기술 요약: 사회적 자본 증명 (Proof-of-Social-Capital, PoSC)

문제 정의

현재의 블록체인 합의 프로토콜, 특히 작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)은 상당한 금융 또는 계산 자본을 보유한 참여자에게 유리한 희소 자원에 의존한다. PoW는 높은 진입 장벽과 에너지 낭비를 초래하며, PoS는 에너지 효율은 높지만 금융적 지분과 합의 권력을 직접 연결함으로써 부의 불평등을 심화시킨다. 이러한 구조는 자본은 적지만 사회적 영향력이 높은 사용자들을 소외시켜, 중앙집중화와 "부자가 더 부자가 되는" 역학을 초래한다.

기존의 Web3 소셜 애플리케이션(예: SteemIt, Friend.Tech)은 사회적 자본을 애플리케이션 계층에서만 활용할 뿐, 근본적인 합의 메커니즘은 여전히 금융적 지분에 묶여 있다. 이러한 단절은 콘텐츠 제작자와 그들의 팔로워를 원장의 거버넌스 및 보안으로부터 분리한다. 본 논문은 희소 자원이 금융적 부가 아닌 사회적 자본(인적 자본, 주의력, 사회적 영향력으로 정의됨)인 합의 프로토콜의 필요성을 식별하며, 이를 통해 개방형 참여와 금권 정치에 대한 저항력을 실현하고자 한다.

방법론

저자들은 금융적 지분을 대신하여 사회적 자본을 블록체인을 보호하고 블록 제안자를 선출하는 메커니즘으로 사용하는 **사회적 자본 증명(PoSC)**을 제안한다. 시스템 아키텍처는 여러 암호학적 및 경제적 구성 요소를 통합한다:

1. 시스템 엔티티 및 역할

• 합의 노드 (콘텐츠 제작자): 지지를 통해 사회적 자본을 축적하는 사회적 영향력이 높은 사용자들이다. 이들은 이 자본을 스테이킹하여 리더 선출 및 블록 생성에 참여한다.
• 경량 클라이언트 (팔로워): 콘텐츠를 수신하고 자신의 "수동적" 사회적 자본 예산을 지지를 통해 제작자에게 할당함으로써, 자본을 활성화하고 합의 권력 분배에 영향을 미치는 사용자들이다.

2. 신원 검증 및 프라이버시

Sybil 공격(공격자가 여러 가짜 신원을 생성하여 사회적 자본을 부풀리는 행위)을 방선하면서도 프라이시를 보존하기 위해, 시스템은 다음을 채택한다:

• 검증 가능한 자격 증명 (Verifiable Credentials, VCs): 신뢰할 수 있는 기관에서 발행하며, 개인 데이터(예: 이름, 주소, 주민등록번호)를 포함한다.
• zkSNARK 증명: 사용자는 유효한 VC를 보유하고 있으며 해당 신원 필드가 고유하다는 것을 공개 데이터 노출 없이 온체인상에서 검증하기 위해 영지식 증명을 생성한다.
• ID-Hash 및 MPT: 개인 신원 필드의 해시는 공개 식별자 역할을 하며 글로벌 상태 머클 패트리시아 트리(Merkle Patricia Trie, MPT)의 키로 사용된다. 이는 개인 정보를 노출하지 않으면서 1인 1계정의 고유성을 보장한다.
• 소셜 미디어 소유권: 콘텐츠 제작자는 자신의 Web2 소셜 미디어 계정 소유권을 증명(예: HTTPS 인증서 서명 활용)하여 자신의 블록체인 신원을 실제 세계의 영향력과 연결해야 한다.

3. 사회적 자본 스케일링 (Scaling)

영향력이 매우 큰 제작자에 의한 독점을 방지하기 위해, 프로토콜은 "활성" 사회적 자본(가공되지 않은 지지 수)을 "유효" 사회적 자본(합의 권력)으로 변환하는 비선형 스케일링 함수를 적용한다.

• 스케일링 메커니즘: 본 논문은 비율을 유지하여 독점 완화에 실패하는 이차 투표(Quadratic Voting)와 제곱근($\sqrt{x}$) 또는 로그($\log_2(x)$)와 같은 비선형 함수를 비교 평가한다.
• 결과: $\sqrt{x}$ 또는 $\log_2(x)$와 같은 함수는 최상위 제작자의 영향력을 압축하여, 가공되지 않은 팔로워 수와 비교했을 때 합의 권력 분포의 지니 계수를 유의미하게 감소시킨다.

