KR20240012503A - 부분적 sha 기반 해시 함수 - Google Patents

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Abstract

프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 부분의 무결성을 검증하는 컴퓨터 구현 방법이 제공되며, 프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함하고, 방법은 a) 반복 입력 벡터를 수신하는 단계; b) 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계; c) 제2 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제2 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행함으로써 최종 반복 출력 벡터를 생성하는 단계 ― 제2 블록들의 시퀀스의 제1 블록 상에서 수행되는 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복은 획득된 반복 입력 벡터에 기초함 ― ; 및 d) 최종 반복 출력 벡터에 기초하여 후보 해시 다이제스트를 생성하는 단계를 포함하고, 후보 해시 다이제스트는 해시 다이제스트와의 비교를 위한 것이다.

Description

부분적 SHA 기반 해시 함수
본 개시내용은 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수, 즉 SHA 해시 함수들의 계열 중 하나 이를테면, SHA256로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 부분의 무결성을 증명 및 검증하는 방법에 관한 것이다. 예컨대, 프리이미지는 블록체인 트랜잭션의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
블록체인은 블록체인의 복제본이 분산 P2P(Peer-to-Peer) 네트워크(이하 "블록체인 네트워크"로서 지칭됨) 내 복수의 노드들 각각에서 유지되며 널리 공개되는 분산 데이터 구조의 형태를 지칭한다. 블록체인은 데이터의 블록들의 체인을 포함하며, 각각의 블록은 하나 이상의 트랜잭션들을 포함한다. 소위 "코인베이스 트랜잭션(coinbase transaction)들"이 아닌 각각의 트랜잭션은 시퀀스 내 이전 트랜잭션을 다시 가리키며, 이는 하나 이상의 블록들에 걸쳐 있어 하나 이상의 코인베이스 트랜잭션들로 되돌아갈 수 있다. 코인베이스 트랜잭션은 아래에서 추가로 논의된다. 블록체인 네트워크에 제출된 트랜잭션들은 새로운 블록들에 포함된다. 새로운 블록들은 복수의 노드들 각각이 "작업 증명"을 수행하기 위해 경쟁하는 것 즉, 블록체인의 새로운 블록에 포함되기를 기다리는, 순서화되고 유효성 검증된 보류중인 트랜잭션들의 정의된 세트의 표현에 기초하여 암호화 퍼즐을 해결하는 것을 수반하는 "채굴"로서 지칭되는 프로세스에 의해 생성된다. 블록체인은 일부 노드들에서 프루닝(prune)될 수 있으며 블록들의 공개는 단순 블록 헤더들의 공개를 통해 달성될 수 있다는 것이 주의되어야 한다.
블록체인의 트랜잭션들은 다음 목적들: 디지털 자산(예컨대, 다수의 디지털 토큰들)을 전달하는 것, 가상화된 원장 또는 레지스트리 내 엔트리들의 세트를 순서화하는 것, 타임스탬프 엔트리들을 수신 및 프로세싱하는 것, 그리고/또는 인덱스 포인터들을 시간-순서화하는 것 중 하나 이상을 위해 사용될 수 있다. 블록체인 위에 부가적인 기능성을 쌓기 위해 블록체인이 또한 활용될 수 있다. 예컨대, 블록체인 프로토콜들은 트랜잭션의 데이터에의 부가적인 사용자 데이터 또는 인덱스들의 저장을 허용할 수 있다. 단일 트랜잭션 내에 저장될 수 있는 최대 데이터 용량에 대해 미리 지정된 제한이 없고 이에 따라 점점 더 복잡한 데이터가 통합될 수 있다. 예컨대, 이는 블록체인에 전자 문서를 저장하거나, 오디오 또는 비디오 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있다.
블록체인 네트워크의 노드들(종종 "채굴자들"로서 지칭됨)은 분산 트랜잭션 등록 및 검증 프로세스를 수행하며, 이는 나중에 보다 자세히 설명될 것이다. 요약하면, 이 프로세스 동안, 노드는 트랜잭션들을 유효성 검증하여 유효한 작업 증명 솔루션을 식별하려고 시도하는 블록 템플릿에 삽입한다. 유효한 솔루션이 발견되면, 새로운 블록이 네트워크의 다른 노드들로 전파되고, 이에 따라 각각의 노드가 블록체인 상에 새로운 블록을 레코딩하는 것을 가능하게 한다. 트랜잭션을 블록체인에 레코딩하기 위해, 사용자(예컨대, 블록체인 클라이언트 애플리케이션)는 트랜잭션을 전파될 네트워크의 노드들 중 하나로 전송한다. 트랜잭션을 수신하는 노드들은 유효성 검증된 트랜잭션을 새로운 블록에 통합하는 작업 증명 솔루션을 찾기 위해 경합할 수 있다. 각각의 노드는 트랜잭션이 유효하기 위한 하나 이상의 조건들을 포함하는 동일한 노드 프로토콜을 시행하도록 구성된다. 유효하지 않은 트랜잭션들은 블록들 내로 통합되거나 전파되지 않을 것이다. 트랜잭션이 유효성 검증되고 그리하여 블록체인 상에 수락된다고 가정하면, 트랜잭션(임의의 사용자 데이터 포함함)은 이에 따라 불변의 공개 레코드로서 블록체인 네트워크 내 노드들 각각에 등록되고 인덱싱된 상태로 유지된다.
최신 블록을 생성하기 위해 작업 증명 퍼즐을 성공적으로 해결한 노드는 통상적으로 디지털 자산의 금액, 즉 다수의 토큰들을 분배하는 "코인베이스 트랜잭션"이라 불리는 새로운 트랜잭션으로 보상을 받는다. 유효하지 않은 트랜잭션들의 검출 및 거절은 네트워크의 에이전트들로서 작용하는 경쟁 노드들의 액션에 의해 시행되며 불법 행위를 보고하고 차단하도록 장려된다. 광범위한 정보 공개는 사용자들이 노드들의 성능을 지속적으로 감사하도록 허용한다. 단순 블록 헤더들의 공개는 참가자들이 블록체인의 지속적인 무결성을 보장하도록 허용한다.
"출력 기반" 모델(때로는 UTXO 기반 모델로서 지칭됨)에서, 주어진 트랜잭션의 데이터 구조는 하나 이상의 입력들 및 하나 이상의 출력들을 포함한다. 임의의 지출 가능한 출력은 진행중인 트랜잭션 시퀀스로부터 도출 가능한 디지털 자산의 금액을 지정하는 요소를 포함한다. 지출 가능한 출력은 때로는 UTXO("미지출 트랜잭션 출력")로서 지칭된다. 출력은 출력의 향후 리딤션(redemption)을 위한 조건을 지정하는 잠금 스크립트를 더 포함할 수 있다. 잠금 스크립트는 디지털 토큰들 또는 자산들을 유효성 검증하고 이전하는 데 필요한 조건들을 정의하는 술어이다. (코인베이스 트랜잭션 이외의) 트랜잭션의 각각의 입력은 선행 트랜잭션의 이러한 출력에 대한 포인터(즉, 참조)를 포함하고, 가리켜진 출력의 잠금 스크립트를 잠금해제하기 위한 잠금해제 스크립트를 더 포함할 수 있다. 따라서 트랜잭션들의 쌍을 고려하고, 이들을 제1 및 제2 트랜잭션(또는 "타겟" 트랜잭션)이라고 한다. 제1 트랜잭션은 출력을 잠금해제하는 하나 이상의 조건들을 정의하는 잠금 스크립트를 포함하고 디지털 자산의 금액을 지정하는 적어도 하나의 출력을 포함한다. 제2의 타겟 트랜잭션은 제1 트랜잭션의 출력에 대한 포인터를 포함하는 적어도 하나의 입력, 및 제1 트랜잭션의 출력을 잠금해제하기 위한 잠금해제 스크립트를 포함한다.
이러한 모델에서, 제2의 타겟 트랜잭션이 블록체인 네트워크에 전송되어 블록체인에서 전파 및 레코딩될 때, 각각의 노드에 적용되는 유효성에 대한 기준들 중 하나는, 잠금해제 스크립트가 제1 트랜잭션의 잠금 스크립트에 정의된 하나 이상의 조건들 전부 충족하는 것일 것이다. 다른 하나는 제1 트랜잭션의 출력이 다른 더 앞선 유효한 트랜잭션에 의해 이미 리딤되지 않았다는 것일 것이다. 이러한 조건들 중 임의의 것에 따라 유효하지 않은 타겟 트랜잭션을 발견한 임의의 노드는 이를 전파하지 않거나(유효한 트랜잭션으로서 전파하지 않으나, 어쩌면, 유효하지 않은 트랜잭션을 등록하기 위해 전파함) 블록체인에 레코딩될 새로운 블록에 이를 포함시키지 않을 것이다.
대안적인 유형의 트랜잭션 모델은 계정 기반 모델이다. 이 경우에 각각의 트랜잭션은 과거 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션의 UTXO를 뒤로 참조하기 보다는, 절대 계정 잔액을 참조함으로써 전달될 금액을 정의한다. 모든 계정들의 현재 상태는 블록체인과 별개로 노드들에 의해 저장되며 지속적으로 업데이트된다.
암호화 해시 함수 SHA256은 블록체인 기술을 포함한 다양한 기술 부문들에서 널리 채택되었다. 예컨대, SHA256 해시 함수는 트랜잭션들을 검증하고 작업 증명(proof-of-work) 또는 지분 증명(proof-of-stake)을 계산하는 데 사용된다. SHA256 해시 함수(및 일반적으로 암호화 해시 함수)의 한 가지 속성은 해시 다이제스트(즉, 해시 함수의 출력) 및 프리이미지(예컨대, 메시지)가 주어지면, 프리이미지를 해시 함수에 입력하고 출력 해시 다이제스트가 제공된 해시 다이제스트와 정확히 매칭된다는 것을 검증함으로써 프리이미지의 무결성이 검증될 수 있다는 것이다. 사용된 해시 함수가 SHA256일 때 2개의 상이한 프리이미지들이 동일한 해시 다이제스트로 해싱될 가능성이 소멸적으로(vanishingly) 작기 때문에 이러한 검증이 가능하다. SHA 계열의 다른 해시 함수 예컨대, SHA384 또는 SHA512에도 동일하게 적용된다.
지금까지 SHA 해시 함수들 예컨대, SHA256은 프리이미지 전체의 무결성을 증명하고 검증하는 데에만 사용되었다. 본 개시내용은 프리이미지의 일부, 즉 부분 프리이미지의 무결성을 증명하고 검증하기 위한 기술을 제공한다. 즉, 프리이미지는 제1 및 제2 메시지들을 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 제2 메시지가 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 증명 및 검증하는 것을 가능하게 한다. 여기서 메시지는 일반적인 의미로 사용되며 반드시 임의의 부류의 통신을 의미하는 것은 아니지만 제외되지는 않는다는 것에 주의한다.
본원에서 개시된 일 양상에 따르면, 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 일부의 무결성을 검증하는 컴퓨터 구현 방법이 제공된다. 프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함한다. 방법은 검증 당사자에 의해 수행되며 a) 반복 입력 벡터를 수신하는 단계를 포함하고, 반복 입력 벡터는 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성된다. SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은, i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 프리이미지의 이진 표현을 패딩하고, 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 제1 메시지의 이진 표현을 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및 ii) 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함한다. 방법은 b) 블록들의 제2 시퀀스를 획득하는 단계를 더 포함하며, 여기서 제2 복수의 블록들은, i) 제2 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 제2 메시지의 이진 표현을 패딩하고, ii) 제2 패딩된 시퀀스를 제2 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 생성된다. 방법은, c) 제2 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제2 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행함으로써 최종 반복 출력 벡터를 생성하는 단계 ― 제2 블록들의 시퀀스의 제1 블록 상에서 수행되는 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복은 획득된 반복 입력 벡터에 기초함 ― ; 및 d) 최종 반복 출력 벡터에 기초하여 후보 해시 다이제스트를 생성하는 단계를 더 포함하고, 후보 해시 다이제스트는 해시 다이제스트와의 비교를 위한 것이다.
본원에서 개시된 다른 양상에 따르면, 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 일부의 무결성을 증명하는 컴퓨터로 구현되는 방법이 제공된다. 프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함한다. 방법은 증명 당사자에 의해 수행되며 a) 반복 입력 벡터를 생성하는 단계를 포함하고, 반복 입력 벡터는 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성되고, 여기서 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은, i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 프리이미지의 이진 표현을 패딩하고, 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 제1 메시지의 이진 표현을 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및 ii) 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함한다. 방법은 b) 반복 입력 벡터를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 더 포함한다.
SHA256 알고리즘의 중간 상태(mid-state)들은 SHA256을 사용하여 해시 값을 컴퓨팅하는 것과 등가의 컴퓨테이셔널 비용으로 SHA256 해시 값의 부분 프리이미지에 대한 매우 콤팩트 무결성 증명을 제공하는데 활용될 수 있다는 것이 인식되었다. 무결성 증명은 2개로 파티셔닝될 수 있는 임의의 프리이미지에 대해 사용될 수 있으며, 여기서 부분 프리이미지는 후자 부분이다. 또한 무결성 증명은 제1 메시지를 드러내지 않고 이에 따라 만약 필요하다면, 제1 메시지가 비밀로 유지되는 것을 가능하게 한다. SHA 계열의 다른 해시 함수 예컨대, SHA384 또는 SHA512에도 동일하게 적용된다.
일반적으로, 프리이미지는 임의의 데이터일 수 있으며, 본원에서 설명된 프리이미지의 특정 예들로 제한되지 않는다. 예시적인 예로서, 프리이미지는 블록체인 트랜잭션의 일부 또는 전부일 수 있다. 부분 프리이미지(즉, 제2 메시지)는 블록체인 트랜잭션의 하나 이상의 구성요소들, 예컨대, 하나 이상의 지출 가능한 출력들을 포함할 수 있다. 설명된 무결성 증명은 전체 트랜잭션에 대한 액세스를 요구함 없이, 하나 이상의 구성요소들(예컨대, 하나 이상의 지출 가능한 출력들)이 블록체인 트랜잭션의 일부를 형성한다는 것을 검증하도록 허용한다. 이는 블록체인 트랜잭션이 크기가 클 때(즉, 대량의 데이터를 포함함) 특히 유리한데, 그 이유는 대량의 데이터를 전송해야 할 필요 없이 지출 가능한 출력들(또는 트랜잭션의 임의의 다른 중요한 구성요소들)이 검증되도록 허용하고, 이에 따라 대역폭 및 저장 요건들을 절약하기 때문이다.
또 다른 예시적인 예로서, 프리이미지는 운전 면허증, 여권, 출생 증명서, 거주 허가증 등과 같은 아이덴티티 문서일 수 있다. 무결성 증명은 다른 민감한 세부사항들(예컨대, 개인의 성별)을 드러냄 없이 아이덴티티 문서를 구성하는 하나 이상의 데이터 항목들(예컨대, 개인의 여권 상에 레코딩된 개인의 나이)을 증명하는 데 사용될 수 있다. 이는 임의의 문서의 적어도 일부의 프라이버시를 유지하는 것이 유익한 임의의 문서(아이덴티티 문서뿐만 아니라)에 일반화될 수 있다. 예컨대, 계약의 전체 조건들을 드러내지 않고 당사자가 문서에 서명했다는 것(즉, 부분 프리이미지가 서명을 구성함)을 검증하고자 하는 경우 문서는 계약일 수 있다.
본 개시내용의 실시예들의 이해를 보조하기 위해 그리고 그러한 실시예들이 어떻게 실행될 수 있는지를 보여주기 위하여, 단지 예로서 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 블록체인을 구현하기 위한 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 2는 블록체인에 레코딩될 수 있는 트랜잭션들의 일부 예들을 개략적으로 예시한다.
도 3은 부분 프리이미지에 대한 무결성 증명을 구현하기 위한 예시적인 시스템을 개략적으로 예시한다.
