zk-SNARK / zk-STARK

개요

zk-SNARK(Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)와 zk-STARK(Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)는 사용자가 어떤 정보를 알고 있다는 사실만을 증명하고, 그 정보 자체는 공개하지 않는 영지식 증명(Zero-Knowledge Proof) 기술입니다. 블록체인의 확장성, 개인정보 보호, 정합성 검증 등을 위한 핵심 기술로 자리잡고 있으며, DeFi, Rollup, DID, DAO 등 다양한 Web3 분야에서 활용되고 있습니다.

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1. 개념 및 정의

• 영지식 증명(ZKP): “내가 어떤 정보를 알고 있다”는 사실을, 그 정보를 공개하지 않고 증명하는 암호학적 방법
• zk-SNARK: 짧고(Concise), 빠르게 검증되며(Non-interactive), 신뢰 설정이 필요한 ZKP 방식
• zk-STARK: 확장성(Scalable)과 투명성(Transparent)을 강화한, 신뢰 설정 없는 ZKP 방식

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2. zk-SNARK / zk-STARK 비교

항목	zk-SNARK	zk-STARK
신뢰 설정(Trusted Setup)	필요 (공통 설정 생성자 존재)	불필요 (투명한 증명 생성 가능)
증명 크기	매우 작음 (~hundreds of bytes)	비교적 큼 (KB~MB 수준)
생성 시간	짧음	비교적 김
검증 시간	매우 빠름	빠름
양자 내성	낮음	높음 (양자 컴퓨터 안전성 확보)
채택 예시	Zcash, Loopring, Aztec	StarkNet, Immutable X, zkSync Era

각 방식은 사용 목적, 성능 요건, 보안 정책에 따라 선택됩니다.

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3. 작동 원리

단계	설명	기술 요소
1. Statement 정의	증명하고자 하는 명제를 수학적 표현	Ex. “내가 이 거래의 유효 서명자임”
2. 증명 생성	Prover가 비공개 입력과 알고리즘으로 증명 생성	Arithmetic circuits, Hash, Polynomial commitment
3. 증명 제출	Prover → Verifier로 짧은 증명 제출	zk-SNARK / zk-STARK 증명 객체
4. 검증	Verifier가 증명만으로 유효성 판단	무상호작용적 확인, 매우 빠름

증명 생성에는 시간이 걸리지만, 검증은 수 밀리초 단위로 빠르게 완료됩니다.

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4. 활용 사례

분야	적용 방식	대표 프로젝트
개인정보 보호	거래 내역 숨김, ID 비공개 인증	Zcash, Aztec, Tornado Cash
Layer 2 Rollup	zkRollup을 통한 확장성 확보	zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM
DID / VC	증명 가능한 신원 및 자격 검증	Polygon ID, Iden3, AnonCreds
게임 / NFT	상태 보호형 스마트 계약	Herodotus, zk-NFT 플랫폼
DeFi	주문, 대출 내역 프라이버시 보호	Aztec Connect, Aave Privacy Labs

영지식 증명은 프라이버시, 확장성, 신뢰성 등 다양한 블록체인 요구를 해결합니다.

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5. 장점과 한계

구분	장점	한계 및 고려사항
프라이버시 강화	정보 자체 공개 없이 유효성 입증	규제 기관의 투명성 요구와 충돌 가능성
확장성 확보	오프체인 연산 후 온체인 검증	증명 생성 시 계산 비용 존재
무상호작용	단일 메시지로 검증 가능	유연한 커뮤니케이션은 제한적
Web3 호환성	다양한 체인/앱과 통합 가능	개발 난이도 및 도구 부족 이슈 존재

기술적 진입 장벽이 높지만, Web3 혁신에는 필수적인 핵심 기술입니다.

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6. 향후 전망

• zkEVM의 상용화: zk 기술 기반 EVM 완전 호환 체인 확산 (Polygon zkEVM, Scroll 등)
• L1/L2 간 상호운용성 증대: 다중 체인에서 zk 증명 공유 및 인증 가능성 증가
• ZK 기반 DID·VC 보급 확대: 디지털 신원 생태계의 개인정보 보호 핵심 수단으로 자리잡음
• ZKML(ZK + Machine Learning): AI 모델 검증, 온체인 AI 인증 등 차세대 융합 기대

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결론

zk-SNARK와 zk-STARK는 블록체인의 프라이버시, 확장성, 검증 효율성을 동시에 해결하는 영지식 증명 기술로, Web3의 핵심 인프라로 자리잡고 있습니다. 각 방식은 신뢰 설정 유무, 증명 속도와 크기, 양자 내성 등에서 차별화되며, 앞으로는 zkEVM, DID, 디파이, AI와의 융합 등을 통해 더욱 광범위한 활용이 기대됩니다.