영지식 증명을 활용한 DePIN의 자격 증명 기반 장치 등록

2.1 DePIN 신뢰 격차

DePIN은 온체인 토큰 보상을 트리거하기 위해 오프체인 장치 데이터(예: 센서 판독값, 위치 증명)에 의존합니다. 이는 검증 가능성의 심연을 만듭니다. 블록체인은 "50 Mbps 대역폭"을 보고하는 장치가 실제로 그것을 보유하고 있는지, 또는 센서가 보정되어 주장된 위치에 배치되었는지를 자율적으로 검증할 수 없습니다. 현재 상태는 종종 오라클이나 장치 소유자에 대한 맹목적인 신뢰를 포함하며, 이는 중앙 집중식 실패 지점입니다.

2.2 온체인 대 오프체인 검증 딜레마

기존 솔루션은 다음과 같은 절충을 제시합니다:

• 온체인 검증: 장치 자격 증명(예: 제조업체의 서명된 인증서)을 직접 온체인에 저장하고 확인하는 것은 투명하지만, 잠재적으로 기밀인 상업적 또는 개인 데이터(예: 정확한 하드웨어 사양, 일련번호, 소유자 신원)를 유출합니다.
• 오프체인 검증: 검증 로직을 오프체인(예: 신뢰할 수 있는 오라클)에 유지하는 것은 프라이버시를 보존하지만, DePIN이 제거하려는 바로 그 중앙 집중화와 신뢰 가정을 다시 도입합니다.

본 논문은 이를 핵심 문제로 규정합니다: 자격 증명 속성의 기밀성을 유지하면서 어떻게 장치 자격 증명에 대한 신뢰할 필요 없는 탈중앙 검증을 수행할 수 있을까?

3.1 시스템 모델 및 아키텍처

CDR 프레임워크는 네 가지 핵심 행위자를 포함하는 논리적 흐름을 도입합니다:

1. 발급자: 장치 속성을 증명하는 검증 가능한 자격 증명을 발급하는 신뢰할 수 있는 주체(예: 장치 제조업체, 인증 기관).
2. 장치/증명자: VC를 보유하고 등록 과정에서 자격 증명 유효성을 증명해야 하는 물리적 장치(또는 그 소유자).
3. 스마트 계약/검증자: 등록 정책(예: "장치는 ≥8GB RAM을 가져야 함")을 정의하고 ZK 증명을 검증하는 온체인 로직.
4. DePIN 네트워크: 성공적인 등록 후 장치를 허용하는 더 넓은 응용 프로그램.

3.2 영지식 증명(ZKP)의 역할

ZKP는 딜레마를 해결하는 암호화 엔진입니다. 장치는 스마트 계약에게 다음 진술을 납득시키는 증명 $\pi$를 생성할 수 있습니다: "나는 발급자 X로부터 유효한 자격 증명을 보유하고 있으며, 그 자격 증명 내의 속성들이 정책 Y(예: RAM > 8GB)를 충족합니다. 실제 자격 증명이나 특정 속성 값을 공개하지 않고도." 이를 통해 완벽한 프라이버시 하에 정책 집행이 가능해집니다.

4.1 증명 시스템 선택: Groth16 대 Marlin

본 논문은 두 가지 주요 zkSNARK 시스템을 평가합니다:

• Groth16: 작은 증명 크기와 빠른 검증으로 유명한 고효율 페어링 기반 증명 시스템입니다. 그러나 각 회로마다 신뢰 설정이 필요합니다.
• Marlin: 보다 최근의 범용적이고 업데이트 가능한 SNARK입니다. 이는 범용 구조화 참조 문자열(SRS)을 사용하여 여러 다른 회로에 대해 단일 신뢰 설정을 허용하여 더 큰 유연성을 제공합니다.

4.2 실험 결과 및 성능 절충

실험은 아래 개념 차트에 시각화된 중요한 엔지니어링 절충을 보여줍니다:

6.1 수학적 공식화

CDR을 위한 핵심 ZK 진술은 공식화될 수 있습니다. 다음과 같이 정의합니다:

• $C$를 장치의 자격 증명, 발급자 $I$로부터의 서명된 데이터 구조: $C = \{attr_1, attr_2, ..., sig_I\}$.
• $\Phi$를 발급자 $I$에 대한 공개 검증 키.
• $\mathcal{P}$를 공개 등록 정책(예: $attr_{ram} > 8$).
• $w = (C, private\_attrs)$를 증명자의 비밀 증인.

장치는 관계 $R$에 대한 zkSNARK 증명 $\pi$를 생성합니다:

$R = \{ (\Phi, \mathcal{P}; w) : \text{VerifySig}(\Phi, C) = 1 \ \wedge \ \text{CheckPolicy}(\mathcal{P}, C) = 1 \}$

스마트 계약은 $\Phi$와 $\mathcal{P}$만 알고 $w$를 알지 못한 채 $\pi$가 진술의 진실임을 납득하기 위해 $\pi$를 검증할 수 있습니다.

6.2 분석 프레임워크: 가상 DePIN 사용 사례

시나리오: 탈중앙 무선 네트워크(Helium 5G와 유사)가 핫스팟 제공자에게 자신의 장비가 최소 안테나 이득을 가지며 지리적으로 포화된 셀에 위치하지 않음을 증명하여 전체 보상을 받도록 요구합니다.

CDR 적용:

1. 발급: 승인된 안테나 제조업체가 장치의 보안 요소에 VC를 발급하며, `model: ABC-123`, `gain: 5dBi`, `serial: XYZ789`와 같은 속성에 서명합니다.
2. 등록 증명: 장치 소프트웨어는 다음을 증명하는 ZK 증명을 구성합니다: "내 VC는 제조업체 M에 의해 유효하게 서명되었으며, `gain` 속성 > 3dBi이고, `serial` 번호는 공개 폐기 목록(머클 트리 비소속 증명)에 없습니다. 정확한 일련번호나 이득을 공개하지 않고." 신뢰할 수 있는 하드웨어를 통한 별도의 위치 증명이 결합될 수 있습니다.
3. 온체인 정책: 네트워크의 스마트 계약은 정책 $\mathcal{P}_{5G} = (gain > 3, location\_cell \not\_saturated)$를 보유합니다. 이는 단일의 간결한 증명 $\pi$를 검증합니다.
4. 결과: 장치는 "검증됨" 상태로 등록되어 더 높은 보상 등급을 받을 자격을 얻으며, 정확한 하드웨어 사양과 일련번호는 소유자와 제조업체 사이에서 기밀로 유지됩니다.