도 4는 시적인 블록체인 트랜잭션을 개략적으로 예시한다.
도 5는 직렬화된 블록체인 트랜잭션의 예시적인 포맷을 예시한다.
1. 예시적인 시스템 개요
도 1은 블록체인(150)을 구현하기 위한 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 패킷-교환 네트워크(101), 통상적으로 인터넷과 같은 광역 인터네트워크를 포함할 수 있다. 패킷-교환 네트워크(101)는 패킷-교환 네트워크(101) 내에서 P2P(peer-to-peer) 네트워크(106)를 형성하도록 배열될 수 있는 복수의 블록체인 노드들(104)을 포함한다. 예시되지는 않았지만, 블록체인 노드들(104)은 거의 완전한 그래프로서 배열될 수 있다. 따라서, 각각의 블록체인 노드(104)는 다른 블록체인 노드들(104)에 고도로 연결된다.
각각의 블록체인 노드(104)는 피어들의 컴퓨터 장비를 포함하며, 노드들(104) 중 상이한 노드들은 상이한 피어에 속한다. 각각의 블록체인 노드(104)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대, 하나 이상의 CPU(central processing unit)들, 가속기 프로세서들, 애플리케이션 특정 프로세서 및/또는 FPGA(field programmable gate array)들, 및 다른 장비 이를테면, ASIC(application specific integrated circuit)들을 포함하는 프로세싱 장치를 포함한다. 각각의 노드는 또한 메모리, 즉 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체 또는 매체들의 형태의 컴퓨터-판독 가능 저장소를 포함한다. 메모리는 하나 이상의 메모리 매체들, 예컨대, 하드 디스크와 같은 자기 매체; 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 플래시 메모리 또는 EEPROM과 같은 전자 매체; 및/또는 광학 디스크 드라이브와 같은 광학 매체를 사용하는 하나 이상의 메모리 유닛들을 포함할 수 있다.
블록체인(150)은 데이터의 블록들의 체인(151)을 포함하며, 여기서 블록체인(150)의 개개의 사본은 분산 또는 블록체인 네트워크(106) 내 복수의 블록체인 노드들(104) 각각에서 유지된다. 위에서 언급된 바와 같이, 블록체인(150)의 사본을 유지하는 것은 반드시 블록체인(150)을 전부 저장하는 것을 의미하지는 않는다. 대신, 블록체인(150)은 각각의 블록체인 노드(150)가 각각의 블록(151)의 블록 헤더(아래에서 논의됨)를 저장하는 한, 정리된 상태의 데이터일 수 있다. 체인의 각각의 블록(151)은 하나 이상의 트랜잭션들(152)을 포함하며, 여기서 이 맥락에서 트랜잭션은 일종의 데이터 구조를 지칭한다. 데이터 구조의 성질은 트랜잭션 모델 또는 체계(scheme)의 일부로서 사용되는 트랜잭션 프로토콜의 유형에 의존할 것이다. 주어진 블록체인은 전반에 걸쳐 하나의 특정 트랜잭션 프로토콜을 사용할 것이다. 하나의 공통 유형의 트랜잭션 프로토콜에서, 각각의 트랜잭션(152)의 데이터 구조는 적어도 하나의 입력 및 적어도 하나의 출력을 포함한다. 각각의 출력은 재산으로서 디지털 자산의 양을 표현하는 금액을 지정하며, 그의 예는 출력이 암호학적으로 잠겨 있는 사용자(103)이다(이는 잠금해제되고 그리하여 리딤(redeem) 또는 지출되기 위해 그 사용자의 서명 또는 다른 솔루션을 요구함). 각각의 입력은 선행 트랜잭션(152)의 출력을 뒤로 가리키고, 그리하여 트랜잭션들을 링크한다.
각각의 블록(151)은 또한 블록들(151)에 대한 순차적인 순서를 정의하기 위해 체인에서 이전에 생성된 블록(151)을 뒤로 가리키는 블록 포인터(155)를 포함한다. (코인베이스 트랜잭션 외의) 각각의 트랜잭션(152)은 트랜잭션들의 시퀀스들에 대한 순서를 정의하기 위해 이전 트랜잭션에 대한 역 포인터를 포함한다(트랜잭션들(152)의 시퀀스들은 분기가 허용됨을 주의함). 블록들의 체인(151)은 체인의 최초 블록이었던 제네시스(genesis) 블록(Gb)(153)까지 완전히 거슬러 올라간다. 체인(150) 초반의 하나 이상의 오리지널 트랜잭션들(152)은 선행 트랜잭션이 아닌 제네시스 블록(153)을 가리켰다.
블록체인 노드들(104) 각각은 트랜잭션들(152)을 다른 블록체인 노드들(104)로 포워딩하고 그리하여 트랜잭션들(152)이 네트워크(106) 전체에 전파되게 하도록 구성된다. 각각의 블록체인 노드(104)는 블록들(151)을 생성하고 동일한 블록체인(150)의 개개의 사본을 그들 개개의 메모리에 저장하도록 구성된다. 각각의 블록체인 노드(104)는 또한 블록(151)에 통합되기를 기다리는 트랜잭션들(152)의 순서화된 세트(또는 "풀")(154)를 유지한다. 순서화된 풀(154)은 종종 "멤풀(mempool)"로서 지칭된다. 본원에서 이 용어는 임의의 특정 블록체인, 프로토콜 또는 모델에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 이는 노드(104)가 유효한 것으로 수락하고 노드(104)가 동일한 출력을 지출하려고 시도하는 임의의 다른 트랜잭션들을 수락하지 않을 의무가 있는 트랜잭션들의 순서화된 세트를 지칭한다.
주어진 현재 트랜잭션(152j)에서, 그(또는 각각의) 입력은 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션(152i)의 출력을 참조하는 포인터를 포함하여, 그러한 출력이 현재 트랜잭션(152j)에서 "지출"되거나 리딤됨을 지정한다. 일반적으로, 선행 트랜잭션은 순서화된 세트(154) 또는 임의의 블록(151)의 임의의 트랜잭션일 수 있다. 선행 트랜잭션(152i)은 현재 트랜잭션(152j)이 생성되거나 심지어 네트워크(106)로 전송될 때 반드시 존재할 필요는 없지만, 선행 트랜잭션(152i)은 현재 트랜잭션이 유효하기 위해 존재하고 유효성 검증될 필요가 있을 것이다. 따라서 본원에서 "선행(preceding)"이라 함은 포인터들에 의해 링크된 논리적 시퀀스의 선행자를 지칭하며, 반드시 시간적 시퀀스의 전송 또는 생성 시간은 아니고, 따라서 트랜잭션들(152i, 152j)은 순서와 다르게(out-of-order)(고아 트랜잭션들에 대한 아래 논의 참조) 전송되거나 생성되는 것을 반드시 배제하지 않는다. 선행 트랜잭션(152i)은 앞선(antecedent) 트랜잭션 또는 선행자(predecessor) 트랜잭션으로 동등하게 칭해질 수 있다.
현재 트랜잭션(152j)의 입력은 또한 입력 인가, 예컨대, 선행 트랜잭션(152i)의 출력이 잠겨 있는 사용자(103a)의 서명을 포함한다. 차례로, 현재 트랜잭션(152j)의 출력은 새로운 사용자 또는 엔티티(103b)에 암호학적으로 잠길 수 있다. 따라서 현재 트랜잭션(152j)은 선행 트랜잭션(152i)의 입력에서 정의된 금액을 현재 트랜잭션(152j)의 출력에서 정의된 바와 같은 새로운 사용자 또는 엔티티(103b)에 전달할 수 있다. 일부 경우들에서 트랜잭션(152)은 다수의 사용자들 또는 엔티티들(이들 중 하나는 잔돈(change)을 주기 위해 오리지널 사용자 또는 엔티티들(103a)일 수 있음) 사이에서 입력 금액을 분할하기 위해 다수의 출력들을 가질 수 있다. 일부 경우에서 트랜잭션은 또한 하나 이상의 선행 트랜잭션들의 다수의 출력들로부터 금액들을 수집하고 현재 트랜잭션의 하나 이상의 출력들에 재분배하기 위해 다수의 입력들을 가질 수 있다.
비트코인과 같은 출력-기반 트랜잭션 프로토콜에 따르면, 개별 사용자 또는 조직과 같은 당사자(103)가 새로운 트랜잭션(152j)을 제정(enact)하기를 원할 때(수동으로 또는 당사자에 의해 사용되는 자동화된 프로세스에 의해) 제정 당사자는 자신의 컴퓨터 단말(102)로부터 수령인에게 새로운 트랜잭션을 전송한다. 제정 당사자 또는 수령인은 결국, 이 트랜잭션을 네트워크(106)의 블록체인 노드들(104) 중 하나 이상(이는 요즘에는, 통상적으로 서버들 또는 데이터 센터들이지만, 원칙적으로는 다른 사용자 단말들일 수 있음)에 전송할 것이다. 그것은 또한 새로운 트랜잭션(152j)을 제정하는 당사자(103)가 일부 예들에서는 수령인이 아니라, 블록체인 노드들(104) 중 하나 이상에 직접 트랜잭션을 전송할 수 있는 것이 배제되지 않는다. 트랜잭션을 수신한 블록체인 노드(104)는 블록체인 노드들(104) 각각에 적용되는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 트랜잭션이 유효한지를 체크한다. 블록체인 노드 프로토콜은 통상적으로 블록체인 노드(104)가 새로운 트랜잭션(152j)의 암호화 서명이 예상되는 서명과 매칭되는지를 체크하도록 요구하며, 이는 트랜잭션들(152)의 순서화된 시퀀스에서 이전 트랜잭션(152i)에 의존한다. 이러한 출력-기반 블록체인 프로토콜에서, 이는 새로운 트랜잭션(152j)의 입력에 포함된 당사자(103)의 암호화 서명 또는 다른 인가가 새로운 트랜잭션이 할당하는 선행 트랜잭션(152i)의 출력에 정의된 조건과 매칭되는지를 체크하는 것을 포함하며, 여기에서 이 조건은 통상적으로 적어도 새로운 트랜잭션(152j)의 입력의 암호화 서명 또는 다른 인가가 새로운 트랜잭션의 입력이 링크되는 이전 트랜잭션(152i)의 출력을 잠금해제한다는 것을 체크하는 것을 포함한다. 조건은 선행 트랜잭션(152i)의 출력에 포함된 스크립트에 의해 적어도 부분적으로 정의될 수 있다. 대안적으로 이는 단순히 블록체인 노드 프로토콜만으로 고정되거나, 이들의 조합으로 인한 것일 수 있다. 어느 쪽이든, 새로운 트랜잭션(152j)이 유효한 경우, 블록체인 노드(104)는 이를 블록체인 네트워크(106) 내 하나 이상의 다른 블록체인 노드들(104)에 포워딩한다. 이러한 다른 블록체인 노드들(104)은 동일한 블록체인 노드 프로토콜에 따라 동일한 테스트를 적용하고, 이에 따라 새로운 트랜잭션(152j)을 하나 이상의 추가 노드들(104)로 포워딩하는 식이다. 이러한 방식으로, 새로운 트랜잭션은 블록체인 노드들(104)의 네트워크 전반에 걸쳐 전파된다.
출력-기반 모델에서, 주어진 출력(예컨대, UTXO)이 할당(예컨대, 지출)되는지 여부에 대한 정의는 그것이 블록체인 노드 프로토콜에 따라 다른 전방 트랜잭션(152j)의 입력에 의해 유효하게 리딤되었는지의 여부이다. 트랜잭션이 유효하기 위한 다른 조건은 리딤을 시도하는 선행 트랜잭션(152i)의 출력이 다른 트랜잭션에 의해 이미 리딤되지 않은 것이다. 재차, 유효하지 않은 경우, (무효로서 플래깅되고 경고를 위해 전파되지 않는 한) 트랜잭션(152j)은 블록체인(150)에 레코딩되거나 전파되지 않을 것이다. 이는 트랜잭터가 동일한 트랜잭션의 출력을 한번 초과로 할당하고자 시도하는 이중-지출을 경계한다. 반면, 계정-기반 모델은 계정 잔액을 유지함으로써 이중-지출을 경계한다. 재차, 트랜잭션들의 정의된 순서가 존재하기 때문에, 계정 잔액은 임의의 한 시간에 단일의 정의된 상태를 갖는다.
트랜잭션들을 유효성 검증하는 것 외에도, 블록체인 노드들(104)은 또한 일반적으로 "작업 증명"에 의해 지원되는 채굴로서 지칭되는 프로세스에서 트랜잭션들의 블록들을 생성하는 첫 번째가 되기 위해 경쟁한다. 블록체인 노드(104)에서, 새로운 트랜잭션들은 블록체인(150) 상에 레코딩된 블록(151)에 아직 나타나지 않은 유효한 트랜잭션들의 순서화된 풀(154)에 추가된다. 그 후, 블록체인 노드들은 암호화 퍼즐을 해결하도록 시도함으로써 트랜잭션들의 순서화된 세트(154)로부터 트랜잭션들(152)의 새로운 유효한 블록(151)을 조립하기 위해 경쟁한다. 통상적으로 이는 "논스(nonce)"가 계류중인 트랜잭션들(154)의 순서화된 풀의 표현과 컨케터네이팅되고(concatenated) 해시될 때, 해시의 출력이 미리 결정된 조건을 충족시키도록 논스 값을 검색하는 것을 포함한다. 예컨대, 미리 결정된 조건은 해시의 출력이 미리 정의된 특정 수의 선행 0들을 갖는 것일 수 있다. 이는 작업 증명 퍼즐의 단 하나의 특정 유형일 뿐이며 다른 유형들도 배제되지 않는다는 것에 주의한다. 해시 함수의 속성은 해시 함수가 그의 입력에 대해 예측 불가능한 출력을 갖는다는 것이다. 따라서 이 검색은 무차별 대입(brute force)에 의해서만 수행될 수 있고, 이에 따라 퍼즐을 해결하고자 하는 각각의 블록체인 노드(104)에서 상당한 양의 프로세싱 자원을 소비한다.
퍼즐을 해결하고자 하는 제1 블록체인 노드(104)는 이를 네트워크(106)에 발표하고, 그 솔루션을 증명으로서 제공하며, 이는 그 후 네트워크의 다른 블록체인 노드(104)들에 의해 쉽게 체크될 수 있다(해시에 대한 해가 주어지면, 그 해가 해시의 출력으로 하여금 조건을 충족시키게 한다는 것을 체크하는 것은 간단함). 제1 블록체인 노드(104)는 블록을 수락하고 이에 따라 프로토콜 규칙들을 시행하는 다른 노드들의 임계 컨센서스에 블록을 전파한다. 트랜잭션들의 순서화된 세트(154)는 그 후 블록체인 노드들(104) 각각에 의해 블록체인(150)에 새로운 블록(151)으로서 레코딩된다. 블록 포인터(155)가 또한 체인에서 이전에 생성된 블록(151n-1)을 뒤로 가리키는 새로운 블록(151n)에 할당된다. 예컨대, 작업 증명 솔루션을 생성하는 데 요구되는 해시 형태의 상당량의 노력은 블록체인 프로토콜의 규칙들에 따르려는 제1 노드(104)의 의도를 시그널링한다. 이러한 규칙들은 트랜잭션이 이전에 유효성 검증된 트랜잭션과 동일한 출력을 할당 ― 이는 이중 지출로서 달리 알려짐 ― 하는 경우 트랜잭션을 유효한 것으로 수락하지 않는 것을 포함한다. 일단 생성되면, 블록(151)은 블록체인 네트워크(106) 내 블록체인 노드들(104) 각각에서 인식 및 유지되기 때문에 수정될 수 없다. 블록 포인터(155)는 또한 블록들(151)에 순차적인 순서를 부과한다. 트랜잭션들(152)은 네트워크(106)의 각각의 블록체인 노드(104)에서 순서화된 블록들에 레코딩되기 때문에, 이는 이에 따라, 트랜잭션들의 변경 불가능한 공개 원장을 제공한다.
