zk-SNARKs와 zk-STARKs 기술의 증명 크기 및 검증 속도 비교 분석

zk-SNARKs와 zk-STARKs: 핵심 차이와 실용적 선택 기준

블록체인 생태계에서 프라이버시와 확장성 문제를 해결하기 위한 핵심 기술로 각광받고 있는 영지식 증명(Zero-Knowledge Proof)에는 크게 두 가지 구현 방식이 존재합니다. zk-SNARKs(Succinct Non-interactive Argument of Knowledge)와 zk-STARKs(Scalable Transparent Argument of Knowledge)가 바로 그것입니다. 두 기술 모두 복잡한 계산의 정확성을 데이터 자체를 공개하지 않고도 검증할 수 있다는 공통된 목표를 가지고 있으나, 그 구현 방식과 결과적인 특성은 상당한 차이를 보입니다. 특히 증명 생성 및 검증에 소요되는 비용(가스비)과 시스템의 장기적 유지보수성은 프로토콜 설계자와 사용자에게 직접적인 금융적 영향을 미칩니다. 본 분석은 감정적 선호를 배제하고, 증명 크기, 검증 속도, 설정 비용, 보안 가정 등 객관적 수치와 메커니즘을 기반으로 두 기술의 경제적·기술적 타당성을 진단합니다.

기술적 메커니즘의 근본적 차이점

두 기술의 성능 차이는 근본적으로 사용하는 암호학적 원리에서 비롯됩니다. zk-SNARKs는 타원곡선 쌍(Elliptic Curve Pairing)과 신뢰 설정(Trusted Setup)에 의존합니다, 이 신뢰 설정 단계에서 생성되는 공통 참조 문자열(common reference string, crs)은 시스템의 보안 핵심이 되며, 이 과정이 악의적으로 조작되면 허위 증명이 생성될 수 있다는 위험성을 내포합니다. 반면, zk-STARKs는 해시 함수에 기반한 대칭키 암호학을 주축으로 사용하며, 신뢰 설정 단계를 완전히 제거했습니다. 이는 ‘투명성(Transparency)’을 보장하지만, 대신 증명의 데이터 크기가 상대적으로 커지는 트레이드오프가 발생합니다. 이러한 설계 철학의 차이는 이후 설명할 모든 비교 항목의 근간이 됩니다.

증명 크기 비교: 블록체인 저장 비용에 미치는 영향

증명 크기는 블록체인에 기록될 때 직접적인 저장 공간을 차지하며, 이는 최종적으로 사용자가 부담하는 트랜잭션 수수료(Gas Fee)에 직결됩니다. zk-SNARKs는 ‘간결성(Succinctness)’을 최우선 목표로 설계되어 증명 크기가 매우 작습니다. 일반적으로 고정된 몇 백 바이트 수준으로, 블록체인에 기록하는 비용이 극히 저렴합니다. 이는 고빈도 마이크로 결제나 상태 업데이트에 있어 결정적인 경제적 장점으로 작용합니다.

zk-STARKs의 증명 크기는 로그 스케일로 증가하는 특성을 보입니다. 기본적인 증명 크기가 수 킬로바이트에서 수십 킬로바이트에 이르며, 증명하고자 하는 계산의 복잡도가 증가함에 따라 그 크기도 점진적으로 커집니다. 이는 블록체인 저장 비용 측면에서 zk-SNARKs에 비해 불리한 요소입니다. 그러나 증명 크기의 증가율이 선형이 아닌 로그 스케일이므로, 매우 복잡한 계산을 증명할 경우 상대적 효율성이 높아질 수 있습니다.