4. 합의 및 인센티브

• 리더 선출: 프로토콜은 유효한 사회적 자본을 기반으로 블록 제안자를 선출하기 위해 이더리움의 PoS 메커니즘(무작위성을 위한 Randao 및 리더 선정을 위한 Whisk)을 변형하여 적용한다.
• 인센티브 체계:
  • 제작자: 유효한 제안에 대해 블록 보상을 받으며, 프로토콜 위반 시 슬래싱(징벌)을 당한다. 징벌에는 사회적 자본을 지지자에게 반환하거나, 제작자의 스케일링 함수를 더 가파른 루트(root)로 조정하여 향후 합의 권력을 줄이는 방식이 포함된다.
  • 팔로워: 제작자가 가스비를 부담하는 메타 트랜잭션을 통해 참여(예: 타겟 콘텐츠 시청)에 따른 보상을 선택적으로 받을 수 있다.

주요 기여

1. 합의 계층 통합: 본 논문은 사회적 자본을 단순한 애플리케이션 계층의 기능이 아닌 합의 계층에 직접 내재화할 것을 제안하며, 이를 통해 참여를 유도하는 사용자가 블록 생성에 영향을 미칠 수 있도록 한다.
2. 프라이버시 보존형 Sybil 저항성: VCs, zkSNARKs, 그리고 MPT 기반의 고유성 검사를 결합하여 사용자 익명성을 해치지 않으면서 1인 1표제를 강제하는 새로운 방식을 제시한다.
3. 불평등 완화: 사회적 자본에 대한 스케일링 함수를 도입하여 합의 권력의 집중을 수학적으로 감소시킴으로써, PoS의 고유한 부의 불평등 문제를 해결한다.
4. 개념 증명 구현: zkSNARK 생성/검증, 신원 저장, 리더 선출 로직을 포함하여 프로토콜의 실현 가능성을 입증하는 Python 기반 구현체(약 3,500 LOC)를 제공한다.

실험 결과

저자들은 2,250개의 YouTube 채널과 100회의 zkSNARK 실행을 사용하여 프로토콜을 평가하였다:

• 불평등 감소: 스케일링을 적용하지 않았을 때 사회적 자본(가공되지 않은 팔로워 수 기준)의 지니 계수는 약 0.49였다. 로그 스케일링 함수를 적용하자 이 수치가 약 90% 감소했다. 지니 계수가 약 0.78인 VTuber 데이터셋의 경우, 제곱근 스케일링을 통해 약 0.29로 감소했다.
• 성능 오버헤드:
  • zkSNARKs: 범용 하드웨어에서 증명을 생성할 수 있었다.
  • 계산량: 모든 잠재적 제작자(1억 2천만 명)에 대해 유효 사회적 자본을 계산하는 것은 상당한 오버헤드를 발생시킬 수 있다. 그러나 참여 임계값(최소 10,000건 이상의 완전한 지지 필요)을 구현함으로써 활성 검증자 집단을 약 300만 명으로 줄였다. 이를 통해 슬롯당 직렬 계산 시간을 약 0.03초로 낮추어, 표준 블록 시간(예: 12초) 내에 프로토콜 운영이 가능하도록 하였다.
• 징벌: 제안된 징벌 전략은 위반의 심각도에 따라 경제적 페널티를 부과하는 동시에, 시스템 내의 총 위임된 자본은 보존한다.

의의 및 주장

본 논문은 PoSC가 현대의 소셜 미디어 라이프스타일과 일치하는 탈중앙화 합의 프로토콜의 진화 단계로서 실질적인 데모를 보여준다고 주장한다. 주요 의의는 다음과 같다:

• 탈중앙화: 금융적 부에 의존하지 않는 합의 경로를 제공하여, 더 넓은 범위의 참여자가 네트워크를 보호할 수 있는 가능성을 열어준다.
• 공정성: 지배적 엔티티의 영향력을 수학적으로 제한함으로써 PoS의 "부자가 더 부자가 되는" 효과를 완화한다.
• 새로운 경제 모델: 콘텐츠 제작자가 자신의 사회적 영향력에 비례하여 보상을 받고, 팔로워가 참여에 대해 보상받을 수 있는 시스템을 구축함으로써 기존 Web2의 중앙집중적 수익 모델의 한계를 해결한다.

저자들은 현재의 작업이 운영 환경에 즉시 투입 가능한 수준이라기보다 개념 증명 단계임을 밝히며 겸허한 태도를 유지하고 있다. 또한, 위임된 사회적 자본 관리의 복잡성, 신뢰할 수 있는 신원 발행 기관에 대한 의존성, 향후 반복 작업에서의 양자 내성 암호 프리미티브 필요성 등의 과제를 인정하고 있다.