임의의 주어진 시간에 퍼즐을 해결하기 위해 경쟁하는 상이한 블록체인 노드들(104)은 솔루션을 검색하기 시작한 시기 또는 트랜잭션이 수신된 순서에 의존하여, 임의의 주어진 시간에 아직 공개되지 않은 트랜잭션들 풀(154)의 상이한 스냅샷들에 기초하여 퍼즐을 해결할 수 있다는 것에 주의한다. 누구든 각자의 퍼즐을 먼저 해결하는 사람은 어느 트랜잭션들(152)이 어떤 순서로 다음의 새로운 블록(151n)에 포함되는지를 정의하고, 공개되지 않은 트랜잭션들의 현재 풀(154)은 업데이트된다. 그 후 블록체인 노드들(104)은 공개되지 않은 트랜잭션들(154)의 새롭게 정의된 순서화된 풀로부터 블록을 생성하기 위해 계속 경쟁한다. 발생할 수 있는 임의의 "포크(fork)" ― 이는 2개의 블록체인 노드들(104)이 서로 매우 짧은 시간 내에 그의 퍼즐을 해결하여서, 블록체인에 대한 상충되는 뷰(view)가 노드들 사이에 전파되는 경우임 ― 를 해결하기 위한 프로토콜이 또한 존재한다. 요컨대, 가장 길게 성장하는 포크의 갈래가 확정적인 블록체인(150)이 된다. 동일한 트랜잭션들이 포크들 둘 모두에 나타날 것이므로, 이는 네트워크의 사용자들 또는 에이전트들에게 영향을 미치지 않아야 한다.
비트코인 블록체인(및 대부분의 다른 블록체인들)에 따르면, 새로운 블록(104)을 성공적으로 구성하는 노드에는 (하나의 에이전트 또는 사용자로부터 다른 에이전트 또는 사용자로 디지털 자산의 금액을 이전하는 에이전트-간 또는 사용자-간 트랜잭션과 대조적으로) 디지털 자산의 부가적인 정의된 양을 분배하는 새로운 특별한 종류의 트랜잭션들에서 디지털 자산의 부가적인 수락된 금액을 새롭게 할당하는 능력이 승인된다. 이 특별한 유형의 트랜잭션은 일반적으로 "코인베이스 트랜잭션"으로서 지칭되지만, "초기 트랜잭션" 또는 "생성 트랜잭션"이라고도 칭해질 수 있다. 그것은 통상적으로 새로운 블록(151n)의 제1 트랜잭션을 형성한다. 작업 증명은 나중에 이 특별한 트랜잭션이 리딤되도록 허용하는 프로토콜 규칙들을 따르도록 새로운 블록을 구성하는 노드의 의도를 시그널링한다. 블록체인 프로토콜 규칙은 이 특별한 트랜잭션이 리딤되기 전에 만기 기간 예컨대, 100개의 블록들을 요구할 수 있다. 종종 일반(비-생성) 트랜잭션(152)이 또한 그 트랜잭션이 공개된 블록(151n)을 생성한 블록체인 노드(104M)를 추가로 보상하기 위해, 그의 출력들 중 하나에 부가적인 트랜잭션 수수료를 지정할 것이다. 이 수수료는 일반적으로 "트랜잭션 수수료"로서 지칭되고 아래에서 논의된다.
트랜잭션 유효성 검증 및 공개와 관련된 자원들로 인해, 통상적으로 적어도 블록체인 노드들(104) 각각은 하나 이상의 물리적 서버 유닛들, 또는 심지어 전체 데이터 센터를 포함하는 서버의 형태를 취한다. 그러나 원칙적으로 임의의 주어진 블록체인 노드(104)는 사용자 단말 또는 함께 네트워킹된 사용자 단말들의 그룹의 형태를 취할 수 있다.
각각의 블록체인 노드(104)의 메모리는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 각자의 역할 또는 역할들을 수행하고 트랜잭션들(152)을 처리하기 위해 블록체인 노드(104)의 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 구성된 소프트웨어를 저장한다. 본원에서 블록체인과 노드(104)에 기인한 임의의 액션은 각자의 컴퓨터 장비의 프로세싱 장치 상에서 실행되는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 노드 소프트웨어는 애플리케이션 계층, 또는 운영 체제 계층이나 프로토콜 계층과 같은 하위 계층 또는 이들의 임의의 조합에서 하나 이상의 애플리케이션들로 구현될 수 있다.
또한 네트워크(101)에는 소비 사용자들의 역할을 하는 복수의 당사자들(103) 각각의 컴퓨터 장비(102)가 연결되어 있다. 이러한 사용자들은 블록체인 네트워크(106)와 상호작용할 수 있지만 트랜잭션들을 유효성 검증하거나 블록들을 구성하는 데 참여하지 않는다. 이러한 사용자들 또는 에이전트들(103) 중 일부는 트랜잭션들에서 전송자들 및 수령인들로서 작용할 수 있다. 다른 사용자들은 반드시 전송자들 또는 수령인들로서 작용할 필요 없이 블록체인(150)과 상호작용할 수 있다. 예컨대, 일부 당사자들은 블록체인(150)의 사본을 저장하는 저장 엔티티들로서 작용할 수 있다(예컨대, 블록체인 노드(104)로부터 블록체인의 사본을 획득함).
당사자들(103) 중 일부 또는 전부는 상이한 네트워크, 예컨대, 블록체인 네트워크(106) 위에 오버레이된 네트워크의 부분으로서 연결될 수 있다. 블록체인 네트워크의 사용자들(종종 "클라이언트"로서 지칭됨)은 블록체인 네트워크(106)를 포함하는 시스템의 일부로서 언급될 수 있지만; 이러한 사용자들은 블록체인 노드들에서 요구되는 역할을 수행하지 않기 때문에 블록체인 노드들(104)이 아니다. 대신에, 각각의 당사자(103)는 블록체인 네트워크(106)와 상호작용할 수 있고 그리하여 블록체인 노드(106)에 연결(즉, 통신)함으로써 블록체인(150)을 활용할 수 있다. 제1 당사자(103a) 및 그/그녀의 개개의 컴퓨터 장비(102a) 및 제2 당사자(103b) 및 그/그녀의 개개의 컴퓨터 장비(102b)인 두 당사자들(103) 및 이들의 개개의 장비(102)가 예시 목적으로 도시된다. 훨씬 더 많은 이러한 당사자들(103) 및 이들의 개개의 컴퓨터 장비(102)가 존재하고 시스템(100)에 참여할 수 있지만, 편의상 그것들은 예시되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 각각의 당사자(103)는 개인 또는 조직일 수 있다. 순전히 예시로서, 제1 당사자(103a)는 본원에서 앨리스(Alice)로서 지칭되고 제2 당사자(103b)는 밥(Bob)으로서 지칭되지만, 이것이 제한적이지 않고 본원에서 앨리스 또는 밥에 대한 임의의 참조는 각각 "제1 당사자" 및 "제2 당사자"로 대체될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대, 하나 이상의 CPU들, GPU들, 다른 가속기 프로세서들, 애플리케이션 특정 프로세서들 및/또는 FPGA들을 포함하는 개개의 프로세싱 장치를 포함한다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 메모리, 즉 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체 또는 매체들의 형태의 컴퓨터-판독 가능 저장소를 더 포함한다. 이 메모리는 하나 이상의 메모리 매체들, 예컨대, 하드 디스크와 같은 자기 매체; 솔리드 스테이트 SSD, 플래시 메모리 또는 EEPROM과 같은 전자 매체; 및/또는 광학 디스크 드라이브와 같은 광학 매체를 사용하는 하나 이상의 메모리 유닛들을 포함할 수 있다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102) 상의 메모리는 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 배열된 적어도 하나의 클라이언트 애플리케이션(105)의 개개의 인스턴스를 포함하는 소프트웨어를 저장한다. 본원에서 주어진 당사자(103)에 기인한 임의의 액션은 개개의 컴퓨터 장비(102)의 프로세싱 장치 상에서 실행되는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 각각의 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 적어도 하나 사용자 단말, 예컨대, 데스크 톱 또는 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 또는 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스를 포함한다. 주어진 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)는 또한 사용자 단말을 통해 액세스되는 클라우드 컴퓨팅 자원들과 같은 하나 이상의 다른 네트워킹된 자원들을 포함할 수 있다.
예컨대, 서버로부터 다운로드되거나, 또는 이동식 저장 디바이스 이를테면, 이동식 SSD, 플래시 메모리 키, 이동식 EEPROM, 이동식 자기 디스크 드라이브, 자기 플로피 디스크 또는 테이프, 광학 디스크 이를테면, CD 또는 DVD ROM 또는 이동식 광학 드라이브 등 상에서 제공되는 클라이언트 애플리케이션(105)은 적절한 컴퓨터-판독 가능 저장 매체 또는 매체들 상에서 임의의 주어진 당사자(103)의 컴퓨터 장비(102)에 초기에 제공될 수 있다.
클라이언트 애플리케이션(105)은 적어도 "지갑" 기능을 포함한다. 이는 2개의 메인 기능성들을 갖는다. 이들 중 하나는 개개의 당사자(103)가 트랜잭션들(152)을 생성하고 인가(예컨대, 서명)하여 하나 이상의 비트코인 노드들(104)에 전송하여, 이어서 블록체인 노드들(104)의 네트워크 전반에 걸쳐 전파되고 그리하여 블록체인(150)에 포함되는 것을 가능하게 하는 것이다. 남은 하나는 개개의 당사자에게 자신이 현재 소유하고 있는 디지털 자산의 금액을 다시 보고하는 것이다. 출력-기반 시스템에서, 이 제2 기능성은 블록체인(150) 전반에 걸쳐 흩어져 있는 해당 당사자에 속하는 다양한 트랜잭션들(152)의 출력들에서 정의된 금액들을 대조하는 것을 포함한다.
참고: 다양한 클라이언트 기능성이 주어진 클라이언트 애플리케이션(105)에 통합되는 것으로서 설명될 수 있지만, 이는 반드시 제한적인 것은 아니며, 대신 본원에서 설명된 클라이언트 기능성은 API를 통해 인터페이싱하거나 하나가 남은 하나에 플러그인하는 두 개 이상의 개별 애플리케이션들의 세트에서 구현될 수 있다. 보다 일반적으로, 클라이언트 기능성은 애플리케이션 계층 또는 운영 체제와 같은 하위 계층 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수 있다. 다음은 클라이언트 애플리케이션(105)과 관련하여 설명될 것이지만, 이것이 제한적이지 않다는 것이 인지될 것이다.
각각의 컴퓨터 장비(102) 상의 클라이언트 애플리케이션 또는 소프트웨어(105)의 인스턴스는 네트워크(106)의 블록체인 노드들(104) 중 적어도 하나에 동작 가능하게 커플링된다. 이는 클라이언트(105)의 지갑 기능이 트랜잭션들(152)을 네트워크(106)로 전송하는 것을 가능하게 한다. 클라이언트(105)는 또한 개개의 당사자(103)가 수령인인 임의의 트랜잭션들에 대해 블록체인(150)에 질의하기 위해(또는 실시예들에서, 블록체인(150)은 그의 공개 가시성을 통해 부분적으로 트랜잭션들의 신뢰를 제공하는 공공 시설(public facility)이므로, 실제로 블록체인(150)에서 다른 당사자들의 트랜잭션을 검사하기 위해) 블록체인 노드들(104)에 접촉할 수 있다. 각각의 컴퓨터 장비(102) 상의 지갑 기능은 트랜잭션 프로토콜에 따라 트랜잭션들(152)을 공식화(formulate) 하고 전송하도록 구성된다. 위에서 제시된 바와 같이, 각각의 블록체인 노드(104)는 블록체인 노드 프로토콜에 따라 트랜잭션들(152)을 유효성 검증하고 트랜잭션들(152)을 포워딩하여 이들을 블록체인 네트워크(106) 전체에 전파하도록 구성된 소프트웨어를 실행한다. 트랜잭션 프로토콜 및 노드 프로토콜은 서로 대응하며, 주어진 트랜잭션 프로토콜은 주어진 트랜잭션 모델을 함께 구현하도록 주어진 노드 프로토콜을 따른다. 동일한 트랜잭션 프로토콜이 블록체인(150) 내 모든 트랜잭션들(152)에 사용된다. 동일한 노드 프로토콜이 네트워크(106) 내 모든 노드들(104)에 의해 사용된다.
주어진 당사자(103), 이를테면 앨리스가 블록체인(150)에 포함될 새로운 트랜잭션(152j)을 전송하기를 원할 때, 그녀는 (자신의 클라이언트 애플리케이션(105)의 지갑 기능을 사용하여) 관련 트랜잭션 프로토콜에 따라 새로운 트랜잭션을 공식화한다. 그 후, 그녀는 클라이언트 애플리케이션(105)으로부터 그녀가 연결되는 하나 이상의 블록체인 노드들(104)에 트랜잭션(152)을 전송한다. 예컨대, 이는 앨리스의 컴퓨터(102)에 가장 잘 연결된 블록체인과 노드(104)일 수 있다 임의의 주어진 블록체인 노드(104)가 새로운 트랜잭션(152j)을 수신할 때, 주어진 노드는 블록체인 노드 프로토콜 및 각자의 역할에 따라 이를 처리한다. 이는 새롭게 수신된 트랜잭션(152j)이 "유효"하기 위한 특정 조건을 충족시키는지를 먼저 체크하는 것을 포함하며, 그의 예들은 곧 보다 자세히 논의될 것이다. 일부 트랜잭션 프로토콜들에서, 유효성 검증을 위한 조건은 트랜잭션들(152)에 포함된 스크립트들에 의해 트랜잭션 단위로 구성 가능할 수 있다. 대안적으로, 조건은 단순히 노드 프로토콜의 내장 피처이거나, 스크립트 및 노드 프로토콜의 조합으로 정의될 수 있다.
새롭게 수신된 트랜잭션(152j)이 유효한 것으로 간주되기 때문에 테스트를 통과한다는 것을 조건으로(즉, 그것이 "유효성 검증"된다는 조건으로), 트랜잭션(152j)을 수신하는 임의의 블록체인 노드(104)는 새로운 유효성 검증된 트랜잭션(152)을 그 블록체인 노드(104)에서 유지되는 블록체인들(154)의 순서화된 세트(154)에 추가할 것이다. 또한, 트랜잭션(152j)을 수신하는 임의의 블록체인 노드(104)는 유효성 검증된 트랜잭션(152)을 네트워크(106)의 하나 이상의 다른 블록체인 노드들(104)로 전방으로 전파시킬 것이다. 각각의 블록체인 노드(104)가 동일한 프로토콜을 적용하기 때문에, 트랜잭션(152j)이 유효하다고 가정하면, 이는 그것이 곧 전체 네트워크(106)에 걸쳐 전파될 것임을 의미한다.
일단 주어진 블록체인 노드(104)에서 유지되는 계류중인 트랜잭션(154)의 순서화된 풀에 허용되면, 블록체인 노드(104)는 새로운 트랜잭션(152)을 포함하여 154의 각자의 풀의 최신 버전 상에서 작업 증명 퍼즐을 해결하기 위해 경쟁하기 시작할 것이다(다른 블록체인 노드들(104)은 트랜잭션들의 상이한 풀(154)에 기초하여 퍼즐을 해결하려고 시도할 수 있지만 누구든 먼저 해결하는 사람은 최신 블록(151)에 포함된 트랜잭션들의 세트를 정의할 것임을 상기한다). 결국 블록체인 노드(104)는 앨리스의 트랜잭션(152j)을 포함하는 순서화된 풀(154)의 일부에 대한 퍼즐을 해결할 것이다. 새로운 트랜잭션(152j)을 포함하는 풀(154)에 대한 작업 증명이 완료되면, 이는 변경 불가능하게 블록체인(150)의 블록들(151) 중 하나의 부분이 된다. 각각의 트랜잭션(152)은 이전 트랜잭션에 대한 역 포인터를 포함하여서, 트랜잭션들의 순서가 또한 변경 불가능하게 레코딩된다.
