Kite: How to Delegate Voting Power Privately

이 논문은 DAO 거버넌스에서 투표권 위임의 기밀성을 보장하기 위해 제로지식 증명을 활용하여 위임자, 위임받는자, 위임 사실 자체의 연결성을 숨기는 새로운 프로토콜 'Kite'를 제안하고, 이를 이더리움 Governor Bravo 스마트 컨트랙트에 구현하여 실용성을 입증했습니다.

핵심

🪁 키트 (Kite): 투표권을 '비밀스럽게' 남에게 맡기는 방법

이 논문은 블록체인 기반의 자치 조직 (DAO) 에서 사람들이 투표권을 남에게 맡길 때, '누구에게 맡겼는지'를 절대 들키지 않게 하는 새로운 시스템을 소개합니다. 이 시스템의 이름은 **'키트 (Kite)'**입니다.

비유하자면, 기존 방식은 "내 투표권을 A 씨에게 맡겼습니다"라고 큰 소리로 외치며 공표하는 것이었다면, 키트는 "누군가에게 맡겼다는 사실만 알리고, 그 '누군가'는 누구인지 아무도 모르게" 하는 마법 같은 우산 같은 기술입니다.

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1. 왜 이런 게 필요할까요? (현황과 문제점)

🗳️ 현재의 상황: "투표권 맡기기는 공개된 명부"
DAO(탈중앙화 자율 조직) 에서는 보통 모든 구성원이 직접 투표하기 어렵습니다. 그래서 내 투표권을 믿을 만한 대표 (Delegate) 에게 맡깁니다.

• 문제: 현재 시스템에서는 "A 가 B 에게 투표권을 맡겼다"는 기록이 공개됩니다.
• 결과: 만약 A 가 B 에게 맡겼다가, B 의 투표 방식이 마음에 안 들어 다른 C 에게 옮기려고 하면, B 가 "너 왜 나한테서 떠났니?"라고 눈치를 보거나, B 를 실망시킬까 봐 A 는 감히 옮기지 못합니다. 이를 '사회적 비용'이라고 합니다.

🎈 키트의 해결책: "비밀스러운 양날의 검"
키트는 이 문제를 해결합니다.

• A 가 B 에게 투표권을 맡겨도, B 도 모르고, 세상의 누구도 모릅니다.
• A 가 나중에 C 에게 옮기더라도, B 는 절대 모릅니다.
• 핵심: "누군가에게 맡겼다"는 사실만 공개되고, "누구에게 맡겼는지"는 100% 비밀로 유지됩니다.

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2. 키트는 어떻게 작동할까요? (비유로 설명)

키트의 원리를 이해하기 위해 **'마법의 투표권 봉투'**와 '안면 가림 마스크' 두 가지 비유를 사용해 보겠습니다.

① 투표권 맡기기 (Delegation) = "안면 가림 마스크"

• 기존 방식: A 가 B 에게 투표권을 맡길 때, B 의 얼굴을 찍은 사진을 공중으로 던집니다. "이게 B 에게 맡긴 거야!"라고 외치는 셈입니다.
• 키트 방식: A 는 B 에게 투표권을 맡기지만, B 의 얼굴을 가리는 마스크를 씌운 채로 공중으로 던집니다.
  • 사람들은 "아, 누군가에게 맡겼구나"라고 알 수 있습니다.
  • 하지만 그 마스크 뒤에 B 가 있는지, C 가 있는지, D 가 있는지 알 수 없습니다.
  • 심지어 B 본인도 "내가 맡겼나?"라고 확인할 수 없습니다. (B 는 자신의 투표권만 알 뿐, 누가 맡겼는지 모릅니다.)

② 투표하기 (Voting) = "투표함 속의 마법"

• 대표 (Delegate) 가 실제로 투표를 할 때, 키트는 두 가지 모드를 지원합니다.
  1. 공개 모드: "내가 B 로서 이 안건을 찬성합니다!"라고 공개합니다. (투표자는 대표를 감시할 수 있음)
  2. 비밀 모드: 대표가 투표를 해도, "누가 이 표를 보냈는지"는 알 수 없습니다. (완전한 비밀 유지)

③ 기술적 핵심: "수학적인 마법 (영지식 증명)"

이 모든 것이 가능해진 이유는 **영지식 증명 (Zero-Knowledge Proof)**이라는 암호학 기술 덕분입니다.

• 비유: "내가 이 금고의 비밀번호를 알고 있다"는 것을 증명하면서, 비밀번호 자체를 말하지 않는 기술입니다.
• 키트에서는 "내가 내 투표권을 B 에게 맡겼다"는 사실을 수학적으로 증명하면서, B 가 누구인지에 대한 정보는 전혀 드러내지 않습니다.

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3. 왜 이것이 중요한가요?

