TypeScript 영지식 증명: 타입 안전성을 갖춘 개인 정보 보호 기술

오늘날의 디지털 환경에서 개인 정보 보호는 가장 중요합니다. 개발자로서 우리는 사용자 데이터를 보호하고 안전한 상호 작용을 보장하는 애플리케이션을 구축해야 할 책임이 있습니다. 영지식 증명(ZKP)은 한 당사자(증명자)가 다른 당사자(검증자)에게 진술의 유효성 외에 어떤 정보도 공개하지 않고 진술이 참임을 증명할 수 있도록 하는 암호화 기술입니다. 이 기술은 금융 및 의료에서 투표 시스템 및 공급망 관리에 이르기까지 다양한 산업에 혁명을 일으키고 있습니다.

이 블로그 게시물에서는 ZKP의 세계를 자세히 살펴보고 TypeScript를 사용한 구현 및 사용에 중점을 둡니다. 강력한 타입 시스템을 갖춘 TypeScript는 안전하고 신뢰할 수 있는 ZKP 애플리케이션을 개발하기 위한 강력한 환경을 제공합니다. 기본적인 개념, 실제 예제, ZKP와 TypeScript의 타입 안전성 기능을 결합할 때의 이점을 살펴보겠습니다.

영지식 증명이란 무엇입니까?

핵심적으로 영지식 증명은 증명자와 검증자의 두 당사자 간의 프로토콜입니다. 증명자는 지식 자체를 밝히지 않고 특정 지식을 가지고 있거나 특정 조건을 충족한다는 것을 검증자에게 확신시키는 것을 목표로 합니다. Alice가 Bob에게 스도쿠 퍼즐의 해답을 보여주지 않고 해답을 알고 있다는 것을 증명하고 싶어하는 시나리오를 상상해 보십시오. ZKP를 사용하면 그녀가 그렇게 할 수 있습니다.

영지식 증명의 주요 속성:

• 완전성: 진술이 참이면 정직한 증명자가 정직한 검증자를 설득할 수 있습니다.
• 건전성: 진술이 거짓이면 어떤 증명자도 정직한 검증자를 설득할 수 없습니다.
• 영지식: 검증자는 진술의 유효성 외에는 아무것도 배우지 않습니다.

영지식 증명의 유형:

여러 유형의 ZKP가 존재하며 각 유형에는 고유한 강점과 약점이 있습니다. 가장 눈에 띄는 것 중 일부는 다음과 같습니다.

• zk-SNARKs(Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive ARguments of Knowledge): 작은 증명 크기와 빠른 검증 시간으로 유명하여 온체인 애플리케이션에 적합합니다. 그러나 종종 신뢰할 수 있는 설정이 필요합니다.
• zk-STARKs(Zero-Knowledge Scalable Transparent ARguments of Knowledge): 신뢰할 수 있는 설정이 필요하지 않으므로 더 큰 확장성과 투명성을 제공합니다. 그러나 일반적으로 증명 크기가 더 커집니다.
• Sigma 프로토콜: Fiat-Shamir 휴리스틱을 사용하여 비대화형으로 만들 수 있는 대화형 프로토콜입니다.

영지식 증명에 TypeScript를 사용하는 이유는 무엇입니까?

TypeScript는 ZKP 애플리케이션 개발에 몇 가지 이점을 제공합니다.

• 타입 안전성: TypeScript의 정적 타이핑 시스템은 개발 프로세스 초기에 오류를 포착하여 버그 위험을 줄이고 코드 안정성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 이는 복잡한 암호화 알고리즘을 다룰 때 매우 중요합니다.
• 코드 유지 관리 용이성: 객체 지향 프로그래밍 및 모듈성에 대한 TypeScript의 지원은 코드를 더 쉽게 이해하고 유지 관리하고 확장할 수 있도록 합니다.
• 향상된 개발자 경험: TypeScript는 자동 완성, 리팩토링 및 디버깅 지원을 포함한 훌륭한 도구를 제공하여 개발자 생산성을 향상시킵니다.
• JavaScript 호환성: TypeScript는 JavaScript로 컴파일되어 광범위한 플랫폼 및 브라우저와의 호환성을 보장합니다.