상이한 블록체인 노드들(104)은 주어진 트랜잭션의 상이한 인스턴스들을 먼저 수신하고 이에 따라 하나의 인스턴스가 새로운 블록(151)에 공개되기 전에 어떤 인스턴스가 '유효'한지에 관한 상충되는 뷰들을 가질 수 있으며, 이 때 모든 블록체인 노드들(104)은 공개된 인스턴스가 유일한 유효 인스턴스라는 것에 동의한다. 블록체인 노드(104)가 하나의 인스턴스를 유효한 것으로 수락하고 그 후 제2 인스턴스가 블록체인(150)에 레코딩되었음을 발견하는 경우, 해당 블록체인 노드(104)는 이를 수락해야 하며 초기에 수락된 인스턴스(즉, 블록(151)에서 공개되지 않은 인스턴스)를 폐기(즉, 유효하지 않은 것으로 취급)할 것이다.
일부 블록체인 네트워크들에 의해 동작되는 트랜잭션 프로토콜의 대안적인 유형은 계정-기반 트랜잭션 모델의 일부로서 "계정-기반" 프로토콜로서 지칭될 수 있다. 계정-기반의 경우에, 각각의 트랜잭션은 과거 트랜잭션들의 시퀀스에서 선행 트랜잭션의 UTXO를 뒤로 참조하기 보다는, 절대 계정 잔액을 참조함으로써 전달될 금액을 정의한다. 모든 계정들의 현재 상태는 블록체인과 별개로 해당 네트워크의 노드들에 의해 저장되며 지속적으로 업데이트된다. 이러한 시스템에서, 트랜잭션들은 계정의 실행 중인 트랜잭션 집계(또한 "포지션"이라 불림)를 사용하여 순서화된다. 이 값은 그의 암호화 서명의 일부로 발신인에 의해 서명되고 트랜잭션 참조 계산의 부분으로서 해싱된다. 게다가, 선택적 데이터 필드가 또한 트랜잭션에 서명할 수 있다. 이 데이터 필드는 예컨대, 이전 트랜잭션 ID가 데이터 필드에 포함된 경우 이전 트랜잭션을 뒤로 가리킬 수 있다.
2. UTXO-기반 모델
도 2는 예시적인 트랜잭션 프로토콜을 예시한다. 이는 UTXO-기반 프로토콜의 예이다. 트랜잭션(152)(약칭 "Tx")은 블록체인(150)의 기본 데이터 구조이다(각각의 블록(151)은 하나 이상의 트랜잭션들(152)을 포함함). 다음은 출력-기반 또는 "UTXO" 기반 프로토콜을 참조하여 설명될 것이다. 그러나 이것은 모든 가능한 실시예들로 제한되지 않는다. 예시적인 UTXO-기반 프로토콜이 비트코인을 참조하여 설명되지만, 다른 예시적인 블록체인 네트워크들 상에서 동일하게 구현될 수 있다는 것에 주의한다.
UTXO-기반 모델에서, 각각의 트랜잭션("Tx")(152)은 하나 이상의 입력들(202) 및 하나 이상의 출력들(203)을 포함하는 데이터 구조를 포함한다. 각각의 출력(203)은 (UTXO가 아직 리딤되지 않은 경우) 다른 새로운 트랜잭션의 입력(202)에 대한 소스로서 사용될 수 있는 미지출 트랜잭션 출력(unspent transaction output; UTXO)을 포함할 수 있다. UTXO는 디지털 자산의 금액을 지정하는 값을 포함한다. 이는 분산 원장 상의 세팅된 수의 토큰들을 표현한다. UTXO는 또한 다른 정보 중에서도, 그것이 발생한 트랜잭션의 트랜잭션 ID를 포함할 수 있다. 트랜잭션 데이터 구조는 또한 입력 필드(들)(202) 및 출력 필드(들)(203)의 크기의 표시자를 포함할 수 있는 헤더(201)를 포함할 수 있다. 헤더(201)는 또한 트랜잭션의 ID를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 트랜잭션 ID는 (트랜잭션 ID 자체는 제외한) 트랜잭션 데이터의 해시이고 노드들(104)에게 제출된 원시 트랜잭션(152)의 헤더(201)에 저장된다.
앨리스(103a)가 해당 디지털 자산의 금액을 밥(103b)에게 전달하는 트랜잭션(152j)을 생성하기를 원한다고 하자. 도 2에서 앨리스의 새로운 트랜잭션(152j)은 "Tx1"로서 라벨이 지정된다. 이는 시퀀스의 선행 트랜잭션(152i)의 출력(203)에서 앨리스에게 잠긴 디지털 자산의 금액을 취하고, 이 중 적어도 일부를 밥에게 전달한다. 선행 트랜잭션(152i)은 도 2에서 "Tx0"로 라벨이 지정된다. Tx0 및 Tx1은 임의의 라벨일 뿐이다. 이들은, Tx0이 블록체인(151)의 최초 트랜잭션이거나, Tx1이 풀(154)에서 바로 다음 트랜잭션이라는 것을 반드시 의미하지는 않는다. Tx1은 앨리스에게 잠긴 미지출 출력(203)을 여전히 갖는 임의의 선행(즉, 앞선) 트랜잭션을 뒤로 가리킬 수 있다.
선행 트랜잭션(Tx0)은 앨리스가 자신의 새로운 트랜잭션(Tx1)을 생성할 때, 또는 적어도 그녀가 그것을 네트워크(106)에 전송할 때까지 이미 유효성 검증되고 블록체인(150)의 블록(151)에 포함되었을 수 있다. 이는 그 시간에 이미 블록들(151) 중 하나에 포함되었거나, 순서화된 세트(154)에서 여전히 대기 중일 수 있으며, 이 경우에 곧 새로운 블록(151)에 포함될 것이다. 대안적으로 Tx0 및 Tx1이 생성되고 네트워크(106)에 함께 전송될 수 있거나 또는 노드 프로토콜이 "고아" 트랜잭션들을 버퍼링하도록 허용하는 경우 Tx0는 Tx1 이후에도 전송될 수 있다. 트랜잭션들의 시퀀스의 맥락에서 본원에서 사용된 바와 같은 "선행" 및 "후속"이라는 용어들은 (트랜잭션이 다른 트랜잭션을 뒤로 가리키고, 이와 같이 계속되는) 트랜잭션들에서 지정된 트랜잭션 포인터들에 의해 정의된 바와 같은 시퀀스에서의 트랜잭션들의 순서를 지칭한다. 이들은 "선행자(predecessor)" 및 "후행자(successor)", 또는 "앞선(antecedent)"과 "후위의(descendant)", "부모" 및 "자식" 등으로 동등하게 대체될 수 있다. 이는 그것들이 생성되고, 네트워크(106)로 전송되거나, 임의의 주어진 블록체인 노드(104)에 도달하는 순서를 반드시 의미하지는 않는다. 그럼에도 불구하고, 선행 트랜잭션(앞선 트랜잭션 또는 "부모")을 가리키는 후속 트랜잭션(후위의 트랜잭션 또는 "자식")은 부모 트랜잭션이 유효성 검증될 때까지 그리고 유효성 검증되지 않는 한 유효성 검증되지 않을 것이다. 그의 부모 이전에 블록체인과 노드(104)에 도달하는 자식은 고아로 간주된다. 이는 노드 프로토콜 및/또는 노드 거동에 의존하여 부모를 기다리기 위해 특정 시간 동안 버퍼링되거나 폐기될 수 있다.
선행 트랜잭션(Tx0)의 하나 이상의 출력들(203) 중 하나는, 본원에서 UTXO0으로서 라벨이 지정되는 특정 UTXO를 포함한다. 각각의 UTXO는 UTXO에 의해 표현되는 디지털 자산의 금액을 지정하는 값 및 후속 트랜잭션이 유효성 검증되고 따라서 UTXO가 성공적으로 리딤되기 위하여 후속 트랜잭션의 입력(202)에서 잠금해제 스크립트에 의해 만족되어야 하는 조건을 정의하는 잠금 스크립트를 포함한다. 통상적으로, 잠금 스크립트는 특정 당사자(그것이 포함된 트랜잭션의 수혜자)에게로 금액을 잠근다. 즉, 잠금 스크립트는, 통상적으로 후속 트랜잭션의 입력의 잠금해제 스크립트가 선행 트랜잭션이 잠겨 있는 당사자의 암호화 서명을 포함하는 조건을 포함하는 잠금해제 조건을 정의한다.
잠금 스크립트(일명 scriptPubKey)는 노드 프로토콜에 의해 인식되는 도메인 특정 언어로 작성된 코드 조각이다. 이러한 언어의 특정 예는 블록체인 네트워크에 의해 사용되는 "스크립트(Script)"(대문자 S)라 불린다. 잠금 스크립트는 트랜잭션 출력(203)을 지출하는 데 어떤 정보가 필요한지, 예컨대, 앨리스의 서명 요건을 지정한다. 잠금해제 스크립트들은 트랜잭션들의 출력에서 나타난다. 잠금해제 스크립트(일명 scriptSig)는 잠금 스크립트 기준들을 충족시키는 데 필요한 정보를 제공하는 도메인 특정 언어로 작성된 코드 조각이다. 예컨대, 이는 밥의 서명을 포함할 수 있다. 잠금해제 스크립트들은 트랜잭션들의 입력(202)에 나타난다.
따라서 예시된 예에서, Tx0의 출력(203)의 UTXO0은 UTXO0가 리딤되기 위해(엄밀히, UTXO0을 리딤하고자 시도하는 후속 트랜잭션이 유효하기 위해) 앨리스의 서명 Sig PA를 요구하는 잠금 스크립트 [Checksig PA]를 포함한다. [Checksig PA]는 앨리스의 공개-개인 키 쌍으로부터의 공개 키 PA의 표현(예컨대, 해시)을 포함한다. Tx1의 입력(202)은 (예컨대, 실시예에서, 전체 트랜잭션 Tx0의 해시인 그의 트랜잭션 Id인 TxID0에 의해) Tx1을 뒤로 가리키는 포인터를 포함한다. Tx1의 입력(202)은 Tx0 내에서 UTXO0을 식별하는 인덱스를 포함하여, Tx0의 임의의 다른 가능한 출력들 사이에서 그것을 식별한다. Tx1의 입력(202)은 앨리스의 암호화 서명을 포함하는 잠금해제 스크립트 <Sig PA>를 더 포함하며, 이는 앨리스가 키 쌍으로부터 자신의 개인 키를 데이터의 미리 정의된 부분(때로는 암호화에서 "메시지"라 불림)에 적용함으로써 생성된다. 유효한 서명을 제공하기 위해 앨리스에 의해 서명될 필요가 있는 데이터(또는 "메시지")는 잠금 스크립트, 노드 프로토콜 또는 이들의 조합에 의해 정의될 수 있다.
새로운 트랜잭션 Tx1이 블록체인 노드(104)에 도달할 때, 노드는 노드 프로토콜을 적용한다. 이는 잠금해제 스크립트가 잠금 스크립트에 정의된 조건(이 조건은 하나 이상의 기준들을 포함할 수 있음)을 충족시키는지를 체크하기 위해 잠금 스크립트 및 잠금해제 스크립트를 함께 실행하는 것을 포함한다. 실시예들에서, 이는 2개의 스크립트들을 컨케터네이팅(concatenating)하는 것을 수반한다.
<Sig PA> <PA> || [Checksig PA]
여기에서 "||"는 컨케터네이션을 표현하고 "<...>"는 스택 상에 데이터를 배치하는 것을 의미하고, "[…]"는 잠금 스크립트(이 예에서, 스택-기반 언어)에 의해 구성된 함수이다. 동등하게, 스크립트들을 컨케터네이팅하는 대신, 스크립트들은 공통 스택을 사용하여 번갈아 실행될 수 있다. 어느 쪽이든, 함께 실행될 때, 스크립트들은 Tx0의 출력의 잠금 스크립트에 포함된 바와 같은 앨리스의 공개 키 PA를 사용하여, Tx1의 입력의 잠금해제 스크립트가 데이터의 예상되는 부분에 서명하는 앨리스의 서명을 포함한다는 것을 인증한다. 이 인증을 수행하기 위하여 데이터의 예상되는 부분 자체("메시지")가 또한 포함될 필요가 있다. 실시예들에서, 서명된 데이터는 Tx1 전체를 포함한다(이에 따라, 평문으로 데이터의 서명된 부분을 지정하는 별개의 요소가 포함될 필요가 없는데, 그 이유는 그것이 이미 본질적으로 존재하기 때문임).
공개-개인 암호화에 의한 인증의 세부사항들은 당업자에게 친숙할 것이다. 기본적으로, 앨리스가 자신의 개인 키를 사용하여 메시지에 서명한 경우, 앨리스의 공개 키 및 평문의 메시지를 감안하여, 노드(104)와 같은 다른 엔티티는 메시지가 앨리스에 의해 서명된 것임이 틀림없다는 것을 인증할 수 있다. 서명은 통상적으로 메시지를 해싱하는 것, 해시에 서명하는 것, 그리고 이를 서명으로서 메시지에 태깅하고, 이에 따라 공개 키의 임의의 보유자(holder)가 서명을 인증하는 것을 가능하게 하는 것을 포함한다. 따라서 여기에서 특정 데이터 조각 또는 트랜잭션의 일부 등에 서명하는 것에 대한 임의의 참조는 실시예들에서 해당 데이터 조각 또는 트랜잭션 일부의 해시에 서명하는 것을 의미할 수 있다는 것에 주의한다.
Tx1의 잠금해제 스크립트가 Tx0의 잠금 스크립트에 지정된 하나 이상의 조건들을 충족시키는 경우(이에 따라, 보여진 예에서, 앨리스의 서명이 Tx1에서 제공되고 인증된 경우), 블록체인과 노드(104)는 Tx1이 유효한 것으로 간주한다. 이는 블록체인 노드(104)가 계류중인 트랜잭션들(154)의 순서화된 풀에 Tx1을 추가할 것임을 의미한다. 블록체인 노드(104F)는 또한 트랜잭션 Tx1을 네트워크(106) 내 하나 이상의 다른 블록체인 노드들(104)로 포워딩할 것이어서, 그 트랜잭션이 네트워크(106) 전반에 걸쳐 전파될 것이다. Tx1이 유효성 검증되고 블록체인(150)에 포함되면, 이는 지출된 것으로 Tx0으로부터의 UTXO0를 정의한다. Tx1은 그것이 미지출 트랜잭션 출력(203)을 지출하는 경우에만 유효할 수 있다는 것에 주의한다. 다른 트랜잭션(152)에 의해 이미 지출된 출력을 지출하려고 시도하는 경우, 다른 모든 조건들이 충족되는 경우조차도 Tx1은 유효하지 않을 것이다. 따라서 블록체인과 노드(104)는 또한 선행 트랜잭션 Tx0에서 참조된 UTXO가 이미 지출되었는지(즉, 다른 유효한 트랜잭션에 대한 유효한 입력을 이미 형성했는지)를 체크할 필요가 있다. 이는 트랜잭션들(152) 상에 정의된 순서를 부과하는 것이 블록체인(150)에 대해 중요한 하나의 이유이다. 실제로, 주어진 블록체인 노드(104)는 트랜잭션들(152)이 지출된 UTXO들(203)을 마킹하는 별개의 데이터베이스를 유지할 수 있지만, 궁극적으로 UTXO가 지출되었는지를 정의하는 것은 블록체인(150)의 다른 유효한 트랜잭션에 대한 유효한 입력이 이미 형성되었는지의 여부이다.
주어진 트랜잭션(152)의 모든 출력들(203)에서 지정된 총 금액이 모든 그의 입력들(202)에 의해 가리켜지는 총 금액보다 큰 경우, 이는 대부분의 트랜잭션 모델들에서 무효에 대한 다른 근거이다. 따라서 이러한 트랜잭션들은 전파되지도 않고 블록(151)에 포함되지 않을 것이다.
