Verifiable Delay Function (VDF)

개요

Verifiable Delay Function(VDF)은 계산에는 일정 시간이 필요하지만, 누구나 짧은 시간에 결과를 검증할 수 있는 함수입니다. VDF는 탈중앙화 환경에서 공정한 무작위성(RNG), 시각적 증명, 블록 생성 순서 보장 등 다양한 용도에 활용되며, 특히 이더리움 2.0, Chia Network, Filecoin 등에서 핵심 기술로 채택되고 있습니다. 본 글에서는 VDF의 개념, 원리, 암호학적 기반, 활용 사례를 종합적으로 소개합니다.

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1. 개념 및 정의

• **VDF(Verifiable Delay Function)**는 다음 조건을 만족하는 함수입니다:
  • 순차적으로만 계산이 가능하다 (병렬화 불가)
  • 계산은 느리지만 검증은 매우 빠르다
  • 단일 입력값에 대해 항상 동일한 출력값을 반환한다 (Deterministic)
• 이러한 특성은 무작위성과 지연이 동시에 필요한 환경에 최적화되어 있습니다.

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2. 작동 원리

단계	설명	예시
입력	함수에 입력값을 제공	Seed, Timestamp 등
연산	순차 연산을 반복 수행 (T번)	Squaring, Hash chaining 등
출력	최종 결과값과 증명값 생성	(Output, Proof) 쌍 반환
검증	누구나 빠르게 결과를 검증	공개 검증 알고리즘 활용

대표적인 구현에는 RSA 모듈로 기반의 Wesolowski VDF, Pietrzak VDF 등이 있습니다.

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3. VDF vs 기타 지연/무작위 함수 비교

항목	VDF	VRF (Verifiable Random Function)	Delay Puzzle
지연 강제성	순차 계산 필수	없음 (즉시 계산 가능)	병렬 계산 가능
검증 속도	매우 빠름	빠름	느림
무작위성 보장	보조 기법과 결합 시 가능	강한 무작위성 제공	낮음
적용 예	블록 순서, RANDAO 보완	블록체인 무작위 선출	초기 PoW 설계 등

VDF는 '계산 지연 + 빠른 검증'이라는 특징으로 차세대 블록체인에 적합합니다.

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4. 주요 활용 사례

프로젝트	적용 방식	설명
Ethereum 2.0	RANDAO + VDF로 무작위성 생성	검증자 랜덤 선택 강화
Chia Network	VDF로 지연 증명 기반 블록 생성	타임스페이스 기반 PoST 구조 핵심
Filecoin	VDF로 시간 기반 저장 증명 구현	PoRep(복구 증명)에 활용
Drand	탈중앙 난수 네트워크	BLS 서명 + VDF 기반 난수 분배
Protocol Labs	블록체인 보안 실험	비공개 VDF 테스트넷 운영

VDF는 무작위성, 공정성, 확정성을 요구하는 다양한 환경에서 사용됩니다.

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5. 장점과 기술 과제

구분	장점	기술 과제
보안성	병렬 공격 방지, 증명 위변조 불가	고속 하드웨어(VDF ASIC) 필요
공정성	시간 기반 계산으로 무작위성 강화	중앙화된 연산자 리스크 존재
탈중앙화 적합성	순차 연산으로 조작 어려움	계산 효율성과 에너지 소비 고려
확장성	다양한 블록체인 구조와 호환 가능	초기화 비용, 초기 신뢰 설정 과제

VDF는 암호학·하드웨어·시스템 설계의 융합이 필요한 기술입니다.

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6. 향후 전망

• 이더리움 이후 주요 블록체인에서 무작위 생성 및 공정한 선출 메커니즘의 핵심 기술로 확산 예정
• ZK-SNARK, MPC, Trusted Setup 등과 함께 차세대 프라이버시/무신뢰성 프로토콜과 결합될 전망
• VDF ASIC 개발 경쟁 가속화로 실제 상용 서비스 적용 가능성 증가
• Web3, DePIN, 탈중앙 로또, 투표 시스템 등으로 활용 영역 확대

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결론

Verifiable Delay Function(VDF)은 블록체인 생태계의 공정한 무작위성과 탈중앙화 강화를 위한 핵심 암호 기술입니다. 계산 지연을 전제로 하되 누구나 검증할 수 있는 구조는 PoS, 무작위 선출, 분산 난수 생성 등 다양한 분야에 적용되고 있으며, 향후 Web3와 함께 발전할 차세대 컴퓨팅 패러다임의 기반이 될 것으로 기대됩니다.