TypeScript ZKP 개발 환경 설정

코드를 살펴보기 전에 개발 환경을 설정해 보겠습니다. Node.js, npm(또는 yarn) 및 VS Code와 같은 코드 편집기가 필요합니다.

1. Node.js 및 npm 설치: 공식 웹사이트(nodejs.org)에서 Node.js를 다운로드하여 설치합니다. npm은 일반적으로 Node.js에 포함되어 있습니다.
2. TypeScript 설치: 터미널을 열고 다음을 실행합니다. npm install -g typescript
3. Circom 및 SnarkJS 설치(zk-SNARKs를 사용하는 경우): 이러한 도구는 zk-SNARK용 회로를 정의하고 컴파일하는 데 필수적입니다. 다음을 사용하여 전역적으로 설치합니다. npm install -g circom snarkjs
4. 새 TypeScript 프로젝트 만들기: 프로젝트에 대한 새 디렉토리를 만들고 TypeScript 프로젝트를 초기화합니다. mkdir my-zkp-project && cd my-zkp-project && tsc --init
5. 필요한 라이브러리 설치: 큰 숫자를 처리하거나 암호화 작업을 수행하는 데 필요한 기타 라이브러리를 설치합니다. 예를 들어: npm install snarkjs circomlib @noble/curves

예제: TypeScript를 사용한 간단한 zk-SNARK

Circom 및 SnarkJS를 사용하여 기본 zk-SNARK 예제를 설명하겠습니다. 이 예제에서는 x * x * x + x == 35인 비밀 값 'x'에 대한 지식을 증명합니다.

1. Circom 회로 정의(circuit.circom):

```circom pragma circom 2.0.0; template MyCircuit() { signal input x; signal output out; signal sqr <-- x * x; signal cube <-- sqr * x; out <== cube + x; out === 35; } component main {public: out} = MyCircuit(); ```

이 회로는 간단한 계산인 `x^3 + x = 35`를 정의합니다. 목표는 값을 밝히지 않고 'x'에 대한 지식을 증명하는 것입니다.

2. Circom 회로 컴파일:

Circom 컴파일러를 사용하여 R1CS(Rank-1 제약 시스템) 표현과 WASM 코드를 생성합니다.

```bash circom circuit.circom --r1cs --wasm ```

3. 증명 및 검증 키 생성:

SnarkJS는 신뢰할 수 있는 설정을 수행하고 증명 및 검증 키를 생성하는 데 사용됩니다. 중요: 프로덕션 환경에서는 취약점을 방지하기 위해 보안 다자간 계산(MPC)을 사용하여 신뢰할 수 있는 설정을 수행해야 합니다.

```bash snarkjs powersoftau new bn128 12 powersOfTau2_12.ptau snarkjs powersoftau prepare phase2 powersOfTau2_12.ptau powersOfTau2_12_final.ptau snarkjs plonk setup circuit.r1cs powersOfTau2_12_final.ptau circuit.zkey ```

4. 증인 생성:

주어진 입력에 대해 회로의 모든 신호 값을 포함하는 증인을 생성하기 위해 TypeScript 파일(예: `generate_witness.ts`)을 만듭니다.

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function generateWitness() { const input = { x: 3 }; // 비밀 값 'x' const witness = await groth16.fullProve(input, "circuit_js/circuit.wasm", "circuit.zkey"); fs.writeFileSync("witness.json", JSON.stringify(witness, null, 2)); console.log("증인이 성공적으로 생성되었습니다!"); } generateWitness(); ```

npm을 사용하여 `snarkjs`를 설치합니다. npm install snarkjs. 그런 다음 TypeScript 파일을 실행합니다. ts-node generate_witness.ts. `ts-node`를 설치해야 할 수도 있습니다. npm install -g ts-node

5. 증명 생성:

`generate_witness.ts` 파일을 수정하여 증명도 생성합니다.

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function generateWitnessAndProof() { const input = { x: 3 }; // 비밀 값 'x' const { proof, publicSignals } = await groth16.fullProve(input, "circuit_js/circuit.wasm", "circuit.zkey"); fs.writeFileSync("proof.json", JSON.stringify(proof, null, 2)); fs.writeFileSync("public.json", JSON.stringify(publicSignals, null, 2)); console.log("증명이 성공적으로 생성되었습니다!"); } generateWitnessAndProof(); ```

스크립트를 실행합니다. ts-node generate_witness.ts.

6. 증명 확인:

생성된 증명을 확인하기 위해 다른 TypeScript 파일(예: `verify_proof.ts`)을 만듭니다.

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function verifyProof() { const vKey = JSON.parse(fs.readFileSync("circuit.vkey").toString()); const proof = JSON.parse(fs.readFileSync("proof.json").toString()); const publicSignals = JSON.parse(fs.readFileSync("public.json").toString()); const verified = await groth16.verify(vKey, publicSignals, proof); if (verified) { console.log("증명이 성공적으로 확인되었습니다!"); } else { console.log("증명 확인에 실패했습니다."); } } verifyProof(); ```

확인 스크립트를 실행하기 전에 `.zkey` 파일에서 확인 키를 내보냅니다.

```bash snarkjs zkey export verificationkey circuit.zkey circuit.vkey ```

확인 스크립트를 실행합니다. ts-node verify_proof.ts.

이 예제에서는 Circom, SnarkJS 및 TypeScript를 사용하여 zk-SNARK를 만들고 확인하는 기본 워크플로를 보여줍니다. 이는 단순화된 예이지만 관련된 주요 단계를 강조합니다.

TypeScript ZKP의 실제 사용 사례

ZKP는 다양한 산업 분야에서 응용 프로그램을 찾고 있습니다.

• 탈중앙화 금융(DeFi): DeFi 프로토콜에서 사용자 개인 정보를 보호하고, 기밀 거래를 활성화하고, 민감한 정보를 공개하지 않고 대출 담보를 확인합니다. 예를 들어 탈중앙화 거래소(DEX)에서 거래 금액과 송신자/수신자 ID를 숨깁니다.
• 공급망 관리: 민감한 공급업체 정보를 공개하지 않고 상품의 진위 및 원산지를 확인합니다. 이는 위조를 방지하고 윤리적인 소싱을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 특정 공장 세부 정보를 공개하지 않고 제품의 원산지 및 인증을 증명합니다.
• 투표 시스템: 개별 유권자 선호도를 밝히지 않고 투표를 확인할 수 있는 안전하고 개인적인 전자 투표 시스템을 구축합니다. 이는 공정하고 투명한 선거를 보장합니다.
• 의료: 의료 데이터를 안전하고 개인적으로 공유합니다. 환자는 전체 병력을 밝히지 않고 특정 건강 기준을 충족한다는 것을 증명할 수 있습니다. 예를 들어 다른 의료 상태를 공개하지 않고 질병에 대한 면역을 증명합니다.
• ID 관리: 민감한 개인 정보를 공개하지 않고 사용자 ID를 확인합니다. 사용자는 정확한 생년월일을 공개하지 않고 특정 연령 이상임을 증명할 수 있습니다.
• 기계 학습: 기본 데이터를 공개하지 않고 기계 학습 모델 및 데이터 세트의 무결성을 확인합니다. 이는 공정성을 보장하고 편향을 방지하는 데 중요합니다.

고급 주제 및 고려 사항

기본 사항 외에도 몇 가지 고급 주제를 탐구할 가치가 있습니다.