UTXO-기반 트랜잭션 모델에서, 주어진 UTXO는 전체로서 지출될 필요가 있다는 것에 주의한다. 다른 프랙션(fraction)이 지출되면서, 지출된 것으로 UTXO에서 정의된 금액의 프랙션을 "남겨둘" 수는 없다. 그러나 UTXO로부터의 금액은 다음 트랜잭션의 다수의 출력들 사이에서 분할될 수 있다. 예컨대, Tx0의 UTXO0에 정의된 금액은 Tx1의 다수의 UTXO들 사이에서 분할될 수 있다. 따라서 앨리스가 UTXO0에 정의된 모든 금액을 밥에게 주기를 원하지 않는 경우, 앨리스는 Tx1의 제2 출력에서 자신에게 잔돈을 주거나, 다른 당사자에게 지불하는데 나머지를 사용할 수 있다.
실제로, 앨리스는 또한 일반적으로 블록(151)에 그녀의 트랜잭션(104)을 성공적으로 포함시키는 비트코인 노드(104)에 대한 수수료를 포함할 필요가 있을 것이다. 앨리스가 그러한 수수료를 포함시키지 않는 경우, Tx0은 블록체인 노드들(104M)에 의해 거부될 수 있고, 이에 따라 기술적으로 유효하더라도, 전파되어 블록체인(150)에 포함되지 않을 수 있다(노드프로토콜은 블록체인 노드들(104)이 원하지 않는 경우 이들에게 트랜잭션들(152)을 수락하도록 강요하지 않음). 일부 프로토콜들에서, 트랜잭션 수수료는 자체의 별개의 출력(203)을 요구하지 않는다(즉, 별개의 UTXO가 필요하지 않음). 대신, 주어진 트랜잭션(152)의 입력(들)(202)에 의해 가리켜지는 총 금액과 출력(들)(203)에 지정된 총 금액 사이의 임의의 차이는 트랜잭션을 공개한 블록체인 노드(104)에게 자동으로 주어진다. 예컨대, UTXO0에 대한 포인터가 Tx1에 대한 유일한 입력이고 Tx1는 단 하나의 출력 UTXO1만을 갖는다고 하자. UTXO0에 지정된 디지털 자산의 금액이 UTXO1에 지정된 금액보다 큰 경우, 차이는 UTXO1을 포함하는 블록을 생성하기 위한 작업 증명 경쟁에서 승리한 노드(104)에 의해 할당될 수 있다. 그러나 대안적으로 또는 부가적으로, 트랜잭션 수수료가 트랜잭션(152)의 UTXO들(203) 중 자체 UTXO에서 명시적으로 지정될 수 있다는 것이 반드시 배제되는 것은 아니다.
앨리스 및 밥의 디지털 자산들은 블록체인(150)의 임의의 위치의 임의의 트랜잭션들(152)에서 그들에게 잠겨 있는 UTXO로 구성된다. 따라서 통상적으로, 주어진 당사자(103)의 자산들은 블록체인(150) 전반에 걸친 다양한 트랜잭션들(152)의 UTXO들에 걸쳐 흩어져 있다. 블록체인(150)의 어떤 위치에도 주어진 당사자(103)의 총 잔액을 정의하는 숫자는 전혀 없다. 클라이언트 애플리케이션(105)에서 지갑 기능의 역할은, 개개의 당사자에게 잠겨 있으며 다른 전방 트랜잭션에서 아직 지출되지 않은 모든 다양한 UTXO들의 값들을 함께 대조하는 것이다. 비트코인 노드들(104) 중 임의의 것에 저장된 블록체인(150)의 사본을 질의함으로써 이것이 수행될 수 있다.
스크립트 코드는 종종 도식적으로(즉, 정확한 언어를 사용하지 않음) 표현된다는 것에 주의한다. 예컨대, 특정 기능을 표현하기 위해 작업 코드(opcode)들이 사용될 수 있다. "OP_..."는 스크립트 언어의 특정 작업코드(opcode)를 지칭한다. 예로서, OP_RETURN은 잠금 스크립트의 선두에서 OP_FALSE가 앞에 있을 때 트랜잭션 내에 데이터를 저장하고 그리하여 데이터를 블록체인(150)에 변경 불가능하게 레코딩할 수 있는 트랜잭션의 지출 불가능한 출력을 생성하는 스크립트 언어의 작업코드이다. 예컨대, 데이터는 블록체인에 저장하고자 하는 문서를 포함할 수 있다.
통상적으로, 트랜잭션의 입력은 공개 키 PA에 대응하는 디지털 서명을 포함한다. 실시예들에서, 이는 타원 곡선 secp256k1을 사용하는 ECDSA에 기초한다. 디지털 서명은 특정 데이터 조각에 서명한다. 일부 실시예들에서, 주어진 트랜잭션에 대해, 서명은 트랜잭션 입력의 일부, 및 트랜잭션 출력들의 전부 또는 일부에 서명할 것이다. 서명되는 출력들의 특정 부분들은 SIGHASH 플래그에 의존한다. SIGHASH 플래그는 일반적으로 어느 출력들이 서명되는지를 선택하기 위해 서명의 끝에 포함된 4-바이트 코드이다(이에 따라, 서명 시에 고정됨).
잠금 스크립트는 때로는, 그것이 통상적으로 개개의 트랜잭션이 잠겨 있는 당사자의 공개 키를 포함한다는 사실을 지칭하는 "scriptPubKey"라 칭해진다. 잠금해제 스크립트는 때로는 그것이 통상적으로 대응하는 서명을 제공한다는 사실을 지칭하는 "scriptSig"라 칭해진다. 그러나, 보다 일반적으로, UTXO가 리딤되기 위한 조건이 서명을 인증하는 것을 포함하는 것이 블록체인(150)의 모든 애플리케이션들에서 필수적인 것은 아니다. 보다 일반적으로 스크립팅 언어는 임의의 하나 이상의 조건들을 정의하는 데 사용될 수 있다. 따라서 보다 일반적인 용어들 "잠금 스크립트" 및 "잠금해제 스크립트"가 선호될 수 있다.
3. 사이드 채널
도 1에 도시된 바와 같이, 앨리스 및 밥의 컴퓨터 장비(102a, 120b) 각각 상의 클라이언트 애플리케이션은 각각 부가적인 통신 기능성을 포함할 수 있다. 즉, 부가적인 기능성은 (어느 한 당사자 또는 제3자의 주도로) 앨리스(103a)가 밥(103b)과 별개의 사이드 채널(107)을 설정하는 것을 가능하게 한다. 사이드 채널(107)은 블록체인 네트워크와 별개로 데이터 교환을 가능하게 한다. 이러한 통신을 때로는 "오프-체인(off-chain)" 통신으로서 지칭된다. 예컨대, 이는 당사자들 중 하나가 네트워크(106)로 브로드캐스팅하기로 선택할 때까지, (아직) 트랜잭션이 블록체인 네트워크(106) 상에 등록되거나 체인(150)으로 진행됨 없이 앨리스와 밥 사이에서 트랜잭션(152)을 교환하는 데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로 트랜잭션을 공유하는 것은 때로는 "트랜잭션 템플릿" 공유하는 것으로서 지칭된다. 트랜잭션 템플릿은 완전한 트랜잭션을 형성하기 위해 요구되는 하나 이상의 입력들 및/또는 출력들이 없을 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 사이드 채널(107)은 키들, 협상된 금액들 또는 조건들, 데이터 콘텐츠 등과 같은 임의의 다른 트랜잭션 관련 데이터를 교환하는 데 사용될 수 있다.
사이드 채널(107)은 블록체인 네트워크(106)와 동일한 패킷 교환 네트워크(101)를 통해 설정될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 사이드 채널(301)은 상이한 네트워크 이를테면, 모바일 셀룰러 네트워크, 또는 로컬 영역 네트워크 이를테면, 로컬 무선 네트워크, 또는 심지어, 앨리스 및 밥의 디바이스들(102a, 102b) 사이의 직접 유선 또는 무선 링크를 통해 설정될 수 있다. 일반적으로, 본원의 임의의 위치에서 지칭되는 바와 같은 사이드 채널(107)은 "오프-체인", 즉 블록체인 네트워크(106)와 별개로 데이터를 교환하기 위한 하나 이상의 네트워킹 기술들 또는 통신 매체들을 통한 임의의 하나 이상의 링크들을 포함할 수 있다. 하나 초과의 링크가 사용되는 경우, 오프-체인 링크들의 번들(bundle) 또는 모음은 전체적으로 사이드 채널(107)로서 지칭될 수 있다. 따라서 앨리스 및 밥이 사이드 채널(107)을 통해 특정 정보 조각들 또는 데이터 등을 교환한다고 하면, 이는 이러한 모든 데이터 조각들이 정확히 동일한 링크 또는 심지어 동일한 유형의 네트워크를 통해 전송되어야 한다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니란 것에 주의한다.
4. 부분 SHA256
본 발명의 실시예들은 SHA 해시 함수(예컨대, SHA256, SHA512 등)로 해싱된 프리이미지의 해시 다이제스트가 주어지면, 메시지(즉, 임의의 데이터 조각)가 그 해시 다이제스트에 대한 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 증명하는 것을 가능하게 한다. 프리이미지에 속하는 것으로 증명되는 프리이미지의 일부는 본원에서 "부분 프리이미지"로서 지칭된다. 그것은 또한 '제2 메시지'로서 지칭된다. 일반적으로 프리이미지는 제1 메시지(즉, 프리이미지의 제1 부분)와 제2 메시지(즉, 메시지의 제2 부분)로 구성되며, 여기서 제1 메시지는 제2 메시지에 선행한다. 제1 및 제2 메시지들(및 전체로서 프리이미지)은 반드시, 둘 이상의 엔티티들 간의 통신이라는 의미의 메시지인 것은 아니란 것에 주의한다. 즉, 메시지라는 용어는 임의의 유형의 데이터를 지칭하는 데 사용된다. 즉, 본 개시내용에서 사용된 바와 같은 "메시지"(제1 메시지이든, 제2 메시지이든, 전체적인 프리이미지이든)는 반드시 의미 있는 콘텐츠 또는 페이로드를 의미하는 것은 아니지만, 이것이 물론 배제되진 않는다. 예컨대, 메시지는 다른(비-사용자-콘텐츠) 요소 이를테면, 솔트 또는 논스와 컨케터네이팅된 콘텐츠 데이터 및/또는 사용자 페이로드를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들을 구현하기 위한 예시적인 시스템(300)을 예시한다. 시스템(300)은 증명 당사자(301) 및 검증 당사자(302)를 포함한다. 증명 당사자(301)는 제2 메시지가 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 다른 당사자(검증 당사자(302))에게 증명하고자 하는 엔티티이다. 검증 당사자(302)는 제2 메시지가 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 검증하고자 하는 엔티티이다. 일반적으로 당사자들은 임의의 유형의 엔티티, 예컨대, 앨리스(103a) 또는 밥(103b)과 같은 사용자, 사용자들의 그룹, 조직, 기계, 블록체인 노드(104) 등일 수 있다.
특정 유형의 엔티티에 관계없이, 증명 당사자(301) 및 검증 당사자(302)는 하나 이상의 프로세서들, 예컨대, 하나 이상의 CPU들, GPU들, DSP, 암호화 프로세서들, 기타 가속기 프로세서들, 애플리케이션 특정 프로세서, 및/또는 FPGA들을 포함하는 개개의 프로세싱 장치를 포함하는 개개의 컴퓨터 장비를 동작시킨다. 증명 당사자(301) 및 검증 당사자(302)의 개개의 컴퓨터 장비는 메모리, 즉 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체 또는 매체들의 형태의 컴퓨터-판독 가능 저장소를 더 포함할 수 있다. 이 메모리는 하나 이상의 메모리 매체들, 예컨대, 하드 디스크 또는 자기 테이프와 같은 자기 매체; SSD, 플래시 메모리 또는 EEPROM, ROM, DRAM, SRAM과 같은 전자 매체; 및/또는 광학 디스크 드라이브 또는 유리 저장소와 같은 광학 매체를 사용하는 하나 이상의 메모리 유닛들을 포함할 수 있다. 개개의 컴퓨터 장비의 메모리는 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 배열된 적어도 하나의 클라이언트 애플리케이션의 개개의 인스턴스를 포함하는 소프트웨어를 저장한다. 본원에서 증명 당사자(301) 및 검증 당사자(302)에 기인한 임의의 액션은 해당 당사자의 개개의 컴퓨터 장비의 프로세싱 장치 상에서 실행되는 소프트웨어를 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 개개의 컴퓨터 장비는 적어도 하나 사용자 단말, 예컨대, 데스크 톱 또는 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰, 또는 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스를 포함한다. 주어진 당사자(301, 302)의 컴퓨터 장비는 또한 사용자 단말을 통해 액세스되는 클라우드 컴퓨팅 자원들과 같은 하나 이상의 다른 네트워킹된 자원들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 SHA256 해시 함수인 SHA 기반 해시 함수의 관점에서 먼저 설명될 것이다. 그러나 SHA 기반 해시 함수들 중 임의의 것이 사용될 수 있다는 것이 인지될 것이다.
전체 프리이미지, 즉 제1 및 제2 메시지들의 컨케터네이션에 대한 액세스를 갖는 증명 당사자(301)의 관점에서 시작하면, 증명 당사자(301)는 프리이미지에 대해 SHA256 해시 함수를 부분적으로 실행한다. 즉, 증명 당사자(301)는 SHA256 해시 함수에 프리이미지를 입력하고 SHA256 해시 함수(즉, SHA256 해시 함수를 구현하도록 구성된 알고리즘)의 전부가 아닌 일부를 실행한다. SHA256 해시 함수 자체는 잘 알려져 있으며 https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.180-4.pdf에 자세히 설명된다. https://en.wikipedia.org/wiki/SHA-2를 또한 참조한다.
증명 당사자(301)는 SHA256 해시 함수를 부분적으로 실행하여 반복 입력 벡터를 생성한다. 반복 입력 벡터는 제1 메시지를 표현하는 바이트들의 블록들을 프로세싱한 후 출력되는 벡터이다. 프리이미지는 바이트들의 시퀀스로서 표현된다. 바이트들의 시퀀스는 하나 이상의 바이트들로 패딩되어 패딩된 시퀀스를 생성한다. 바이트들의 시퀀스의 패딩은 SHA256 해시 함수의 사전-프로세싱 국면의 일부로서 당업자에게 익숙할 것이다. 그 후, 패딩된 시퀀스는 블록들의 시퀀스로 분할(즉, 파싱)되며, 각각의 블록은 크기가 64바이트들이다. 이는 제1 블록들의 시퀀스로서 지칭될 것이다. 다시 말하지만, 당업자는 이러한 분할에 익숙할 것이다. 제1 복수의 제1 블록들의 시퀀스는 제1 메시지를 표현하는데, 즉 제1 복수의 블록들은 제1 메시지를 표현하는 바이트들을 포함한다. 대신에 제1 복수의 블록들은 제1 메시지의 이진 표현을 복수의 64바이트 블록들로 분할함으로써 제1 메시지로부터 직접 획득될 수 있다. 제2 복수의 제1 블록들의 시퀀스는 제2 메시지, 및 임의의 패딩을 표현한다. 즉, 제2 복수의 블록들은 제2 메시지를 표현하는 바이트들 및 패딩 바이트들을 포함한다. 그 후, SHA256 해시 컴퓨테이션은 제1 복수의 블록들 상에서 순서대로 수행된다. 즉, SHA256 해시 컴퓨테이션의 반복은 제1 블록들의 시퀀스 내 제1 블록 상에서 수행되고, 그 후 SHA256 해시 컴퓨테이션의 반복은 제1 블록들의 시퀀스 내 제2 블록 상에서 수행되는 식이다. 반복 입력 벡터는 제1 복수의 블록들 내 최종 블록에 대한 SHA256 해시 함수의 반복의 출력이다. SHA256 해시 컴퓨테이션의 각각의 반복은 개개의 반복 입력 벡터를 출력한다. 따라서 편의상, 제1 복수의 블록들 내 최종 블록에 대한 SHA256 해시 컴퓨테이션의 최종 반복 후 출력되는 반복 입력 벡터는 타겟 반복 입력 벡터로서 지칭될 것이다.