1. 자유로운 이동: A 는 B 에게 맡겼다가, B 의 생각이 변하면 주저 없이 C 에게 옮길 수 있습니다. B 는 모르고, A 는 죄책감을 느끼지 않아도 됩니다.
2. 민주주의의 건강: 대표 (Delegate) 들이 자신의 행동을 공개적으로 보여줄지, 아니면 비밀로 할지 선택할 수 있습니다. (공개 모드면 대표를 감시 가능, 비밀 모드면 대표의 프라이버시 보호)
3. 실제 적용 가능성: 이 시스템은 이미 이더리움의 유명한 'Governor Bravo'라는 투표 프로그램에 추가되어 작동합니다. 일반 컴퓨터로도 7 초에서 2 분 정도면 처리가 가능할 정도로 빠릅니다.

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4. 요약: 키트 (Kite) 가 가져오는 변화

구분	기존 방식 (공개 위임)	키트 (Kite) 방식 (비밀 위임)
누구에게 맡겼나?	공개됨 (누구나 볼 수 있음)	비밀 (누구도 모름)
대표는 알까?	알음 (누가 나를 지지하는지 알음)	모름 (누가 나를 지지하는지 모름)
다른 대표로 옮길 때	눈치 보임 (이전 대표가 실망할까 봐 두려움)	자유로움 (누구도 모르게 옮김)
대표의 투표 공개	공개 또는 비밀 선택 가능	공개 또는 비밀 선택 가능

🎈 결론

키트는 **"투표권을 맡기는 행위"**와 **"누구에게 맡겼는지"**를 분리한 혁신적인 시스템입니다. 마치 연 (Kite) 이 하늘을 날 때 실은 보이지만, 연을 잡은 사람의 얼굴은 보이지 않는 것처럼, 민주적인 의사결정은 투명하게 유지하되, 개인의 선택과 이동의 자유는 철저히 보호해 줍니다.

이 기술은 DAO 뿐만 아니라, 앞으로 우리가 겪을 모든 디지털 투표 시스템에서 프라이버시와 책임감의 균형을 맞추는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

기술 요약

Kite: DAO를 위한 프라이빗 투표 권한 위임 프로토콜 기술 요약

본 문서는 스탠포드 대학교 연구진 (Kamilla Nazirkhanova 등) 이 제안한 Kite라는 프로토콜에 대한 기술적 요약입니다. Kite 는 탈중앙화 자율 조직 (DAO) 의 거버넌스에서 투표 권한의 위임 (Delegation) 을 프라이빗하게 수행할 수 있도록 설계된 시스템입니다.

1. 문제 제기 (Problem)

DAO 거버넌스 시스템 (예: Compound 의 Governor Bravo, OpenZeppelin 의 Governor) 은 현재 다음과 같은 한계를 가지고 있습니다.

• 공개 위임의 문제: 현재 대부분의 DAO 시스템에서는 유권자가 대리인 (Delegate) 에게 투표권을 위임할 때, 누가 누구에게 위임했는지가 체인 상에 공개됩니다.
• 사회적 마찰 (Social Friction): 유권자가 위임 관계를 변경 (재위임) 하거나 철회 (Undelegate) 할 때, 대리인이나 다른 유권자들이 이를 감지하게 됩니다. 이는 대리인과의 관계에서 사회적 압박을 유발하여, 유권자들이 자신의 의사와 달리 위임을 변경하지 못하게 만듭니다.
• 대리인의 프라이버시 부재: 기존 시스템은 대리인의 투표 내역도 공개하여 책임성을 확보하지만, 대리인 스스로가 프라이빗하게 투표할 수 있는 옵션은 제한적입니다.
• 기존 연구의 한계: 기존 암호학적 위임 시스템은 DAO 환경의 특수성 (블록체인 기반, 장기적인 위임 관계, 온체인 검증 필요성 등) 을 충분히 반영하지 못하거나, 추가적인 신뢰할 수 있는 제 3 자나 익명 채널을 요구하여 실용성이 떨어집니다.

2. 방법론 (Methodology)

Kite 는 보편적 구성 가능성 (Universal Composability, UC) 프레임워크를 기반으로 설계되었으며, 다음과 같은 핵심 기술적 요소를 사용합니다.

2.1. 시스템 구성 요소

• 유권자 (Voters): 투표권을 가진 ERC-20 토큰 보유자.
• 대리인 (Delegates): 유권자로부터 위임받은 토큰으로 투표하는 주체.
• 계산 게시판 (Computing Bulletin Board): 블록체인 (Ethereum) 으로 구현되며, 모든 메시지의 인증과 불변성을 보장합니다.
• 집계 위원회 (Tally Committee, TA): 최종 투표 결과를 복호화하는 신뢰할 수 있는 권한 (실제 구현에서는 다중 서명 또는 임계값 복호화 방식을 통해 분산됨).