• 적합한 ZKP 시스템 선택: 적절한 ZKP 시스템(zk-SNARKs, zk-STARKs 등)을 선택하는 것은 증명 크기, 확인 시간 및 보안 가정과 같은 요소를 고려하여 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 달라집니다.
• 사용자 지정 회로 구현: 효율적이고 안전한 회로를 설계하는 것은 ZKP 성능을 최적화하는 데 중요합니다. 이를 위해서는 기본 암호화 원리에 대한 깊은 이해와 제약 조건에 대한 신중한 고려가 필요합니다.
• 대규모 데이터 세트 처리: ZKP 애플리케이션에서 대규모 데이터 세트를 처리하는 것은 어려울 수 있습니다. Merkle 트리 및 재귀적 ZKP와 같은 기술을 사용하여 확장성을 향상시킬 수 있습니다.
• 보안 감사: ZKP 구현에서 잠재적인 취약점을 식별하고 완화하려면 철저한 보안 감사가 필수적입니다. 경험이 풍부한 보안 연구원과 협력하여 코드 및 회로 설계를 검토하십시오.
• 성능 최적화: ZKP 애플리케이션의 성능을 최적화하는 것은 실제 배포에 매우 중요합니다. 코드 및 회로를 프로파일링하면 병목 현상 및 개선 영역을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

TypeScript ZKP 애플리케이션 개발을 위한 모범 사례

TypeScript ZKP 애플리케이션을 개발할 때 따라야 할 몇 가지 모범 사례는 다음과 같습니다.

• 보안 우선 순위 지정: 보안은 개발 프로세스 전반에 걸쳐 최우선 순위가 되어야 합니다. 설정된 암호화 라이브러리를 사용하고 보안 모범 사례를 따르십시오.
• 명확하고 간결한 코드 작성: 이해하고 유지 관리하기 쉬운 코드를 작성하십시오. 의미 있는 변수 이름을 사용하고 복잡한 논리를 설명하는 주석을 추가하십시오.
• 철저한 테스트: 코드가 올바르게 작동하고 공격에 강한지 확인하기 위해 코드를 철저히 테스트하십시오. 단위 테스트, 통합 테스트 및 퍼즈 테스트를 사용하여 다양한 시나리오를 다루십시오.
• 코드 문서화: 코드를 명확하고 포괄적으로 문서화하십시오. 회로 설계, 암호화 프로토콜 및 API 사용에 대한 자세한 설명을 제공하십시오.
• 최신 상태 유지: ZKP 분야는 끊임없이 진화하고 있습니다. 애플리케이션이 안전하고 효율적인지 확인하기 위해 최신 연구 및 개발 정보를 확인하십시오.
• 린팅 및 포맷팅 사용: 린터 및 포맷터(예: ESLint, Prettier)를 사용하여 일관된 코드 스타일을 적용합니다.
• 모듈식 설계: 코드를 더 작고 재사용 가능한 모듈로 분할하여 유지 관리 가능성과 테스트 가능성을 향상시킵니다.

결론

영지식 증명은 다양한 영역에서 개인 정보 보호 및 보안에 혁명을 일으킬 수 있는 강력한 기술입니다. TypeScript의 타입 안전성 및 개발자 친화적인 기능을 활용하여 강력하고 신뢰할 수 있는 ZKP 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. ZKP 애플리케이션 개발에는 세부 사항에 대한 세심한 주의와 암호화에 대한 강력한 이해가 필요하지만 향상된 개인 정보 보호 및 보안의 이점으로 인해 가치 있는 노력이 됩니다. 기술이 성숙되고 도구가 개선됨에 따라 앞으로 ZKP가 더욱 널리 채택되어 사용자가 데이터에 대한 더 큰 제어권을 갖고 보다 안전하고 신뢰할 수 있는 디지털 세계를 조성할 것으로 예상할 수 있습니다.

이 게시물은 TypeScript ZKP의 세계를 탐험하기 위한 시작점을 제공합니다. 계속 학습하고 실험하고 성장하는 커뮤니티에 기여하여 개인 정보 보호 강화 기술의 미래를 형성하는 데 도움을 주십시오.