바이트로 표현되는 것으로 언급되는 임의의 데이터(예컨대, 프리이미지, 제1 메시지, 제2 메시지, 패딩된 시퀀스, 블록들 등)는 비트로 동등하게 표현될 수 있다는 것에 주의한다.
제2 메시지가 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 증명하기 위해, 증명 당사자(301)는 타겟 반복 입력 벡터를 검증 당사자(302)에 대해 이용 가능하게 한다. 이는 예컨대, 보안 통신 채널을 통해 검증 당사자(302)에 타겟 반복 입력 벡터를 전송하는 것을 수반할 수 있다. 다른 예들에서, 타겟 반복 입력 벡터는 공개적으로 액세스 가능하거나 공개적으로 액세스 가능하지 않을 수 있는(즉, 웹페이지의 콘텐츠들에 액세스하기 위해 비밀번호 등이 요구될 수 있음) 온라인 자원, 예컨대, 웹페이지에서 이용 가능하게 될 수 있다.
검증 당사자(302)는 이미 해시 다이제스트에 대한 액세스를 가질 수 있다. 만약 아니라면, 증명 당사자(301)는 제2 메시지가 프리이미지의 일부라는 것을 검증하는 데 사용하기 위해 해시 다이제스트를 검증 당사자(302)에 전송할 수 있다. 증명 당사자(301)는 다른 방식들, 예컨대, 해시 다이제스트를 공개함으로써 해시 다이제스트를 검증 당사자(302)에 대해 이용 가능하게 할 수 있다. 다른 당사자가 해시 다이제스트를 검증 당사자(302)에 대해 이용 가능하게 하는 것이 또한 배제되지 않는다. 실제로, 다른 당사자는 해시 다이제스트를 생성하는 당사자일 수 있다.
마찬가지로, 증명 당사자(301)는 검증 당사자(302)에게 제2 메시지를 전송하거나 다른 방식으로 이용 가능하게 할 수 있다.
아래에서 논의되는 바와 같이, 일부 예들에서, 검증 당사자(302)는 프리이미지의 비트 길이 또는 바이트 길이를 알아야 한다. 이러한 예들에서, 증명 당사자(301)는 프리이미지의 비트 길이 또는 바이트 길이를 검증 당사자(302)에게 전송하거나 다른 방식으로 이용 가능하게 할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 검증 당사자(302)는 제1 메시지의 비트 길이 또는 바이트 길이를 획득할 수 있다.
예컨대, 증명 당사자(301)로부터 타겟 반복 입력 벡터를 획득하면, 검증 당사자(302)는 제2 메시지가 프리이미지의 일부를 형성한다는 것을 검증하기 위해 무결성 증명을 수행한다. 검증 당사자(301)는 바이트들의 시퀀스로 표현된 제2 메시지에 대한 액세스를 요구한다. 바이트들의 시퀀스는 하나 이상의 바이트들로 패딩되어 패딩된 시퀀스를 생성한다. 그 후, 패딩된 시퀀스는 블록들의 시퀀스로 분할(즉, 파싱)되며, 각각의 블록은 크기가 64바이트들이다. 이는 제2 블록들의 시퀀스로서 지칭될 것이다. 제2 시퀀스 내 제1 블록은 제2 메시지의 제1 바이트들을 포함한다. 검증 당사자(302)는 상기 패딩을 수행할 수 있거나, 검증 당사자(302)는 예컨대, 증명 당사자(301)로부터 패딩된 시퀀스를 획득할 수 있다. 그 후, SHA256 해시 컴퓨테이션은 제2 블록들의 시퀀스 상에서 순서대로 수행된다. 즉, SHA256 해시 컴퓨테이션의 반복은 제2 블록들의 시퀀스 내 제1 블록 상에서 수행되고, 그 후 SHA256 해시 컴퓨테이션의 반복은 제21 블록들의 시퀀스 내 제2 블록 상에서 수행되는 식이다. 앞서 언급된 바와 같이, 개개의 반복 입력 벡터는 SHA256 해시 함수의 각각의 반복이 끝에서 출력된다. 편의상, 제2 블록들의 시퀀스 내 최종 블록을 처리한 후 출력되는 개개의 반복 입력 벡터는 최종 반복 출력 벡터로서 지칭될 것이다.
명확하게 말하면, 반복 입력 벡터들 및 반복 출력 벡터들은 동일한 포맷을 취하며, 실제로는 하나이고 동일하다. "반복 입력 벡터"는 단지 SHA256 해시 컴퓨테이션의 다음 반복에 대한 입력으로서 사용되는 벡터를 참조하는 데 사용된다. "반복 출력 벡터"는 단지 SHA256 해시 컴퓨테이션의 이전 반복 출력을 참조하는 데 사용된다.
그 후 검증 당사자(302)는 최종 반복 출력 벡터(302)에 기초하여 예컨대, 최종 반복 출력 벡터의 요소들의 컨케터네이션에 의해 후보 해시 다이제스트를 생성한다. 제2 메시지가 실제로 프리이미지의 일부인 경우, 후보 해시 다이제스트는 프리이미지의 해시라고 주장되는 해시 다이제스트와 매칭되어야 한다. 따라서 검증 당사자(302)는 후보 해시 다이제스트 및 획득된 해시 다이제스트를 비교하고 두 해시 다이제스트들이 동일하다는 것을 검증할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 해시 다이제스트는 증명 당사자(301)로부터 직접 획득되거나 다른 곳, 예컨대, 프리이미지가 블록체인 트랜잭션을 포함하는 경우 블록체인(150)으로부터 획득될 수 있다.
다음은 설명된 실시예들의 추가 특정 예들을 제공한다.
이고, 여기서 는 m1 및 m2를 컨케터네이팅하는 메시지라고 가정한다. h가 알려진 경우, SHA256(m)이 h와 동일한지를 체크함으로써 m의 무결성이 검증될 수 있다. 해시 값 h가 주어지면, m1을 드러내지 않고 m2의 무결성을 검증하는 것이 또한 가능하다. 이는 SHA256의 하나의 컴퓨테이셔널과 동일한 컴퓨테이셔널 비용으로 행해질 수 있다.
4.1 SHA256의 내부 작동
바이트 시퀀스들의 에 의해 표현될 수 있는 입력 m이 주어지면, 제1 단계는 입력을 패딩하는 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 설명된 실시예들은 데이터(예컨대, 프리이미지 m)의 임의의 이진 표현에 적용될 수 있으며, 바이트로 표현되는 데이터로 제한되지 않는다.
1. bn으로서 1바이트 0x80을 추가한다.
2. n+1+p=56 mod 64가 될 때까지 0x00의 p 바이트들을 추가하며, 여기서 p는 가장 작은 양의 정수이다.
3. 빅 엔디안(big endian)으로 8바이트의 입력 m의 비트 길이를 표현하여 이를 추가한다.
다음 단계는 패딩된 입력을 64 바이트의 블록들로 분할하는 것이다. 각각의 바이트는 8비트라는 것에 주의한다.
그 후, 블록들이 하나씩 프로세싱된다. 우리는 이를 프로세스 블록 반복들 또는 간단히 반복들이라 칭한다. 각각의 블록 반복은 다음의 2개의 입력들을 취한다.
1. 각각 크기가 4바이트인 8개 요소들의 벡터, 및
2. 각각 크기가 4 바이트인 16개의 워드들의 블록의 파티션에 의해 표현되는 블록 자체.
제1 블록의 경우, 입력 벡터는 초기 벡터(IV)라 불린다. SHA256 알고리즘의 표준 구현에서, IV는 처음 8개 소수의 제곱근들의 소수 부분들 중 처음 32비트가 되도록 세팅된다. 모든 후속 블록들의 경우, 입력 벡터는 이전 블록 반복의 출력이다. 모호성이 있는 경우 이러한 입력 벡터들은 반복 입력 벡터들이라 불린다.
각각의 반복은 사전 프로세스 국면 및 64라운드의 셔플링으로 구성된다. 사전 프로세스 국면은 으로 표시되는, 각각 4바이트 크기의 64개 워드들을 생성한다. 처음 16개의 워드들은 프로세싱되는 블록으로부터 온다. 모든 후속 워드들은 이전 16개의 워드들로부터 도출된다.
각각의 라운드는 다음의 2개의 입력들을 취한다:
1. 각각 크기가 4바이트인 8개 요소들의 벡터, 및
2. 워드 W(순서대로 소비됨)
제1 라운드에 대해, 입력 벡터가 블록 반복으로부터의 입력 벡터로 초기화된다. 모든 후속 라운드들에 대해, 입력 벡터는 이전 라운드로부터의 출력이다. 이들을 반복 입력 벡터들과 구별하기 위해, 이들은 라운드 입력 벡터라 불린다.
블록 반복의 끝에, 마지막 라운드로부터의 출력이 반복 입력 벡터와 결합되어 이 블록 반복의 출력을 생성한다.
4.2 SHA256을 사용한 부분 프리이미지에 대한 무결성
목표는 인 h가 주어지면 m1을 드러내지 않고 m2의 무결성을 증명하는 것이다. SHA256의 내부 작동에 대한 설명은 해시 값의 컴퓨테이션에 있어 어느 지점에서든 중지하고 컴퓨테이션을 계속하는 데 필요한 정보를 알아내는 것을 가능하게 한다. 즉, m1이 소비되면 중지하고 요구된 정보를 중간 상태로 식별하고 m2로 컴퓨테이션을 계속할 수 있으며, 여기서 중간 상태는 m1이 무엇인지를 드러내지 않는다.
요구된 정보가 다음을 포함한다는 것이 도출될 수 있다:
1. 8개 요소들의 반복 입력 벡터,
2. 위와 상이한 경우, 8개 요소들의 라운드 입력 벡터,
3. 현재 블록 반복에서 프로세싱될 나머지 워드들, 및
4. 반복될 나머지 블록들.
m1의 바이트 길이가 정확히 64의 배수인 경우, 항목들 1 및 4는 h를 알아내기 위한 컴퓨테이션을 계속하기에 충분하다. 그렇지 않으면 현재 블록 반복을 완료하고 그 후 나머지 컴퓨테이션으로 넘어가기 위해 항목 1, 2, 3이 필요로 된다.
항목 3은 이전에 프로세싱된 16개의 워드들 또는 블록 자체를 표현하는 처음 16개의 워드들로 대체될 수 있다는 것에 주의한다(그 이유는 나머지 워드들이 이들로부터 도출될 수 있기 때문임).
SHA256의 보안은 각각의 블록 반복에 의해 어느 정도 상속될 수 있지만, 블록 반복의 각각의 라운드에 대해서는 아마도 해당하지 않을 수 있다. 따라서 항목 2 및 3을 결합함으로써 해당 블록 반복에서 처음 16개의 워드들을 알아내는 것이 컴퓨테이션적으로 실현 가능하다고 가정할 수 있는 경우, 정보의 목록을 다음과 같이 단순화할 수 있다.
1. IViteration으로 표시된 8개 요소들의 반복 입력 벡터, 및
2. 반복될 나머지 블록들.
단순화로 인해, m1의 길이는 이제부터 정확히 64의 배수라고 가정할 수 있다. 또한, 나머지 컴퓨테이션은 부분 SHA256(pS256)으로 표시된다.
메시지 m2의 제2 부분은 나머지 블록들과 등가가 아니라는 것에 주의한다. 최종 블록은 입력 m의 길이가 포함하지만, 정보가 m2에서 사용 가능하지 않다. 따라서 m1을 드러내지 않고 m2의 무결성을 검증하는 맥락에서, 패딩 및 최종 블록을 구성하기 위해 m1 또는 m의 길이를 알 필요가 있다.
이제 부분 SHA256 알고리즘을 공식적으로 설명할 수 있다. m의 비트 길이에 대해 가 사용된다.
단계 1: m2에 1바이트 0x80을 추가하고 나서 p바이트의 0x00을 추가하며, 여기서 p는 가 되도록 가장 작은 양의 정수이다. 빅 엔디안으로 8바이트의 를 표현하여 입력의 끝에 추가한다(예컨대, m2 패딩됨).
출력: 각각 크기가 64바이트인 블록들의 목록.
단계 2: IViteration으로 설정된 IV를 사용하여 SHA256과 같은 블록들을 반복한다.
출력: 각각 크기가 4바이트인 8개 요소들의 벡터.
단계 3: 단계 2로부터의 출력에서 8개 요소들을 컨케터네이팅한다.
출력: 32바이트의 해시 값.
제안: 메시지 m이 비트 길이 , , 을 갖는다고 가정하며, 여기서 m1은 512의 배수인 비트 길이를 갖고 SHA256 알고리즘에서 m1까지 m을 프로세싱하기 위한 출력은 IViteration이다. 그 후 임의의 에 대해, 인 확률은 SHA256이 충돌 저항성(collision resistant)라는 가정 하에 무시해도 될 정도이다.
증명: 여서 라는 것을 가정한다. 라고 하면, 가 된다. 이므로 SHA256에 대한 충돌이 발견된다. 그러나 SHA256에서 충돌을 발견할 확률은 충돌 저항의 가정 하에 무시해도 될 정도이다. 따라서 2인 이벤트 도 무시해도 될 정도의 확률을 가져야 한다.
이제 m에 대한 해시 값 h, m1에 대한 중간 상태 IViteration 및 m의 비트 길이 이 주어지면 m1을 드러내지 않고도 m2의 무결성을 증명할 수 있다. 이는 m1이 비밀이거나 제시, 송신 또는 저장되게 너무 큰 일부 데이터일 때 매우 유용하다.
지금까지, 본 발명의 실시예들은 SHA256의 맥락에서 설명되었다. 그러나 설명된 실시예들은 보안 해시 표준(https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.180-4.pdf) [1]에 커버되는 임의의 다른 SHA 함수에 대해 쉽게 적응될 수 있다. 편의상, 여기서 부분 SHA256의 설명이 반복된다.
단계 1: m2에 1바이트 0x01을 추가하고 나서 p바이트의 0x00을 추가하며, 여기서 p는 가 되도록 가장 작은 양의 정수이다. 빅 엔디안으로 8바이트로 를 표현하여 입력의 끝에 추가한다.
출력: 각각 크기가 64바이트인 블록들의 목록.
단계 2: IViteration으로 설정된 IV를 사용하여 SHA256과 같은 블록들을 반복한다.
출력: 각각 크기가 4바이트인 8개 요소들의 벡터.
단계 3: 단계 2로부터의 출력에서 8개 요소들을 컨케터네이팅한다.
출력: 32바이트의 해시 값.
이 함수는 4개의 구성요소들로 캡처될 수 있다:
1. IViteration,
2. 패딩,
3. 블록 반복, 및
4. 최종 출력.
이 기술은 이러한 구성요소들의 전체 또는 일부에만 변경을 가한 다른 SHA 함수들에 적용될 수 있다. 먼저 SHA-1 및 SHA-224부터 시작하여, 4개의 구성요소들은 다음과 같다:
SHA-1 SHA-224
IViteration 각각 크기가 4바이트인 5개 요소들의 벡터 SHA256과 동일
패딩 SHA256과 동일 SHA256과 동일
블록 반복 [1]의 섹션 6.1.2 또는 6.1.3을 따름 SHA256과 동일
최종 출력 각각 크기가 4바이트인 5개의 요소들의 벡터 단계 3의 출력으로부터 가장 왼쪽 224 비트들을 취함
다른 SHA 함수들을 커버하기 위해, SHA512로 시작한다.