검증 속도 비교: 최종 사용자 경험과 확장성

검증 속도는 증명을 제출받은 검증자가 그 유효성을 확인하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 이 속도는 레이어 2 롤업의 출금 시간이나, 스마트 컨트랙트 내에서 증명을 검증하는 즉시성에 영향을 미칩니다. zk-SNARKs는 타원곡선 쌍 연산을 사용하며, 증명 크기가 작기 때문에 검증에 소요되는 계산량도 상대적으로 적습니다. 이로 인해 온체인 스마트 컨트랙트에서의 검증 가스비는 비교적 낮고 속도는 빠른 편에 속합니다.

zk-STARKs는 해시 함수 연산에 기반합니다. 현대 컴퓨터 아키텍처에서 해시 함수(예: SHA-256)의 연산은 매우 효율적으로 최적화되어 있어, 오프체인 검증 환경에서는 매우 높은 속도를 보일 수 있습니다. 그러나 이 연산들을 이더리움 가상 머신(EVM)과 같은 온체인 환경에서 실행할 경우, 해시 함수 연산의 가스 비용이 높아 검증 비용이 급증할 수 있습니다. 최근 zk-STARKs 최적화 연구가 진행되며 이 격차는 줄어드는 추세이지만, 현재 실전 배포 기준으로는 zk-SNARKs가 온체인 검증 비용 측면에서 우위를 점하고 있습니다.

신뢰 설정의 장기적 비용 분석

zk-SNARKs의 신뢰 설정(Trusted Setup)은 일회성 비용으로 간주되기도 하지만, 장기적인 리스크 관리 차원에서 분석해야 합니다. 이 과정은 다수의 참여자가 협력하여 수행하며, 참여자 중 단 한 명이라도 정직하게 자신의 비밀 값을 파기한다면 시스템은 안전해집니다. 그러나 문제는 프로토콜 업그레이드나 새로운 애플리케이션 배포 시마다 새로운 신뢰 설정이 필요할 수 있다는 점입니다. 이는 지속적인 운영 비용과 커뮤니티 동원 비용을 발생시킵니다. 반면, zk-STARKs는 이러한 신뢰 설정 비용과 그에 수반되는 운영상의 번거로움 및 ‘설정 신뢰’ 리스크를 근본적으로 제거했습니다. 이는 프로토콜의 장기적 유지보수 비용을 감소시키는 요소로 작용합니다.

보안 가정과 양자 내성: 미래 대비 차원의 평가

금융 시스템을 설계할 때는 현재의 비용뿐만 아니라 미래의 위협에 대한 대비도 고려해야 합니다. zk-SNARKs가 의존하는 타원곡선 암호학은 현재 기준으로 안전하지만, 양자 컴퓨터의 발전에 취약할 수 있다는 이론적 위험성이 존재합니다. 이는 장기적으로 시스템을 교체해야 할 가능성을 의미하며, 이에 따른 마이그레이션 비용이 예상됩니다.

zk-STARKs는 주로 해시 함수와 같은 대칭키 원시 요소에 기반하며, 이들은 양자 컴퓨터에 대해 상대적으로 더 강인한(Quantum-Resistant) 특성을 가진 것으로 알려져 있습니다. 따라서 미래 보안 위협에 대한 대비 비용 측면에서 zk-STARKs는 더 유리한 위치에 있습니다. 10년 이상의 장기적인 관점에서 시스템 지속성을 평가할 때, 기기 고유값(Device ID) 위변조 시도를 걸러내기 위한 엔트로피 검증 로직처럼 근본적인 데이터 신뢰성을 확보하려는 노력은 암호학적 선택만큼이나 중요하게 작용합니다.

실전 적용 선택 가이드: 프로젝트 요구사항에 따른 의사결정

어느 기술이 ‘더 낫다’고 단정 지을 수 없으며, 프로젝트의 구체적인 요구사항과 제약 조건에 따라 선택이 달라져야 합니다. 다음은 주요 시나리오별 권장 접근법입니다.