2.2. 핵심 프로토콜 흐름

1. 설정 (Setup): TA 가 공개 키와 메르클 트리 (Merkle Tree) 를 생성하여 유권자의 토큰 보유량을 증명할 수 있는 기반을 마련합니다.
2. 위임/위임 철회 (Delegation/Undelegation):
   • 유권자가 대리인에게 위임할 때, **영지식 증명 (Zero-Knowledge Proofs, ZK)**을 사용하여 "내가 특정 대리인 집합 (Anonymity Set) 내의 누군가에게 위임했다"는 사실만 공개하고, 구체적인 대상은 숨깁니다.
   • **동형 암호화 (Additively Homomorphic Encryption)**를 사용하여, 위임된 투표권은 암호화된 상태로 합산됩니다.
   • 토큰 잠금 (Token Locking): 위임된 토큰은 재사용을 방지하기 위해 잠금 (Lock) 상태가 됩니다.
3. 투표 (Voting):
   • 공개 투표: 대리인이 공개적으로 투표할 경우, 유권자는 대리인의 투표 내역을 추적하여 책임성을 확보할 수 있습니다.
   • 프라이빗 투표: 대리인이 비공개로 투표할 경우, 암호화된 투표 데이터를 제출하고 재랜덤화 (Re-randomization) 를 통해 투표 내용을 숨깁니다.
4. 집계 (Tally): 선거 종료 시 TA 가 암호화된 집계 결과를 복호화하여 최종 결과를 공개합니다.

2.3. 기술적 최적화

• 익명성 집합 (Anonymity Set): 위임 시 모든 대리인 목록 전체를 사용하는 대신, 무작위로 선택된 소규모의 대리인 집합 (Anonymity Set) 을 구성하여 그 중 하나에게 위임했다는 사실만 증명합니다. 이는 증명 크기와 온체인 가스 비용을 줄이면서도 프라이버시를 유지합니다.
• Noir 및 zk-SNARK: Noir 프로그래밍 언어와 PLONK 기반의 zk-SNARK 를 사용하여 복잡한 위임 로직을 효율적으로 증명합니다.
• Governor Bravo 확장: 기존에 널리 사용 중인 Governor Bravo 스마트 컨트랙트를 확장하여 구현함으로써, 기존 DAO 들의 마이그레이션을 용이하게 합니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. 프라이빗 위임 프로토콜 Kite 개발: DAO 환경에서 유권자가 대리인에게 투표권을 위임하거나 철회할 때, 누가 누구에게 위임했는지 (Who delegated to whom) 를 전혀 노출하지 않는 최초의 실용적 프로토콜을 제안했습니다.
2. 유연한 투표 모드 지원: 대리인의 투표 방식에 대해 **공개 (책임성 확보)**와 비공개 (프라이버시 보호) 두 가지 옵션을 모두 지원합니다.
3. 보안성 증명: UC 프레임워크 (구체적으로는 SUC) 내에서 프로토콜의 보안을 수학적으로 증명했습니다. 이는 공격자가 유권자를 조작하더라도 위임 관계를 추론할 수 없음을 보장합니다.
4. 실제 구현 및 성능 검증: Ethereum 기반의 Governor Bravo 스마트 컨트랙트를 확장하여 프로토타입을 구현하고, 소비자용 하드웨어 (MacBook Air M2) 에서의 성능을 평가했습니다.

4. 평가 결과 (Results)

• 성능:
  • 가장 비용이 많이 드는 연산인 위임 (Delegation) 작업은 요청된 프라이버시 수준 (익명성 집합 크기) 에 따라 7 초에서 167 초가 소요되었습니다.
  • 익명성 집합 크기가 5, 10, 20 일 때 증명 생성 시간이 실용적인 수준 (수 초 ~ 1 분 내외) 으로 유지되었습니다.
  • 위임은 빈번하지 않은 작업이므로, 일반적인 사용자 경험 (투표 등) 은 저지연 (Low-latency) 을 유지합니다.
• 가스 비용:
  • 온체인 검증 비용은 중간 수준이며, 여러 관계를 단일 증명으로 결합하여 가스 비용을 최적화했습니다.
  • 마스터 검증자 컨트랙트 (Master Verifier Contract) 를 사용하여 개별 검증자 컨트랙트 배포 시 발생하는 가스 비용을 대폭 절감했습니다.
• 프라이버시 vs 효율성 트레이드오프: 익명성 집합 크기를 조절함으로써 사용자는 프라이버시 수준과 증명 생성 시간/가스 비용 사이의 균형을 스스로 선택할 수 있습니다.

5. 의의 및 결론 (Significance)

Kite 는 DAO 거버넌스의 핵심적인 약점인 "위임의 공개성"으로 인한 사회적 압박을 해결합니다. 이를 통해 유권자는 대리인의 반응이나 사회적 압력을 두려워하지 않고, 자신의 의지에 따라 언제든지 위임을 변경하거나 철회할 수 있게 됩니다.

• 거버넌스 민주성 강화: 유권자가 대리인에게 더 자유롭게 투표권을 위임할 수 있게 되어, DAO 거버넌스의 참여와 대표성을 향상시킵니다.
• 실용성: 기존 DAO 인프라 (Governor Bravo) 와 호환되도록 설계되어, 별도의 복잡한 인프라 구축 없이도 도입이 가능합니다.
• 미래 연구 방향: 본 논문은 대리인의 투표가 유권자에게만 공개되는 '반-프라이빗' 모델이나, 강압에 저항하는 (Coercion-resistant) 투표 메커니즘 통합 등 향후 연구 과제를 제시합니다.

결론적으로, Kite 는 블록체인 기반 거버넌스에서 프라이버시와 책임성 (Accountability) 의 균형을 맞추는 중요한 기술적 진보로 평가됩니다.