4.3 SHA512의 내부 작동
바이트 시퀀스들의 에 의해 표현될 수 있는 입력 m이 주어지면, 제1 단계는 입력을 패딩하는 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 설명된 실시예들은 데이터(예컨대, 프리이미지 m)의 임의의 이진 표현에 적용되며, 바이트로 표현되는 데이터로 제한되지 않는다.
1. bn으로서 1바이트 0x80을 추가한다.
2. n+1+p=112 mod 128가 될 때까지 0x00의 p 바이트들을 추가한다.
3. 빅 엔디안으로 16바이트의 입력 m의 비트 길이를 표현하여 이를 추가한다.
다음 단계는 패딩된 입력을 128 바이트의 블록들로 분할하는 것이다. 각각의 바이트는 8비트라는 것에 주의한다.
그 후, 블록들이 하나씩 프로세싱된다. 우리는 이를 프로세스 블록 반복들 또는 간단히 반복들이라 칭한다.
각각의 블록 반복은 다음의 2개의 입력들을 취한다.
1. 각각 크기가 8바이트인 8개 요소들의 벡터, 및
2. 각각 크기가 8 바이트인 16개의 워드들의 블록의 파티션에 의해 표현되는 블록 자체.
제1 블록의 경우, 입력 벡터는 초기 벡터(IV)라 불린다. SHA512 알고리즘의 표준 구현에서, IV는 처음 8개 소수의 제곱근들의 소수 부분들 중 처음 64비트가 되도록 세팅된다. 모든 후속 블록들의 경우, 입력 벡터는 이전 블록 반복의 출력이다. 모호성이 있는 경우 이러한 입력 벡터들은 반복 입력 벡터들이라 불린다.
각각의 반복은 사전 프로세스 국면 및 80라운드의 셔플링으로 구성된다. 사전 프로세스 국면은 으로 표시되는, 각각 8바이트 크기의 80개 워드들을 생성한다. 처음 16개의 워드들은 프로세싱되는 블록으로부터 온다. 모든 후속 워드들은 이전 16개의 워드들로부터 도출된다.
각각의 라운드는 다음의 2개의 입력들을 취한다:
1. 각각 크기가 8바이트인 8개 요소들의 벡터, 및
2. 워드 W(순서대로 소비됨)
제1 라운드에 대해, 입력 벡터가 블록 반복으로부터의 입력 벡터로 초기화된다. 모든 후속 라운드들에 대해, 입력 벡터는 이전 라운드로부터의 출력이다. 이들을 반복 입력 벡터들과 구별하기 위해, 이들은 라운드 입력 벡터라 불린다.
블록 반복의 끝에, 마지막 라운드로부터의 출력이 반복 입력 벡터와 결합되어 이 블록 반복의 출력을 생성한다.
4.4 SHA512를 사용한 부분 프리이미지에 대한 무결성
목표는 인 h가 주어지면 m1을 드러내지 않고 m2의 무결성을 증명하는 것이다. SHA512의 내부 작동에 대한 설명은 해시 값의 컴퓨테이션에 있어 어느 지점에서든 중지하고 컴퓨테이션을 계속하는 데 필요한 정보를 알아내는 것을 가능하게 한다. 즉, m1이 소비되면 중지하고 요구된 정보를 중간 상태로 식별하고 m2로 컴퓨테이션을 계속할 수 있으며, 여기서 중간 상태는 m1이 무엇인지를 드러내지 않는다.
요구된 정보가 다음을 포함한다는 것이 도출될 수 있다:
1. 8개 요소들의 반복 입력 벡터,
2. 위와 상이한 경우, 8개 요소들의 라운드 입력 벡터,
3. 현재 블록 반복에서 프로세싱될 나머지 워드들, 및
4. 반복될 나머지 블록들.
m1의 바이트 길이가 정확히 128의 배수인 경우, 항목들 1 및 4는 h를 알아내기 위한 컴퓨테이션을 계속하기에 충분하다. 그렇지 않으면 현재 블록 반복을 완료하고 그 후 나머지 컴퓨테이션으로 넘어가기 위해 항목 1, 2, 3이 필요로 된다.
항목 3은 이전에 프로세싱된 16개의 워드들 또는 블록 자체를 표현하는 처음 16개의 워드들로 대체될 수 있다는 것에 주의한다(그 이유는 나머지 워드들이 이들로부터 도출될 수 있기 때문임).
SHA512의 보안은 각각의 블록 반복에 의해 어느 정도 상속될 수 있지만 블록 반복의 각각의 라운드에 대해서는 아마도 해당하지 않을 수 있다. 따라서 항목 2 및 3을 결합함으로써 해당 블록 반복에서 처음 16개의 워드들을 알아내는 것이 컴퓨테이션적으로 실현 가능하다고 가정할 수 있는 경우, 정보의 목록을 다음과 같이 단순화할 수 있다.
1. IViteration으로 표시된 8개 요소들의 반복 입력 벡터, 및
2. 반복될 나머지 블록들.
단순화로 인해, m1의 길이는 이제부터 정확히 128의 배수라고 가정할 수 있다. 또한, 나머지 컴퓨테이션은 부분 SHA512(pS512)으로 표시된다.
메시지 m2의 제2 부분은 나머지 블록들과 등가가 아니라는 것에 주의한다. 최종 블록은 입력 m의 길이가 포함하지만, 정보가 m2에서 사용 가능하지 않다. 따라서 m1을 드러내지 않고 m2의 무결성을 검증하는 맥락에서, 패딩 및 최종 블록을 구성하기 위해 m1 또는 m의 길이를 알 필요가 있다.
이제 부분 SHA512 알고리즘을 공식적으로 설명할 수 있다. m의 비트 길이에 대해 가 사용된다.
단계 1: m2에 1바이트 0x80을 추가하고 나서 p바이트의 0x00을 추가하며, 여기서 p는 가 되도록 가장 작은 양의 정수이다. 빅 엔디안으로 16바이트로 를 표현하여 입력의 끝에 추가한다.
출력: 각각 크기가 128바이트인 블록들의 목록.
단계 2: IViteration으로 설정된 IV를 사용하여 SHA512와 같은 블록들을 반복한다.
출력: 각각 크기가 8바이트인 8개 요소들의 벡터.
단계 3: 단계 2로부터의 출력에서 8개 요소들을 컨케터네이팅한다.
출력: 64바이트의 해시 값.
이제 SHA384, SHA512-224 및 SHA512-256가 커버될 수 있다.
SHA384 SHA512-224 SHA512-256
IViteration SHA512와 동일 SHA512와 동일 SHA512와 동일
패딩 SHA512와 동일 SHA512와 동일 SHA512와 동일
블록 반복 SHA512와 동일 SHA512와 동일 SHA512와 동일
최종 출력 단계 3의 출력에서 가장 왼쪽 384 비트를 취함 단계 3의 출력에서 가장 왼쪽 224 비트를 취함 단계 3의 출력에서 가장 왼쪽 256 비트를 취함
4.5 예시적인 사용 사례 1 ― 큰 크기의 프리이미지
비트코인에서, 트랜잭션이 OP_FALSE OP_RETURN 출력으로 데이터를 전달할 수 있다. 이러한 출력에 대한 크기 제한은 비트코인 노드들에 의해 구성될 수 있으며 작성 당시 100KB이다. 향후에 제한이 완전히 해제될 것으로 여겨진다. 트랜잭션에서 흥미로운 부분은 지출 가능한 출력들이다. 지출 가능한 출력들의 무결성을 입증하기 위해, 전체 트랜잭션이 제공되어 트랜잭션 ID를 컴퓨팅해야 할 것이다. 예컨대, 표준 pay-2-public-key-hash 출력(출력 값을 포함하여 34바이트)의 무결성을 증명하기 위해, 현재 100킬로바이트 초과, 향후에 수 기가바이트 초과의 크기를 가질 수 있는 전체 트랜잭션이 제공되어야 할 것이다. 우리 솔루션을 사용하면, 트랜잭션 데이터 대부분이 32바이트의 일정한 크기를 갖는 IViteration으로 수정될 수 있다. 예시적인 트랜잭션이 도 4에 도시된다.
트랜잭션 ID TxID1은 이중 SHA256을 사용하여 직렬화된 트랜잭션을 해싱함으로써 획득된다. 직렬화된 트랜잭션은 도 5에 도시된 포맷을 갖는다.
및 이 정의될 수 있다.
제2 출력의 무결성을 증명하기 위해, 간단히 IViteration, 및 m2가 제공될 수 있으며, 여기서 IViteration은 32바이트이고, 은 8바이트로 제한되며, m2는 잠금시간으로부터의 4바이트를 포함하여 38바이트이다. 즉, 트랜잭션이 얼마나 큰지에 관계없이, 제2 출력을 증명하는 데 요구되는 데이터 크기는 상수 78바이트로 제한된다. SHA256가 취할 수 있는 최대 데이터 크기는 패딩의 데이터 길이의 인코딩에 의해 제한된다. 최대치는 2 엑사바이트, 즉 2× 1018바이트이다. 4바이트 은 최대 4GB 크기의 트랜잭션을 커버할 수 있다.
아이디어는 마지막 출력 또는 마지막 몇 개의 출력들로 일반화될 수 있다. 지출 트랜잭션의 서명이 중요할 때 그의 무결성의 관련성이 더욱 분명해진다. 보다 정확하게는, 공개 키가 아이덴티티에 링크되어 있거나 특정 방식으로 해석될 수 있는 경우, 이전 잠금 스크립트가 실제로 주어진 공개 키에 대한 서명을 요구했는지 확인할 필요가 있다. 설명된 무결성 증명은 이전 잠금 스크립트의 무결성을 증명하는 데 상당한 절감을 제공한다. 이 아이디어는 타겟 부분이 데이터의 끝에 있고 작은 크기를 갖는 임의의 대형 데이터 예컨대, 대형 영화의 크레딧들을 포함하는 마지막 장면으로 추가로 일반화될 수 있다. 이는 배우가 영화 전체를 공유하지 않고 한 영화에 출연했다는 것을 증명하는 데 사용될 수 있다.
4.6 에시적인 사용 사례 2 ― 비밀을 갖는 프리이미지
m1은 단순히 너무 큰 것이 아니라 비밀이기 때문에 m1을 은닉하는데 무결성 증명이 또한 활용될 수 있다. 예컨대, 여권은 개인의 성별 및 연령에 대한 정보가 포함하고 이는 정부에 의해 디지털로 서명된다고 가정한다. 사람의 성별을 밝히지 않고 사람이 18세를 초과한다는 것을 증명하기 위해, 이들은 IViteration, 그의 나이, 여권 문서의 비트 길이만을 제공할 수 있다. 검증자는 제공된 정보에 기초하여 문서의 해시를 계산하고, 정부로부터의 디지털 서명을 이에 따라 검증할 수 있다.
5. 결론
개시된 기술들의 다른 변형들 또는 사용 사례들은 본원에서의 개시가 주어지면 당업자에게 명백해질 수 있다. 본 개시내용의 범위는 설명된 실시예에 의해 제한되는 것이 아니라 첨부된 청구들에 의해서만 제한된다.
예컨대, 위의 일부 실시예들은 비트코인 네트워크(106), 비트코인 블록체인(150) 및 비트코인 노드(104) 관점에서 설명되었다. 그러나 비트코인 블록체인은 블록체인(150)의 하나의 특정 예이며 위의 설명은 모든 블록체인에 일반적으로 적용될 수 있다는 것이 인지될 것이다. 즉, 본 발명은 결코 비트코인 블록체인으로 제한되지 않는다. 보다 일반적으로, 비트코인 네트워크(106), 비트코인 블록체인(150) 및 비트코인 노드(104)에 대한 위의 임의의 참조는 각각 블록체인 네트워크(106), 블록체인(150) 및 블록체인 노드(104)에 대한 참조로 대체될 수 있다. 블록체인, 블록체인 네트워크 및/또는 블록체인 노드는 위에서 설명된 바와 같이 비트코인 블록체인(150), 비트코인 네트워크(106) 및 비트코인 노드(104)의 설명된 성질들 중 일부 또는 전부를 공유할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에서, 블록체인 네트워크(106)는 비트코인 네트워크이고 비트코인 노드들(104)은 블록체인(150)의 블록들(151)을 생성, 공개, 전파 및 저장하는 설명된 기능들 모두를 적어도 수행한다. 이러한 기능들의 전부는 아니지만 하나 또는 일부만을 수행하는 다른 네트워크 엔티티들(또는 네트워크 요소들)이 있을 수 있음을 배제되지 않는다. 즉, 네트워크 엔티티는 블록들을 생성 및 공개하지 않고 블록들을 전파 및/또는 저장하는 기능을 수행할 수 있다(이러한 엔티티들은 바람직한 비트코인 네트워크(106)의 노드들로 간주되지 않음을 상기한다).
본 발명의 다른 실시예들에서, 블록체인 네트워크(106)는 비트코인 네트워크가 아닐 수 있다. 이러한 실시예들에서, 노드가 블록체인(150)의 블록들(151)을 생성, 발행, 전파 및 저장하는 기능들 전부는 아니지만 적어도 하나 또는 일부를 수행할 수 있다는 것이 배제되지 않는다. 예컨대, 이러한 다른 블록체인 네트워크들에서, "노드"는 블록들(151)을 생성 및 공개하지만 해당 블록들(151)을 저장하고 그리고/또는 다른 노드에 전파하진 않도록 구성된 네트워크 엔티티를 지칭하는 데 사용될 수 있다.
보다 더 일반적으로, 위의 "비트코인 노드"(104)라는 용어에 대한 임의의 참조는 "네트워크 엔티티" 또는 "네트워크 요소"라는 용어로 대체될 수 있으며, 이러한 엔티티/요소는 블록들을 생성, 공개, 전파 및 저장하는 역할들의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된다. 이러한 네트워크 엔티티/요소의 기능들은 블록체인 노드(104)를 참조하여 위에서 설명된 동일 방식으로 하드웨어로 구현될 수 있다.
위의 실시예들은 단지 예로서만 설명되었다는 것이 인지될 것이다. 보다 일반적으로, 다음 스테이트먼트들 중 임의의 하나 이상에 따른 방법, 장치 또는 프로그램이 제공될 수 있다.
스테이트먼트 1. 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지의 부분의 무결성을 검증하는 컴퓨터 구현 방법으로서,
프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함하고, 방법은 검증 당사자에 의해 수행되고, 방법은,
a) 반복 입력 벡터를 수신하는 단계 ― 반복 입력 벡터는 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성되며, SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은,
i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 프리이미지의 이진 표현을 패딩하고, 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 제1 메시지의 이진 표현을 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및
ii) 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함함 ― ;
b) 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계 ― 제2 복수의 블록들은
i) 제2 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 제2 메시지의 이진 표현을 패딩하고,
ii) 제2 패딩된 시퀀스를 제2 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 생성됨 ― ;
c) 제2 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제2 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행함으로써 최종 반복 출력 벡터를 생성하는 단계 ― 제2 블록들의 시퀀스의 제1 블록 상에서 수행되는 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복은 획득된 반복 입력 벡터에 기초함 ― ; 및
d) 최종 반복 출력 벡터에 기초하여 후보 해시 다이제스트를 생성하는 단계를 포함하고, 후보 해시 다이제스트는 해시 다이제스트와의 비교를 위한 것인, 컴퓨터 구현 방법.
SHA 기반 해시 함수는 보안 해시 표준(Secure Hash Standard)에 설명된 해시 함수이다.
검증 당사자는 프리이미지 또는 제1 메시지에 대한 지식이 전혀 없을 수 있다.
2. 스테이트먼트 1의 방법에 있어서,
해시 다이제스트를 획득하는 단계; 및
후보 해시 다이제스트 및 획득된 해시 다이제스트의 비교에 기초하여 제2 메시지가 획득된 해시 다이제스트의 프리이미지의 일부라는 것을 검증하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
3. 스테이트먼트 1 또는 스테이트먼트 2의 방법에 있어서,
상기 반복 입력 벡터를 수신하는 단계는 증명 당사자로부터 반복 입력 벡터를 수신하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
해시 다이제스트 및/또는 반복 입력 벡터는 증명 당사자로부터 획득될 수 있다.