이더리움 레이어 2 롤up 구축 시

목표가 이더리움 메인넷에서의 검증 비용을 최소화하여 사용자 트랜잭션 수수료를 극한으로 낮추는 것이라면, 현재 시점에서 zk-SNARKs 기반 롤업인 zkSync Era나 Scroll이 검증 가스비 측면에서 약 40-70% 더 유리한 수치를 보여줍니다. 작은 증명 크기가 칼리데이터(Calldata) 비용을 절감하는 데 기여하는 보편적인 설계와 달리 https://afterparty.ai 환경처럼 데이터 가용성과 미래 보안성을 동시에 고려해야 하는 구조에서는 증명 생성 방식의 선택이 장기적 운영 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 프로젝트의 수명을 10년 이상으로 설정하여 양자 위험 등 미래 불확실성을 근본적으로 제거하고 싶다면, Starknet과 같은 zk-STARKs 기반 솔루션의 초기 높은 가스 비용을 감수할 만한 기술적 가치가 충분할 수 있습니다.

고빈도 프라이버시 결제 시스템 구축 시

초당 수천 건의 작은 금액 결제를 처리해야 하는 경우, 증명 생성 속도와 최종 검증 비용이 모두 중요합니다.

• zk-SNARKs: 빠른 증명 생성과 매우 낮은 온체인 검증 비용으로 인해 마이크로 결제에 적합합니다. 신뢰 설정을 관리할 수 있는 조직적 역량이 필요합니다. 차세대 보안 기술 표준을 연구하는 한국인터넷진흥원(KISA)의 암호 기술 동향 보고서를 분석해 보면, SNARKs는 고정된 증명 크기로 인해 온체인 가스 비용 절감 측면에서 뛰어난 효율성을 제공함을 확인할 수 있습니다.
• zk-STARKs: 증명 생성 속도가 더 빠르고 병렬화 효율이 뛰어나 극한의 처리량이 필요할 때 유리합니다. 다만, 각 증명의 온체인 검증 비용이 상대적으로 높아, 많은 수의 증명을 개별적으로 온체인에 제출하는 방식은 비경제적일 수 있습니다. 따라서 증명을 배치(Batch)로 처리하는 아키텍처가 필수적입니다.

리스크 관리 및 최종 결론

기술 선택은 단순한 성능 비교를 넘어, 프로젝트의 위험 관리 전략의 일환이 되어야 합니다. 각 기술은 고유한 트레이드오프를 내포하고 있습니다.

zk-SNARKs의 최대 관리적 리스크는 신뢰 설정에 있습니다, 비록 다수의 참여 방식(multi-party ceremony, mpc)을 통해 리스크를 완화할 수 있으나, 이 과정 자체가 운영 복잡성을 증가시키고, 향후 프로토콜 업그레이드 시 추가 비용을 발생시킬 수 있습니다. 반면, zk-STARKs의 주요 현실적 리스크는 상대적으로 높은 온체인 검증 비용과 아직 성장 중인 생태계로 인한 개발 및 보안 감사 리소스의 제한성에 있습니다.

종합적으로, 단기적이고 명확한 온체인 비용 절감이 최우선 목표이며, 성숙한 도구 체인을 활용해 빠른 시장 출시가 필요한 경우 zk-SNARKs가 실용적인 선택입니다. 반면, 장기적인 기술적 지속성과 투명성을 최고 가치로 삼고, 양자 내성과 같은 미래 보안 위협을 사전에 차단하는 것을 원칙으로 하며, 초고속 오프체인 증명 생성 성능이 필수적인 프로젝트라면 zk-STARKs에 대한 투자가 정당화될 수 있습니다. 두 기술 모두 급속도로 발전하고 있으며, 특히 zk-STARKs의 검증 비용은 지속적인 알고리즘 최적화와 하드웨어 가속을 통해 감소할 여지가 큽니다. 따라서 선택은 현재의 스냅샷이 아닌, 프로젝트의 로드맵과 기술 발전 추세를 종합적으로 고려한 전략적 결정이어야 합니다.