‘Onion Routing’이란 무엇인가?

Onion routing은 데이터의 source와 destination을 모두 숨기는 익명 통신 기술을 적용하여 사용자가 인터넷에서 거의 뚫을 수 없는 프라이버시와 익명을 달성하도록 돕는 네트워크 모델입니다. 일상적인 인터넷 사용은 큰 프라이버시 문제를 동반합니다. 이러한 문제에는 웹 사용자의 활동을 감시하고 엿보는 행위, 위치 추적, 데이터 유출, 신원 도용이 포함됩니다. 인터넷 서비스 제공업체(ISP), 정부 당국, 기술 기업, 사이버 범죄자들은 다양한 이유—대부분 비윤리적이고 악의적인 이유—로 사용자의 프라이버시를 침해합니다. ISP는 사용자의 웹 브라우징 기록을 판매해 수익을 올릴 수 있으며, 이러한 브라우징 행동은 부적절한 Ad 타깃팅에 사용될 수 있습니다. 온라인 프라이버시 침해의 악명 높은 사례는 Cambridge Analytica-Facebook 데이터 스캔들입니다.

설문조사는 online users’ privacy에 초점을 맞추어 2022년 초 시장 조사 및 컨설팅 회사 Ipsos가 수행했으며, “압도적인 다수(84%)가 자신이 인터넷에 제공하는 개인 데이터의 안전과 프라이버시가 최소한 어느 정도는 우려된다”고 밝혔습니다.

당국은 종종 big tech 기업들을 사용자의 프라이버시와 데이터 유출에 대해 책임을 묻고, 때로는 기업의 프라이버시 준수를 개선하기 위한 법률을 제정합니다. 유럽 연합(EU)은 2018년 5월 도입한 General Data Protection Regulation (GDPR)을 통해 EU 내 개인의 개인정보가 어떻게 처리되고 전송될 수 있는지를 규정합니다.

이러한 데이터 보호 및 프라이버시 법률을 제정하는 당국이 때때로 사용자 활동, 특히 금융 거래에 대한 부당한 감시와 추적을 저지르는 경우도 있습니다. National Security Agency (NSA) 내부 고발자 Edward Snowden이 유출하고 공개한 NSA, 통신사 및 기타 정부 기관이 운영하는 전 세계 감시 프로그램을 기억하시나요?

이러한 대규모 감시와 프라이버시 침해를 우회하는 입증된 방법 중 하나는 프라이버시 중심 기술에 기반한 검증된 통신 기법이나 프로토콜을 사용하는 것입니다.

The Onion Router (TOR)와 같은 소프트웨어 및 네트워크 시스템은 다중 계층 암호화를 제공합니다. TOR는 데이터 패킷을 송수신하기 위해 onion routing 방식을 사용합니다. 전 세계에 걸친 자원봉사 노드(서버) 네트워크가 TOR onion 라우팅 오버레이 네트워크를 구성합니다. Onion Routing을 사용하면 이러한 노드들이 암호화된 데이터 패킷을 감지되지 않도록 “홉”하게 전송합니다.

Onion routing은 연속적인 암호화 계층을 구축함으로써 암호화된 통신을 가능하게 합니다. 암호화된 패킷은 onion bulb의 층처럼 겹겹이 쌓입니다. 각 암호화 계층은 하나의 노드만이 읽을 수 있습니다. 데이터 송신자와 수신자 사이에 위치한 노드들은 intermediary nodes라고 불립니다. 각 중계 노드는 자신에게 해당하는 계층을 “벗겨냅니다”. 암호화된 계층은 중계 노드 사이를 이동하며 데이터가 목적지 노드에 도달하면 그 노드가 “peels off” 가장 안쪽의 암호화 계층을 제거합니다. 중계 노드들은 목적지나 전송된 데이터의 길이에 대해 전혀 알지 못합니다. 중계 노드가 “peeled off”하는 각 암호화 계층은 오직 previous hop (predecessor node)와 next hop (successor node)에 대한 정보만을 포함합니다.

출처: Wikimedia Commons

Onion routing을 사용하는 유용한 감시 회피 도구로는 인터넷에서 어떤 크기의 파일도 익명으로 공유할 수 있는 오픈소스 도구 OnionShare와 “지문”을 남기지 않고 웹을 개인적으로 탐색할 수 있는 TOR Browser가 있습니다.

Onion routing은 처음에 미국 해군 연구원들이 온라인 정보 통신을 보호하기 위한 통신 보안 프로토콜로 개발했습니다.

Onion routing 통신 도구는 언론인, 활동가, 법 집행 기관 및 악의적인 행위자들에 의해 온라인에서 안전한 통신을 위해 널리 사용됩니다.