4. 임의의 선행 스테이트먼트의 방법에 있어서,
제2 메시지를 획득하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
제2 메시지는 증명 당사자에 의해 증명 당사자에게 전송될 수 있다.
5. 스테이트먼트 4의 방법에 있어서,
상기 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계는 제2 블록들의 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
6. 스테이트먼트 4 또는 스테이트먼트 5의 방법에 있어서,
프리이미지의 길이를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 제2 패딩된 시퀀스의 생성은 제2 메시지 및 프리이미지의 길이에 기초하는, 컴퓨터 구현 방법.
7. 스테이트먼트 4 또는 스테이트먼트 5의 방법에 있어서,
제1 메시지의 길이를 획득하는 단계를 포함하고, 제2 패딩된 시퀀스의 생성은 제2 메시지 및 제1 메시지의 길이에 기초하는, 컴퓨터 구현 방법.
8. 임의의 선행 스테이트먼트의 방법에 있어서,
상기 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계는 제2 블록들의 시퀀스를 수신하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
9. 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 프리이미지 부분의 무결성을 증명하는 컴퓨터 구현 방법으로서,
프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함하고, 방법은 증명 당사자에 의해 수행되고, 방법은,
a) 반복 입력 벡터를 생성하는 단계 ― 반복 입력 벡터는 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성되며, SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은,
i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 프리이미지의 이진 표현을 패딩하고, 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 제1 메시지의 이진 표현을 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및
ii) 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함함 ― ; 및
b) 반복 입력 벡터를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
10. 스테이트먼트 9의 방법에 있어서,
해시 다이제스트를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
11. 스테이트먼트 9 또는 스테이트먼트 10의 방법에 있어서,
제2 메시지를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
12. 스테이트먼트 9 내지 스테이트먼트 11 중 어느 하나의 방법에 있어서,
프리이미지 또는 제1 메시지의 비트 길이를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
13. 임의의 선행 스테이트먼트의 방법에 있어서, 제1 메시지는 검증 당사자에 대해 이용 가능하지 않아서, 제2 메시지의 무결성은 제1 메시지를 드러내지 않고 검증되는, 컴퓨터 구현 방법.
14. 임의의 선행 스테이트먼트의 방법에 있어서, 프리이미지는 블록체인 트랜잭션의 적어도 일부를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
15. 스테이트먼트 14의 방법에 있어서,
제2 메시지는 블록체인 트랜잭션의 하나 이상의 출력들을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
16. 스테이트먼트 1 내지 스테이트먼트 13 중 어느 하나의 방법에 있어서, 프리이미지는 아이덴티티 문서의 적어도 일부를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
17. 스테이트먼트 16의 방법에 있어서,
아이덴티티 문서는 운전 면허증, 여권, 출생 증명서 및 거주 허가증 중 하나를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
18. 스테이트먼트 16 또는 17의 방법에 있어서,
제2 메시지는 아이덴티티 문서의 하나 이상의 데이터 필드들을 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
예컨대, 제2 메시지는 이름, 주소, 나이, 생년월일, 국적 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
19. 임의의 선행 스테이트먼트의 방법에 있어서, SHA 기반 해시 함수는 SHA-1, SHA-224, SHA256, SHA384, SHA512-224, SHA512-256 또는 SHA512-512 중 하나인, 컴퓨터 구현 방법.
20. 스테이트먼트 19의 방법에 있어서,
SHA 기반 해시 함수는 SHA1, SHA224 또는 SHA256 중 하나이고,
제1 패딩된 시퀀스는 64바이트의 배수를 포함하고,
제2 패딩된 시퀀스는 64바이트의 배수를 포함하고, 그리고
각각의 블록은 크기가 64바이트인, 컴퓨터 구현 방법.
21. 스테이트먼트 19 또는 스테이트먼트 20의 방법에 있어서,
SHA 기반 해시 함수는 SHA224이고, 후보 해시 다이제스트는 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 224비트를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
SHA 기반 해시 함수가 SHA224 또는 SHA256 중 하나인 실시예들에서, 제1 패딩된 시퀀스를 생성하는 것은 1을 표현하는 1바이트를 프리이미지의 이진 표현에 추가하는 것을 포함한다. 프리이미지의 길이에 의존하여, 제1 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 n+1+p = 56 mod 64가 될 때까지 0을 표현하는 p 바이트를 추가하는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기서 p는 가장 작은 양의 정수이고, 프리이미지는 n 바이트로 표현된다(즉, n은 바이트 길이임). 더욱이, 상기 생성은 빅 엔디안으로 8바이트의 프리이미지의 비트 길이의 표현을 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 반복 입력 벡터는 8개 요소들의 벡터를 포함할 수 있으며, 각각의 요소는 크기가 4바이트이다. 제2 패딩된 시퀀스를 생성하는 것은 1을 표현하는 1바이트를 제2 메시지의 이진 표현에 추가하는 것을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 메시지들의 길이들에 의존하여, 제2 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 l+1+p = 448 mod 512까지 0을 표현하는 p 바이트를 추가하는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기서 p는 가장 작은 양의 정수이고, l은 프리이미지의 비트 길이이다. 마찬가지로, 0을 표현하는 p 바이트는 n+1+p = 56 mod 64까지 추가될 수 있으며 여기서 n은 프리이미지의 바이트 길이이다. 제2 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 빅 엔디안으로 8바이트의 프리이미지의 비트 길이의 표현을 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 최종 반복 출력 벡터는 8개 요소들의 벡터를 포함할 수 있으며, 각각의 요소는 크기가 4바이트이다.
SHA 기반 해시 함수가 SHA1인 실시예들에서, 초기 반복 벡터는 5개 요소들의 벡터이며, 각각의 요소는 크기가 4바이트이다. 마찬가지로, 최종 반복 출력 벡터는 5개의 요소들을 포함하며, 각각의 요소는 크기가 4바이트이다.
22. 스테이트먼트 19의 방법에 있어서,
SHA 기반 해시 함수는 SHA384, SHA512, SHA512-224 또는 SHA512-256 중 하나이고,
제1 패딩된 시퀀스는 128바이트의 배수를 포함하고,
제2 패딩된 시퀀스는 128바이트의 배수를 포함하고, 그리고
각각의 블록은 크기가 128바이트인, 컴퓨터 구현 방법.
23. 스테이트먼트 19 또는 스테이트먼트 22의 방법에 있어서,
SHA 기반 해시 함수는 SHA384이고, 후보 해시 다이제스트는 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 384비트를 포함하거나; 또는
SHA 기반 해시 함수는 SHA521-224이고, 후보 해시 다이제스트는 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 224비트를 포함하거나; 또는
SHA 기반 해시 함수는 SHA521-256이고, 후보 해시 다이제스트는 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 256비트를 포함하는, 컴퓨터 구현 방법.
SHA 기반 해시 함수가 SHA384, SHA512, SHA512-224 또는 SHA512-256 중 하나인 실시예들에서, 제1 패딩된 시퀀스를 생성하는 것은 1을 표현하는 1바이트를 프리이미지의 이진 표현에 추가하는 것을 포함한다. 프리이미지의 길이에 의존하여, 제1 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 n+1+p = 112 mod 128가 될 때까지 0을 표현하는 p 바이트를 추가하는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기서 p는 가장 작은 양의 정수이고, 프리이미지는 n 바이트로 표현된다(즉, n은 바이트 길이임). 더욱이, 상기 생성은 빅 엔디안으로 16바이트의 프리이미지의 비트 길이의 표현을 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 반복 입력 벡터는 8개 요소들의 벡터를 포함할 수 있으며, 각각의 요소는 크기가 8바이트이다. 제2 패딩된 시퀀스를 생성하는 것은 1을 표현하는 1바이트를 제2 메시지의 이진 표현에 추가하는 것을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 메시지들의 길이들에 의존하여, 제2 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 l+1+p = 896 mod 1024까지 0을 표현하는 p 바이트를 추가하는 것을 더 포함할 수 있으며, 여기서 p는 가장 작은 양의 정수이고, l은 프리이미지의 비트 길이이다. 제2 패딩된 시퀀스의 상기 생성은 빅 엔디안으로 16바이트의 프리이미지의 비트 길이의 표현을 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 최종 반복 출력 벡터는 8개 요소들의 벡터를 포함할 수 있으며, 각각의 요소는 크기가 8바이트이다.
24. 컴퓨터 장비로서,
하나 이상의 메모리 유닛들을 포함하는 메모리; 및
하나 이상의 프로세싱 유닛들을 포함하는 프로세싱 장치를 포함하고, 메모리는 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 구성된 코드를 저장하고, 코드는 프로세싱 장치 상에 있을 때, 스테이트먼트 1 내지 스테이트먼트 23 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 구성되는, 컴퓨터 장비.
25. 컴퓨터 판독 가능 저장소 상에 구체화되고 하나 이상의 프로세서들 상에서 실행될 때 스테이트먼트 1 내지 스테이트먼트 23 중 어느 하나의 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
본원에서 개시된 또 다른 양상에 따르면, 검증 당사자 및 증명 당사자를 포함하는 방법이 제공될 수 있다.
본원에서 개시된 또 다른 양상에 따르면, 검증 당사자 및 증명 당사자의 컴퓨터 장비를 포함하는 시스템이 제공될 수 있다.

Claims (25)

  1. 프리이미지(pre-image)를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 상기 프리이미지의 부분의 무결성을 검증하는 컴퓨터 구현 방법으로서,
    상기 프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함하고, 상기 방법은 검증 당사자에 의해 수행되고, 상기 방법은,
    a) 반복 입력 벡터(iteration input vector)를 수신하는 단계 ― 상기 반복 입력 벡터는 상기 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성되며, 상기 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은,
    i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 상기 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 상기 프리이미지의 이진 표현(binary representation)을 패딩하고, 상기 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 상기 제1 메시지의 이진 표현을 상기 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및
    ii) 상기 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 상기 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 상기 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함함 ― ;
    b) 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계 ― 제2 복수의 블록들은,
    i) 제2 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 상기 제2 메시지의 이진 표현을 패딩하고,
    ii) 상기 제2 패딩된 시퀀스를 상기 제2 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 생성됨 ― ;
    c) 상기 제2 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 상기 제2 블록들의 시퀀스 각각에 대해 상기 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행함으로써 최종 반복 출력 벡터를 생성하는 단계 ― 상기 제2 블록들의 시퀀스의 제1 블록 상에서 수행되는 상기 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복은 상기 획득된 반복 입력 벡터에 기초함 ― ; 및
    d) 상기 최종 반복 출력 벡터에 기초하여 후보 해시 다이제스트를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 후보 해시 다이제스트는 상기 해시 다이제스트와의 비교를 위한 것인,
    컴퓨터 구현 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 해시 다이제스트를 획득하는 단계; 및
    상기 후보 해시 다이제스트 및 상기 획득된 해시 다이제스트의 비교에 기초하여 상기 제2 메시지가 상기 획득된 해시 다이제스트의 프리이미지의 일부라는 것을 검증하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 반복 입력 벡터를 수신하는 단계는 증명 당사자로부터 상기 반복 입력 벡터를 수신하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  4. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 메시지를 획득하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계는 상기 제2 블록들의 시퀀스를 생성하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 프리이미지의 길이를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 제2 패딩된 시퀀스의 생성은 상기 제2 메시지 및 상기 프리이미지의 길이에 기초하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  7. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 제1 메시지의 길이를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 제2 패딩된 시퀀스의 생성은 상기 제2 메시지 및 상기 제1 메시지의 길이에 기초하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 블록들의 시퀀스를 획득하는 단계는 상기 제2 블록들의 시퀀스를 수신하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  9. 프리이미지를 SHA 기반 해시 함수로 해싱함으로써 생성된 해시 다이제스트에 대응하는 상기 프리이미지 부분의 무결성을 증명하는 컴퓨터 구현 방법으로서,
    상기 프리이미지는 제1 메시지 및 제2 메시지를 포함하고, 상기 방법은 증명 당사자에 의해 수행되고, 상기 방법은,
    a) 반복 입력 벡터를 생성하는 단계 ― 상기 반복 입력 벡터는 상기 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행함으로써 생성되며, 상기 SHA 기반 해시 함수를 부분적으로 실행하는 것은,
    i) 제1 블록들의 시퀀스를 획득하는 것 ― 상기 제1 블록들의 시퀀스는 제1 패딩된 시퀀스를 생성하기 위해 상기 프리이미지의 이진 표현을 패딩하고, 상기 제1 패딩된 시퀀스를 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 또는 상기 제1 메시지의 이진 표현을 상기 제1 블록들의 시퀀스로 분할함으로써 획득됨 ― , 및
    ii) 상기 제2 메시지를 표현하는 하나 이상의 비트들을 포함하는 블록까지, 상기 제1 블록들의 시퀀스 내 개개의 포지션의 순서대로 상기 제1 블록들의 시퀀스 각각에 대해 SHA 기반 해시 컴퓨테이션의 반복을 수행하는 것을 포함함 ― ; 및
    b) 상기 반복 입력 벡터를 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 해시 다이제스트를 상기 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 제2 메시지를 상기 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리이미지 또는 상기 제1 메시지의 비트 길이를 상기 검증 당사자에 대해 이용 가능하게 하는 단계를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 메시지는 상기 검증 당사자에 대해 이용 가능하지 않아서, 상기 제2 메시지의 무결성은 상기 제1 메시지를 드러내지 않고 검증되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  14. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리이미지는 블록체인 트랜잭션의 적어도 일부를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제2 메시지는 상기 블록체인 트랜잭션의 하나 이상의 출력들을 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  16. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리이미지는 아이덴티티 문서의 적어도 일부를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 아이덴티티 문서는 운전 면허증, 여권, 출생 증명서 및 거주 허가증 중 하나를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  18. 제16 항 또는 제17 항에 있어서,
    상기 제2 메시지는 상기 아이덴티티 문서의 하나 이상의 데이터 필드들을 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  19. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA-1, SHA-224, SHA256, SHA384, SHA512-224, SHA512-256 또는 SHA512-512 중 하나인,
    컴퓨터 구현 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA1, SHA224 또는 SHA256 중 하나이고,
    상기 제1 패딩된 시퀀스는 64바이트의 배수를 포함하고,
    상기 제2 패딩된 시퀀스는 64바이트의 배수를 포함하고, 그리고
    각각의 블록은 크기가 64바이트인,
    컴퓨터 구현 방법.
  21. 제19 항 또는 제20 항에 있어서,
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA224이고, 상기 후보 해시 다이제스트는 상기 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 224비트를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA384, SHA512, SHA512-224 또는 SHA512-256 중 하나이고,
    상기 제1 패딩된 시퀀스는 128바이트의 배수를 포함하고,
    상기 제2 패딩된 시퀀스는 128바이트의 배수를 포함하고, 그리고
    각각의 블록은 크기가 128바이트인,
    컴퓨터 구현 방법.
  23. 제19 항 또는 제22 항에 있어서,
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA384이고, 상기 후보 해시 다이제스트는 상기 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 384비트를 포함하거나; 또는
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA521-224이고, 상기 후보 해시 다이제스트는 상기 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 224비트를 포함하거나; 또는
    상기 SHA 기반 해시 함수는 SHA521-256이고, 상기 후보 해시 다이제스트는 상기 최종 반복 출력 벡터의 가장 왼쪽 256비트를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  24. 컴퓨터 장비로서,
    하나 이상의 메모리 유닛들을 포함하는 메모리; 및
    하나 이상의 프로세싱 유닛들을 포함하는 프로세싱 장치를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세싱 장치 상에서 실행되도록 배열된 코드를 저장하고, 상기 코드는 상기 프로세싱 장치 상에 있을 때, 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되는,
    컴퓨터 장비.
  25. 컴퓨터 판독 가능 저장소 상에 구체화되고 하나 이상의 프로세서들 상에서 실행될 때 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
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