마이크로소프트 리서치의 영지식 가상 머신(zkVM) Magnetar는 Rust, Go, C로 작성한 프로그램의 실행을 증명하고, 결과와 함께 누구나 밀리초 단위로 확인할 수 있는 짧은 증명을 만든다. 마이크로소프트 리서치에 따르면 노트북에서 기존의 가장 빠른 유사 시스템보다 벤치마크 프로그램 기준 평균 10~39배 빠르며, 보안은 표준 해시 함수에만 의존한다.
영지식 증명은 프로그램을 다시 실행하거나 실행자를 신뢰하지 않고도 결과가 올바르게 나왔는지 확인하게 한다. 증명은 프로그램 입력을 공개하지 않고도 확인할 수 있다. 마이크로소프트 리서치는 AI 에이전트가 정책을 준수했음을 증명하거나 금융기관이 거래 내역을 공개하지 않고 처리의 정확성을 입증하는 사례를 활용 가능성으로 제시한다.
Magnetar는 오픈 프로세서 아키텍처 RISC-V의 실행을 증명한다. 개발자는 Rust, Go, C 프로그램을 평소처럼 컴파일하면 되며, 암호학적 회로로 프로그램을 직접 다시 작성할 필요가 없다. 마이크로소프트 리서치는 이를 통해 기업 정책, 데이터 처리 파이프라인, 이더리움 가상 머신(EVM) 인터프리터 같은 프로그램도 기존 엔지니어가 작성한 그대로 증명할 수 있다고 설명한다.
마이크로소프트 리서치가 제시한 성능 수치는 노트북에서 초당 720만~870만 프로세서 명령을 증명한 결과다. 암호학적 해시부터 소형 EVM 인터프리터의 토큰 전송까지 15개 벤치마크 프로그램을 같은 기기에서 비교했을 때, 기존의 가장 빠른 zkVM보다 평균 10~39배 빨랐다. 토큰 전송 벤치마크에서는 다른 두 시스템보다 300배 넘게 빨랐다. 최적화된 Magnetar는 초당 950만~1,280만 사이클을 증명하며, 이 경우 제시된 속도 향상 폭은 약 1.3배 커진다. 증명 검증에는 약 12밀리초가 걸린다.
보안은 SHA-256이나 SHA-3 같은 표준 해시 함수에 기반한다. 마이크로소프트 리서치는 Magnetar가 타원곡선, 격자, 특수 목적 해시 함수, 신뢰 설정, 오류 정정 코드에 관한 미증명 추측에 의존하지 않는다고 설명한다. 또 증명 확인은 주로 표준 해시 함수와 이진체 연산으로 이뤄진다. 계산을 여러 조각으로 나눠 증명한 뒤 결합할 수 있어 임의 크기의 계산과 원장·블록체인처럼 장시간 실행되는 시스템도 다룰 수 있다는 것이 마이크로소프트 리서치의 설명이다.
연구 배경과 자료
마이크로소프트 리서치는 10년 넘게 영지식 증명과 검증 가능한 컴퓨팅을 연구해 왔다. 기존 방식은 증명 생성에 큰 계산 비용이 들거나, 일반 프로그램을 쓰기 어렵거나, 양자 컴퓨터에 취약할 수 있는 암호학에 의존하는 문제가 있었다. Magnetar는 Spartan, Phalanx, Nova 계열 연구와 해시 기반 커밋먼트 및 프로세서 실행 증명 연구를 결합한 결과다.
관련 연구로는 Spartan, Phalanx, Nova, HyperNova, NeutronNova, Neo와 SuperNeo, Brakedown, Spice, Lasso, Nebula, Twist and Shout, Jolt, Vega, BinarySpartan, Ligerito, 링 스위칭이 있다. Vega는 정부 신원 증명서의 사실을 10분의 1초 미만에 증명하는 데 적용됐다(관련 설명).
Magnetar의 기술 논문에는 설계와 보안 분석, 측정 결과가 담겼다. 마이크로소프트의 양자 안전 암호 전환 계획과 2029년 목표는 회사 발표에 설명돼 있다.
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