회피 방지(AML) 준수를 위해 강력한 프라이버시와 추적 가능성을 균형 있게 유지할 수 있는 아키텍처 패턴은 무엇인가?
• RQ4 보안이나 탈중앙화를 희생시키지 않고도 프라이버시 보장 애플리케이션에서 사용자 경험을 유지할 수 있는가?
• RQ5 플러그-앤플레이 SDK는 ZKP 기반 프라이버시를 구현하고자 하는 개발자가 깊은 암호학 지식 없이도 접근 장벽을 낮출 수 있는가?

주요 결과

• zkFi 중간계층은 복잡한 ZKP 논리를 추상화하여 개발자가 애플리케이션에 프라이버시와 준수를 최소한의 코드 변경으로 통합할 수 있도록 한다.
• 시스템은 zkSNARKs를 사용하여 송금자, 수신자, 금액, 스마트 계약 데이터를 드러내지 않고도 거래의 타당성을 입증함으로써 종단 간 프라이버시를 달성한다.
• 선택적 탈동명화를 통한 내장형 준수 기능은 허가된 기관이 악성 행위자를 추적할 수 있도록 하면서도 정상 사용자의 프라이버시를 유지한다.
• 기본적으로 암호화된 메르클 트리의 사용은 색인이나 원본 이미지를暴露하지 않으면서도 사용자 자산 상태의 효율적이고 안전한 검증을 보장한다.
• 메타마스크 스냅 및 계정 추상화 통합은 UX를 향상시켜 비기술 사용자도 프라이버시 기능을 쉽게 접근할 수 있도록 한다.
• SDK 기반 접근 방식은 개발 오버헤드를 줄이고, 이더리움, 폴리곤, 옵티미즘, 어리비트와 같은 EVM 기반 블록체인 전반에 걸쳐 프라이버시 기능의 빠른 배포를 가능하게 한다.