요약

분산 상태 머신(DSM)은 합의 메커니즘, 제3자 검증자, 그리고 중앙 집중식 인프라를 제거하는 수학적으로 강화된 인터넷 신뢰 계층을 도입합니다. DSM은 즉각적인 확정성, 오프라인 기능, 그리고 양자 상태 격리 및 암호학적으로 검증된 상태 전환을 통해 변조 방지가 가능한 순방향 상태 진행을 통해 디지털 신원 및 가치 교환을 위한 양자 저항성, 결정론적 상태 전환을 지원합니다.

배경

현대 인터넷은 기업, 정부, 중개 기관이 관리하는 중앙 집중식 신뢰 시스템에 크게 의존하여 인증, 신원 확인, 가치 전송을 관리합니다. 이러한 모델은 다음과 같은 근본적인 취약점을 야기합니다.

• 제3자 통제 : 정부와 기업은 신원 시스템 및 금융 인프라에 대한 액세스를 위한 게이트키퍼 역할을 합니다.
• 보안 위험 : 중앙 집중식 데이터 저장소와 암호 기반 시스템은 침해 및 사기에 취약합니다.
• 검열 및 배제 : 기관은 신원, 자금 또는 서비스에 대한 액세스를 임의로 취소할 수 있습니다.
• 합의 오버헤드 : 블록체인은 글로벌 거래 유효성을 확립하기 위해 에너지 집약적 합의 메커니즘(예: 채굴, 스테이킹)이 필요합니다.

분산화된 화폐를 도입한 비트코인조차도 다음과 같은 이유로 순수한 P2P 시스템이라는 사토시의 비전을 완전히 달성하지 못했습니다.

• 마이너에 대한 의존성 : 거래에는 작업 증명을 통한 검증이 필요하므로 병목 현상이 발생합니다.
• 글로벌 합의 요구 사항 : 모든 노드가 동의해야 하는 공유 원장은 확장성을 제한합니다.
• 최종 지연 : 여러 번의 확인으로 인해 마이크로트랜잭션이 비실용적으로 되는 대기 시간이 발생합니다.
• 제한된 오프라인 기능 : 거래는 온라인 네트워크를 통해 전달되어야 합니다.

Lightning Network와 같은 2계층 솔루션은 고유한 한계를 갖습니다.

• 유동성 제약 : 사전 자금 조달 채널은 거래 자유도를 제한합니다.
• 라우팅 문제 : 지불에는 피어 간의 성공적인 라우팅 경로가 필요합니다.
• 중앙집중화 위험 : 대형 허브가 지배적인 유동성 공급자가 됨

제안

DSM은 승인 기반 보안 모델에서 증명 기반 보안 모델로의 근본적인 전환을 의미합니다. 사용자는 접근을 요청하고 제3자의 승인을 기다리는 대신, 결정론적 암호화를 사용하여 즉시 검증 가능한 다음 유효 상태를 제시합니다.

핵심 검증 원칙

각각의 새로운 상태는 이전 상태의 해시에 대한 참조를 저장합니다.

S_{n+ 1 } .prev \ _hash = H ( S_n ) S n + 1.prev_hash = H ( S n )

S_i S i 에서 S_j S j 까지의 상태 시퀀스를 검증하기 위해 DSM은 각 상태가 이전 상태를 적절하게 참조하는지 확인합니다.

Verify(S_i,S_j) = \bigwedge_{n=i+1}^{j} (S_n.prev\_hash = H ( S_ { n - 1 } ) ) Verify ( S i , S j ) = ⋀ j n = i + 1 ( S n .p rev _ hash = H ( S n − 1 ) )

효율적인 조회를 위한 희소 인덱스

DSM은 조회를 신속하게 하기 위해 희소 인덱스를 구현합니다.

SI = \{S_0, S_k, S_{2k}, ..., S_{nk}\} S I = { S 0 , S k , S 2 k , . . . , Snk }​​

여기서 k k 는 체크포인트 간격입니다. 상태 S_m S m 을 검색하려면 다음을 수행합니다.

GetCheckpoint(m) = \max\ { S_ { ik } | ik < m \ } Get Checkpoint ( m ) = max { S i k | i k < m }

그런 다음 앞으로 이동합니다.

Traverse(S_{ik},m) = [S_{ik}, S_{ik+1}, ..., S_m] T r a v e r s e ( S i k , m ) = [ S i k , S i k + 1 , . . . , Sm ]​

양자 간 국가 고립

DSM은 상태 진화를 양자 관계로 분리합니다. 각 개체 E_i E i 는 자체 체인을 저장합니다.

