1. 문제 정의 (Problem Statement)

**소프트웨어 빌드 오브 매트 (SBOM)**는 소프트웨어 공급망의 투명성을 확보하기 위해 필수적인 구성 요소이지만, 현재 다음과 같은 심각한 한계와 위험이 존재합니다.

• 기밀 정보 유출 위험: SBOM 에는 기업의 지적 재산권 (독점적 의존성 구조), 아키텍처 전략, 또는 패치되지 않은 취약점 정보가 포함되어 있을 수 있습니다. 이를 전체 공개할 경우 경쟁사에게 전략적 우위를 잃거나, 공격자에게 취약점을 노릴 수 있는 표적을 제공하게 됩니다.
• 검증의 어려움: 기존 SBOM 검증은 소스 코드나 빌드 환경에 대한 완전한 접근을 전제로 합니다. 하지만 폐쇄형 소스나 독점 환경에서는 불가능하며, 선택적 공개 (Privacy-preserving disclosure) 를 할 경우 검증자는 숨겨진 의존성이 보안 정책 (예: 취약점 부재, 라이선스 준수) 을 위반하는지 확인할 수 없어 '검증 공백 (Verification gap)'이 발생합니다.
• 신뢰 기반의 한계: 현재 대부분의 솔루션은 SBOM 발행자의 정직함에 의존하거나, 복잡한 키 관리 시스템 (KMS) 을 필요로 하여 확장성이 떨어집니다.

따라서, 민감한 정보를 노출하지 않으면서도 SBOM 의 의존성 진위와 정책 준수를 암호학적으로 검증할 수 있는 방법이 시급히 필요합니다.

2. 제안 방법론 (Methodology: VeriSBOM)

저자들은 VeriSBOM이라는 새로운 프레임워크를 제안했습니다. 이는 **벡터 커밋먼트 (Vector Commitment, VC)**와 **영지식 증명 (Zero-Knowledge Proofs, ZKP)**을 결합하여 신뢰 없는 환경에서도 선택적 공개와 검증을 가능하게 합니다.

핵심 아키텍처: 듀얼 트리 (Dual-Tree Architecture)

VeriSBOM 은 두 개의 병렬 트리를 사용하여 의존성 포함 여부와 정책 준수 여부를 분리하여 관리합니다.

1. 패키지 트리 (Package Tree, $PT$):
   • 패키지 매니저 (Package Manager) 가 유지합니다.
   • 공식 패키지 저장소에 존재하는 모든 패키지와 버전의 포함 여부를 증명합니다.
   • 목적: 의존성이 공식 저장소에서 유효하게 배포된 것임을 인증 (Authenticity).
2. 섀도 트리 (Shadow Tree, $ST$):
   • 독립적인 감사자 (Auditor) 가 유지합니다.
   • $PT$와 동일한 구조 (Isomorphic) 를 가지며, 각 리프 노드는 해당 패키지가 특정 보안 정책 (취약점 없음, 라이선스 준수 등) 을 준수하는지 (1) 또는 위반하는지 (0) 를 나타냅니다.
   • 목적: 의존성이 보안 및 정책 제약을 준수함을 인증 (Compliance).

