영지식증명(ZKP)용 해시함수 설계에서는 큰 소수체 위의 작은 룩업테이블(LUT)을 조합해 비선형 변환(Bars 계층)을 만드는 전략이 최근 주목받았는데, 이는 CCS 2022에서 처음 제안된 Reinforced Concrete(RC)에 쓰였고 그동안 제3자 충돌 공격이 보고된 적이 없었다. 이 논문은 작은 정수로 구성된 MDS 행렬(Concrete 계층)이 Bars 계층을 감싸는 구조(Concrete∘Bars∘Concrete)가 라운드 함수의 차분 특성을 약화시킬 수 있음을 발견하고, 이를 이용해 7라운드 중 4.5라운드까지 Bars 계층과 후속 Concrete 계층·거듭제곱 기반 비선형 계층(Bricks)을 우회하는 새로운 충돌 공격을 제시했다. 3.5라운드 RC에 대한 실제 충돌도 구현해 검증했으며, 저자들은 산술 제약 수를 늘리지 않으면서 이 공격을 막는 개선된 Concrete 계층 설계 알고리즘도 함께 제안했다. 같은 프레임워크를 TIP 해시함수에도 적용했지만 TIP의 MDS 행렬이 이 공격을 효과적으로 막는다는 것도 확인했다.
- •LUT 기반 ZK 친화 해시함수 Reinforced Concrete(RC)에 대한 최초의 제3자 충돌 공격 제시
- •MDS 행렬(Concrete)이 비선형 Bars 계층을 감싸는 구조가 차분 특성을 약화시킨다는 점을 발견
- •7라운드 중 4.5라운드를 우회하는 충돌 공격을 설계하고 3.5라운드에서 실제 충돌 구현으로 검증
- •제약 수 증가 없이 공격을 막는 개선된 Concrete 계층 생성 알고리즘 제안
- •동일 기법을 TIP 해시함수에도 적용했으나 TIP의 MDS 행렬은 공격에 안전함을 확인
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Mind Small Integers in MDS Matrix: Collision Attacks on Round-Reduced Reinforced Concrete
- 1.ZK 친화 해시 Reinforced Concrete의 LUT 계층이 특정 MDS 조합에서 차분 특성을 약화시킴을 규명
- 2.이를 이용해 7라운드 중 4.5라운드에 대한 신규 충돌 공격을 구성, Bars·Conc·Brick 계층을 모두 우회
- 3.3.5라운드 Reinforced Concrete에 대해 실제 충돌 쌍을 제시해 공격을 실증
- 4.제약조건 증가 없이 공격을 막는 개선 Conc 계층 제안, 다른 LUT 해시는 MDS 행렬로 이미 방어됨
왜 중요한가?
영지식증명 시스템에서 널리 검토되는 LUT 기반 해시 함수 설계의 숨은 취약점을 처음으로 실증해, ZK 회로용 암호 원시함수의 표준화·채택 과정에 직접적인 보안 재검토를 요구한다.
언급 프로젝트
본문 미리보기
The rapid advancement of Zero-Knowledge Proofs (ZKP) has motivated the design of ZK-friendly hash functions. A relatively new design strategy for ZK-friendly hash functions is using the composition of small look-up tables (LUTs) to build a nonlinear transform (called \bars layer) over a large prime field $\Fp$. This not only improves the plain performance but also enhances its security against algebraic attacks since the \bars layer is equivalent to a complex and high-degree polynomial over $\
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