체인_{E_i} = \{S^{E_i}_0, S^{E_i}_1, ..., S^{E_i } _n \ } 체인 E i = { S E i 0 , S E i 1 , . . . , S E i n }

모든 엔터티 쌍 (E_i, E_j) ( E i , E j ) 에 대해 상호 작용은 관계별 상태 쌍을 생성합니다.

Rel_{E_i,E_j} = \{(S^{E_i}_{m_1}, S^{E_j}_{p_1}), (S^{E_i}_{m_2}, S^{E_j}_{p_2}), ...\} R e l E i , E j = { ( S E i m 1 , S E j ​​p 1 ) , ( S E i m 2 , S E j ​​p 2 ) , . . . }

결정론적 엔트로피 진화

상태 S_n S n 에 대한 엔트로피 시드를 e_n e n 으로 표시하자. S_{n+1} S n + 1 로의 전이는 다음을 포함한다.

e_{n+1} = H(e_n \| op_{n+1} \| (n+1)) e n + 1 = H ( e n Bu o p n + 1 Ü ( n + 1 ) )

여기서 op_{n+1} o p n + 1은 상태 전환을 위한 연산을 나타냅니다.

거래 워크플로

양자간(오프라인) 거래

1. 엔터티 A는 암호화 사전 커밋을 생성합니다.

   C_{pre} = H(H(S_n) \| \text{"엔티티 B에 토큰 10개 전송"} \| e_{n+1}) C p r e = H ( H ( S n ) ∥ "엔티티 B에 토큰 10개 전송" ∥ e n + 1 )

2. 엔티티 A와 B는 분리된 환경에서 물리적 근접성을 구축합니다.

3. 엔티티 A는 트랜잭션 매개변수를 사용하여 후속 상태 S_{m+1} S m + 1을 생성합니다.

4. 두 엔터티 모두 사전 커밋 해시에 공동 서명하고 상태 S_{m+1} S m + 1을 마무리합니다.

5. 네트워크 연결 없이도 거래가 암호화된 최종성을 달성합니다.

일방적(온라인) 거래

1. 엔티티 A는 엔티티 B의 생성 상태를 검색하고 확인합니다.
2. 엔티티 A는 토큰을 B로 전송하는 것을 나타내는 후속 상태 S_{n+1} S n + 1을 생성합니다.
3. 엔티티 A는 분산 디렉토리에 S_{n+1} S n + 1을 제출하여 최종성을 달성합니다.
4. 엔티티 B는 나중에 디렉토리에서 S_{n+1} S n + 1을 검색하고 확인합니다.

결정론적 스마트 커밋

튜링 완전 스마트 계약과 달리 DSM은 결정론적 사전 약속을 구현합니다.

C_{commit} = H(S_n \| P ) C co m m i t = H ( S n ∥ P )

여기서 P P 는 커밋 매개변수를 나타냅니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 시간 제약 전송: C_{time} = H(S_n \| 수신자 \| 금액 \| \ text { " after " } \ | T ) C t i m e = H ( S n ∥ 수신자 ∥ 금액 ∥ " after " ∥ T )
• 조건 예측 전송: C_{cond} = H(S_n \| 수신자 \ | 금액 \ | \ text { " if " } \ | 조건 \ | O ) C c o n d = H ( S n ∥ 수신자 ∥ 금액 ∥ " if " ∥ 조건 ∥ O )
• 반복 결제: C_{recur} = H(S_n \| 수신자 \ | 금액 \ | \ text { " 매 " } \ | 기간 \ | 종료 \ _ 날짜 ) C r e c u r = H ( S n ∥ 수신자 ∥ 금액 ∥ " 매 " ∥ 기간 ∥ 종료 _ 날짜 )

결정론적 림보 볼트(DLV)

DLV는 공식적으로 다음과 같이 순서가 지정된 튜플로 정의됩니다.

V = (L, C, H) V = ( L , C , H )

어디:

• L: \Omega \rightarrow \{0,1\} L : Ω → { 0 , 1 } 은 결정론적으로 인코딩된 잠금 조건 함수를 나타냅니다.
• C = \{c_1, c_2, ..., c_n\} C = { c 1 , c 2 , . . . , c n }은 암호화 조건 집합을 구성합니다.
• H: \{0,1\}^* \rightarrow \{0,1\}^\lambda H : { 0 , 1 } ∗ → { 0 , 1 } λ는 충돌 방지 해시 함수를 나타냅니다.