블록체인과 프라이버시

프라이버시 문제는 Web3와 비트코인에서도 존재합니다. 비트코인 거래는 (키와 해시와 같은 별명을 사용해 기록을 유지하고 실제 신원 정보를 사용하지 않음)이라는 가명성을 가지고 있지만, 거래와 그 기록을 실제 거래자를 식별하는 것이 점점 더 가능해지고 있습니다.

금융 거래는 프라이버시가 필요합니다. 만약 인터넷 사용자가 귀하의 JP Morgan 은행 계좌 번호나 사회보장번호만 알면 자금 흐름을 볼 수 있고 추적할 수 있다면 어떨까요? 이는 재앙이 될 것입니다.

Lightning Network에서 비트코인 프라이버시 구축

비트코인 Lightning Network(LN)와 같은 레이어-2 네트워크는 메인 블록체인 위에 레이어로 구축되어 일정 수준의 프라이버시를 제공합니다. LN은 주로 비트코인의 확장성을 추가하기 위해 개발되었지만, 그 고유한 기능 중 일부는 비트코인에 추가적인 프라이버시 레이어를 제공합니다.

LN은 사용자가 거래에 대해 공개 채널 또는 비공개 채널 중 하나를 선택할 수 있게 합니다. LN 거래 기록은 일반적으로 LN 채널을 통해 수행되기 때문에 블록체인에 직접 기록되지 않지만, LN에서 피어투피어 거래를 수행하려면 두 개의 온체인 거래가 기록되어야 합니다—LN 채널을 open 하는 거래와 LN 채널을 close 하는 거래입니다. 이 두 거래는 블록체인에 영구적으로 기록되며, 다른 온체인 거래와 마찬가지로 LN open-channel 및 close-channel 거래는 공개되어 분석 및 추적될 수 있습니다.

Lightning Network를 위한 Onion 라우팅 마이크로페이먼트

프로토콜 구현은 Lightning Network의 사양을 따르도록 구축됩니다. LN의 규칙과 표준을 설명하는 사양은 Basis of Lightning Technology (BOLT)라고 알려져 있습니다. 이 표준을 따름으로써 다양한 프로토콜 기반 개선 및 LN 구현이 통합될 수 있습니다.

LN의 onion routing 구현은 Sphinx 기반 메시징 형식을 활용하여 네트워크 내에서 Hash Time Locked Contracts(HTLC)의 안전하고 프라이버시가 보장된 라우팅을 가능하게 합니다. HTLC는 당사자(송신자와 수혜자) 간에 시간 기반 에스크로를 생성하는 거래 계약으로, 수혜자는 정해진 기한 이전에 결제 수령을 확인해야 합니다. 자금 사용은 자금 수령에 대한 암호학적 증명이 공개될 때까지 제한됩니다.

LN의 소스 라우팅과 onion 라우팅 결합은 확장성을 유지하면서 프라이버시를 향상시킵니다. TOR가 노드 간에 데이터 패킷을 홉하는 방식과 마찬가지로, LN의 onion 라우팅 구현은 중계 노드 사이의 출발지와 목적지 정보를 흐리게 하여 네트워크 수준 공격자가 동일 경로에 속하는 패킷을 연결 지을 수 없도록 합니다.

원점 노드는 각 중계 노드와 최종 노드의 공개키를 사용하여 데이터 패킷이 따라갈 경로를 구성합니다. 중계 및 최종 노드의 공개키 정보를 활용해 원점 노드는 Elliptic-Curve Diffie-Helman (ECDH)—익명 키 합의 방식—을 사용하여 각 중계 노드와 최종 노드에 대한 공유 비밀을 생성합니다. 이 공유 비밀은 이후 pseudo-random stream 바이트 스트림을 생성하는 데 사용됩니다.

Lightning Network의 공식 GitHub 저장소는 다음과 같이 명시하고 있습니다: “Bitcoin의 탈중앙화와 검열 저항 정신에 따라, 우리는 네트워크 참가자들이 특정 결제의 최종 목적지를 알 수 없도록 Lightning protocol 내에서 onion routing 방식을 사용합니다. 또한, 결제 경로를 믹스넷과 같은 패킷에 인코딩함으로써 다음과 같은 보안 및 프라이버시 기능을 달성할 수 있습니다: 경로 내 참가자는 자신이 경로 내에서 정확히 어느 위치에 있는지 모릅니다. 경로 내 참가자는 결제의 출처와 최종 목적지를 알지 못합니다. 경로 내 참가자는 결제 경로에 몇 명의 다른 참가자가 포함되었는지 정확히 알지 못합니다. 각 새로운 결제 경로는 다른 어떤 결제 경로와도 계산적으로 구별할 수 없습니다.”

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