작동 원리

1. 프로버 (Prover, 소프트웨어 공급자): SBOM 에 포함된 의존성 목록을 기반으로 영지식 증명 (ZKP) 을 생성합니다.
   • 이중 멤버십 제약 (Dual-Membership Constraint): 각 의존성이 $PT$에 존재하고 동시에$ST$에서 '준수 (1)'로 표시되어야 함을 증명합니다.
   • 폴딩 (Folding) 기법: 많은 수의 의존성을 개별적으로 증명하는 대신, Nova 와 같은 폴딩 기반 ZKP 를 사용하여 여러 검증 단계를 하나의 고정 크기 (Constant-size) 증명 ($\pi$) 으로 압축합니다.
2. 검증자 (Verifier, 소비자):
   • 전체 SBOM 을 볼 필요 없이, 공개된 $PT$와$ST$의 루트 해시 (Public Roots) 와 제공된 ZKP 만을 사용하여 검증합니다.
   • 증명서가 유효하면, 숨겨진 의존성 목록을 알지 못하더라도 해당 소프트웨어가 정책 위반 없이 공식 의존성으로 구성되었음을 수학적으로 보장받습니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. 기밀성을 유지하는 정책 검증: ZKP 를 활용하여 민감한 의존성 정보를 노출하지 않고도, 의존성이 특정 보안 정책 (취약점 부재, 라이선스 준수 등) 을 만족함을 검증할 수 있는 메커니즘을 제안했습니다.
2. 확장성 (Scalability) 해결: 대규모 소프트웨어 시스템의 수천 개 의존성을 처리하기 위해 재귀적 폴딩 (Recursive Folding) 기법을 도입하여 증명 생성 및 검증 비용을 상수 시간으로 줄였습니다.
3. 보안 분석: 확률적 다항 시간 (PPT) 적대자 모델을 가정하여, 공격자가 위조된 증명이나 병렬 트리를 통해 시스템을 우회하는 것을 방지하는 수학적 안전성을 분석했습니다.
4. 실제 구현 및 평가: Rust 와 Python 을 사용하여 프로토타입을 구현하고, 실제 패키지 레지스트리 (예: crates.io) 데이터를 기반으로 성능을 평가했습니다.

4. 실험 결과 (Results)

저자들은 다양한 규모의 시나리오에서 VeriSBOM 을 평가했습니다.

• 저장소 오버헤드: 1 천만 개 이상의 패키지를 커밋하더라도 벡터 커밋먼트 (VC) 로 인한 추가 저장 공간은 약 1GB 미만이었습니다. 1 억 개까지 확장해도 약 4GB 수준으로 현대 인프라에서 충분히 관리 가능합니다.
• 증명 크기 (Proof Size): 의존성 수나 패키지 레지스트리 크기와 무관하게 약 13KB 의 고정된 크기를 유지했습니다. 이는 폴딩 기반 ZKP 의 핵심 장점입니다.
• 검증 시간 (Verification Time): 의존성 수나 시스템 규모와 상관없이 약 80~95ms로 거의 일정하게 유지되어, 실시간 검증에 적합함을 입증했습니다.
• 생성 시간 (Generation Time): 증명 생성 시간은 의존성 수에 비례하여 선형적으로 증가하지만, 100 개 의존성 기준 약 4 초 내외로 실용적인 수준이었습니다.
• 상호 운용성: Rust 와 C 등 다양한 언어 생태계 (Homebrew, crates.io) 에서도 동일한 프레임워크로 작동함을 확인했습니다.

5. 의의 및 결론 (Significance)

VeriSBOM 은 소프트웨어 공급망 보안 분야에서 다음과 같은 중요한 의의를 가집니다.

• 투명성과 기밀성의 균형: 기존에는 SBOM 공개가 기밀 유출로 이어져 채택이 더뎠다면, VeriSBOM 은 선택적 공개를 통해 기업은 기밀을 보호하면서도 규제 기관이나 소비자에게는 검증 가능한 신뢰를 제공합니다.
• 신뢰 없는 검증 (Trustless Verification): SBOM 발행자의 정직함이나 중앙 집중형 키 관리 시스템에 의존하지 않고, 공개된 암호학적 루트와 수학적 증명만으로 검증이 가능합니다.
• 실용성: 기존 패키지 매니저 (Crates.io, Homebrew 등) 의 구조를 변경하지 않고 외부 레이어로 통합 가능하여, 산업 표준과의 호환성이 높습니다.

결론적으로, VeriSBOM 은 소프트웨어 공급망 공격을 방어하고 규제 준수를 보장하면서도 기업의 지적 재산권을 보호할 수 있는 확장 가능하고 암호학적으로 검증 가능한 SBOM 공유 프레임워크로서, 미래 소프트웨어 공급망 보안의 핵심 기술로 자리 잡을 잠재력을 가지고 있습니다.