금고의 잠금 해제 키는 다음 조건이 충족될 때에만 계산됩니다.

sk_V = H(L \| C \| \sigma) s k V = H ( L | C | σ )

여기서 \sigma σ는 암호화 완료 증명을 나타냅니다.

경제 모델

DSM은 거래당 수수료가 아닌 구독 기반 경제 모델을 구축합니다.

R_ { total } = R_ { storage } + R_ { treasury } + R_ { ecosystem } Rtot a l = Rstorage + Rtreasury + Recosystem​​​​​​​​​

리소스는 저장소 운영자, 프로토콜 개발, 생태계 확장에 할당됩니다.

장점

DSM은 기존 블록체인 시스템에 비해 여러 가지 주요 이점을 제공합니다.

CAP 정리를 넘어서

DSM은 CAP 정리의 세 가지 가정을 거부합니다.

1. 전역 상태 동기화 없음 : DSM은 관계별 상태를 정의합니다.

   G_{DSM} = \{R_{i,j} : i \neq j \ } G DSM = { R i , j : i ≠ j }

2. 이기종 일관성 요구 사항 : 각 관계에는 서로 다른 일관성 규칙이 있을 수 있습니다.

   \forall (i,j) \neq ( k , l ) , 일관성 도메인 ( R_ { i , j } ) \ cap 일관성 도메인 ( R_ { k , l } ) = \ emptyset ∀ ( i , j ) ≠ ( k , l ) , 일관성 도메인 ( R i , j ) ∩ 일관성 도메인 ( R k , l ) = ∅

3. 원자성 및 상태 결합 회피 : 각 트랜잭션은 로컬 관계에만 영향을 미칩니다.

   Execute(op, R_{i,j}) \not\Rightarrow Affects(R_{k,l}), \forall ( k , l ) \ neq ( i , j ) Execute ( o p , R i , j ) ⇏ Affects ( R k , l ) , ∀ ( k , l ) ≠ ( i , j )

이를 통해 DSM은 세 가지 CAP 속성을 모두 충족할 수 있습니다.

C_{DSM}(S) \wedge A_{DSM}(S) \wedge P_{DSM}(S ) = 참 C D S M ( S ) ∧ A D S M ( S ) ∧ P D S M ( S ) = 참

오프라인 거래

DSM은 다음 속성을 통해 완전 오프라인 거래를 가능하게 합니다.

1. 마이너, 검증자 또는 글로벌 합의가 필요하지 않습니다.
2. 자체 검증 암호화 상태를 통해 즉시 최종화됩니다.
3. 완전 오프라인 설정에서 직접 P2P 거래 허용
4. 유동성 제약이나 라우팅 종속성이 없습니다.
5. 수학적으로 보장되므로 신뢰 요구 사항이 제거됩니다.

개인정보 보호 및 보안

DSM은 다음을 통해 개인 정보 보호 기능을 강화합니다.

• 글로벌 원장 없음 : 거래는 글로벌하게 기록되는 것이 아니라 상태 기반으로 기록됩니다.
• 직접 교환 : 중개자 없이 사용자 간에 직접 거래가 이루어집니다.
• 양자 저항 암호화 : 포스트 양자 원시(SPHINCS+, Kyber, BLAKE3)

전진 전용 상태 진행

DSM은 불변하고 시간 순서대로 진행되는 과정을 적용합니다.

S_i \rightarrow S_j \Leftrightarrow \exists \text{유효한 체인 연결} S_i \text{에서 } S_j S i → S j ⇔ ∃ 유효한 체인 연결 S i 에서 S j 로

합의 없는 결정론적 검증

DSM 검증은 다음과 같이 공식화됩니다.

V(H, S_n, S_{n+1}, \sigma_C) \ rightarrow \ { 참 , 거짓 \ } V ( H , Sn , Sn + 1 , σ C ) → { 참 , 거짓 }

여기에는 다음을 포함한 보장이 제공됩니다.

• 데이터 가용성 : s 에 대하여 S , t 에 대하여 T , Accept ( s , t ) ∀ s ∈ S , ∀ t ∈ T , Accept ( s , t ) ⇔ Complete ( Verification ( s , t ) )​​​​​
• 계산 무결성: Pr[V(H, S_n, S'_{n+1}, \sigma_C) = true | S'_{n+1} \neq Compute(S_n, op)] \ leq \ varepsilon ( \ lambda ) P r [ V ( H , S n , S ′ n + 1 , σ C ) = true | S ′ n + 1 ≠ Compu t e ( S n , op ) ] ≤ ε ( λ )
• 권한 부여 체인: \forall S_i, S_{i+1}, Valid(S_i \rightarrow S_{i+1}) \Rightarrow \exists \sigma_i : Verify(pk_i, H(S_{i+1}), \sigma_i) = true ∀ S i , S i + 1 , V a l i d ( S i → S i + 1 ) ⇒ ​​∃ σ i : V e r i f y ( p k i , H ( S i + 1 ) , σ i ) = t r u e

성능 벤치마크

체계	TPS( 기기당:bangbang:)	지연 시간(ms)	트랜잭션당 바이트	거래당 에너지(J)	오프라인 기능(0-10)
DSM(데스크톱)	22만~25만	5	64	1	10
DSM(모바일)	15만~18만	5	64	1	10
DSM(라즈베리파이 4)	25,000~30,000	5	64	1	10

• 참고: 이 수치는 기기당 단일 스레드를 기준으로 하며, 합의 오버헤드가 없더라도 이러한 마이크로 벤치마크 대비 성능 저하가 예상됩니다. 40% 성능 저하를 가정하더라도 이 수치는 기존 시스템 기록보다 훨씬 우수합니다.

DSM 스마트 커밋먼트

응용 프로그램

자율 시스템

DSM은 다음을 위한 완전 자율형 P2P 운영 패러다임을 구현합니다.

• 행성 외 탐사 : 지구 기반 제어 없이 작동하는 자체 조정 프로브 및 로버
• 분산형 AI 마켓플레이스 : 계산 리소스와 데이터 세트를 교환하는 자율 AI 에이전트
• 군집 지능 : 분산된 의사 결정을 갖춘 집단 AI 구조
• 자체 주권 AI : 조직 의존성 없이 자체 리소스와 진화를 관리하는 모델

금융 애플리케이션

• 소액결제 : 스트리밍 결제에 적합한 즉각적이고 수수료 없는 거래
• 오프라인 상거래 : 연결 없이 모바일 기기 간 직접 P2P 결제
• 구독 서비스 : 암호화 검증을 통한 정기 결제 약정
• 국경 간 거래 : 중개자나 결제 지연 없이 직접 가치 전송

신원 및 인증

• 자체 주권 신원 : 기관 종속성 없이 암호로 제어되는 신원
• 장치 인증 : 다중 장치 인증을 위한 계층적 머클 구조
• 자격 증명 관리 : 중앙 기관 없이 검증된 속성의 선택적 공개
• 크로스 플랫폼 인증 : 연결이 끊긴 서비스 전반에 걸쳐 일관된 신원 확인

결론

DSM은 신뢰 기반 종속성을 수학적으로 증명 가능한 보안 보장으로 대체하여 인터넷 보안 아키텍처의 패러다임적 변화를 나타냅니다.

• 인증 자격 증명은 자체 검증 암호화 신원 증명으로 대체됩니다.
• 금융 중개자는 소유권의 수학적 집행으로 대체됩니다.
• 합의 기반 검증은 포워드 전용, 포크 불가능한 거래로 대체됩니다.
• 인증 기관은 암호화 자체 검증으로 대체됩니다.

이 아키텍처는 사용자가 중앙 집중식 기관이나 취약한 신뢰 관계에 의존하지 않고 자신의 디지털 신원, 금융 자산 및 온라인 상호작용을 제어할 수 있는 진정한 분산형 자주 주권 인터넷을 구현합니다.

DSM은 기존 중앙 집중식 시스템과 합의 기반 블록체인의 한계를 뛰어넘어 신뢰 가정보다는 수학적 확실성을 바탕으로 안전하고 효율적이며 오프라인에서도 사용 가능한 디지털 상호작용을 위한 새로운 기반을 구축합니다.

이론적 기초, 구현 아키텍처, 보안 증명에 대한 포괄적인 세부 사항은 다음을 참조하세요.

• 전체 연구 논문: IACR ePrint Archive 2025/592
• 프로젝트 웹사이트: decentralizedstatemachine.com
• 참조 구현: GitHub - DSM v0.1.0-alpha.1