Web3 생태계에서의 신뢰 실행 환경 (TEE): 심층 분석
title: Web3 생태계의 신뢰 실행 환경 (TEE): 심층 분석 description: Web3 생태계에서 신뢰 실행 환경 (TEE)의 정의, 아키텍처 및 Intel SGX, ARM TrustZone, AMD SEV와 같은 주요 하드웨어 구현 기술에 대해 심층적으로 살펴봅니다. keywords:
- 신뢰 실행 환경
- TEE
- Web3 보안
- 블록체인 인프라
- 기밀 컴퓨팅
- Intel SGX image: "https://opengraph-image.blockeden.xyz/api/og-blockeden-xyz?title=Web3%20%EC%83%9D%ED%83%9C%EA%B3%84%EC%9D%98%20%EC%8B%A0%EB%A2%B0%20%EC%8B%A4%ED%96%89%20%ED%99%98%EA%B2%BD%20(TEE)%3A%20%EC%8B%AC%EC%B8%B5%20%EB%B6%84%EC%84%9D"
1. TEE 기술 개요
정의 및 아키텍처: 신뢰 실행 환경 (Trusted Execution Environment, TEE) 은 프로세서 내의 보안 영역으로, 그 안에 로드된 코드와 데이터를 기밀성 및 무결성 측면에서 보호합니다. 실질적인 측면에서 TEE는 CPU 내의 격리된 "엔클레이브 (enclave)" 역할을 합니다. 이는 시스템의 나머지 부분으로부터 보호된 상태로 민감한 연산을 실행할 수 있는 일종의 블랙박스 (black box) 와 같습니다. TEE 엔클레이브 내부에서 실행되는 코드는 보호되므로, 운영 체제나 하이퍼바이저가 손상되더라도 엔클레이브의 데이터나 코드를 읽거나 조작할 수 없습니다. TEE가 제공하는 주요 보안 속성은 다음과 같습니다:
- 격리성 (Isolation): 엔클레이브의 메모리는 다른 프로세스 및 OS 커널로부터 격리됩니다. 공격자가 해당 머신에 대해 완전한 관리자 권한을 획득하더라도 엔클레이브 메모리를 직접 검사하거나 수정할 수 없습니다.
- 무결성 (Integrity): 하드웨어는 TEE에서 실행되는 코드가 외부 공격에 의해 변경되지 않음을 보장합니다. 엔클레이브 코드나 런타임 상태에 대한 모든 조작은 감지되어, 손상된 결과가 발생하는 것을 방지합니다.
- 기밀성 (Confidentiality): 엔클레이브 내부의 데이터는 메모리에서 암호화된 상태로 유지되며 CPU 내부에서 사용될 때만 복호화되므로, 비밀 데이터가 외부 세계에 평문으로 노출되지 않습니다.
- 원격 증명 (Remote Attestation): TEE는 원격 당사자에게 자신이 진짜이며 특정 신뢰할 수 있는 코드가 내부에서 실행되고 있음을 확신시키기 위해 암호화된 증명 (attestation)을 생성할 수 있습니다. 즉, 사용자는 비밀 데이터를 제공하기 전에 엔클레이브가 신뢰할 수 있는 상태 (예: 순정 하드웨어에서 예상된 코드가 실행 중임)인지 확인할 수 있습니다.
스마트 계약 실행을 위한 보안 엔클레이브 "블랙박스"로서의 신뢰 실행 환경 개념도. 암호화된 입력값 (데이터 및 계약 코드)은 보안 엔클레이브 내부에서 복호화 및 처리되며, 암호화된 결과값만 엔클레이브를 빠져나갑니다. 이는 민감한 계약 데이터가 TEE 외부의 누구에게도 노출되지 않도록 보장합니다.
내부적으로 TEE는 CPU의 하드웨어 기반 메모리 암호화 및 액세스 제어를 통해 활성화됩니다. 예를 들어, TEE 엔클레이브가 생성될 때 CPU는 이를 위해 보호된 메모리 영역을 할당하고 전용 키 (하드웨어에 내장되거나 보안 보조 프로세서에 의해 관리됨)를 사용하여 실시간으로 데이터를 암호화/복호화합니다. 외부 소프트웨어가 엔클레이브 메모리를 읽으려는 모든 시도는 암호화된 바이트만을 얻게 됩니다. 이러한 독특한 CPU 수준의 보호 기능을 통해 사용자 수준의 코드에서도 권한이 있는 멀웨어나 악의적인 시스템 관리자가 훔쳐보거나 수정할 수 없는 비공개 메모리 영역 (엔클레이브)을 정의할 수 있습니다. 본질적으로 TEE는 전용 보안 요소 (secure elements)나 하드웨어 보안 모듈 (HSM)보다 유연하면서도 일반적인 운영 환경보다 높은 수준의 애플리케이션 보안을 제공합니다.
주요 하드웨어 구현체: 시스템 내에 보안 엔클레이브를 구축한다는 유사한 목표를 가지고 있지만 아키텍처가 서로 다른 여러 하드웨어 TEE 기술이 존재합니다:
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Intel SGX (Software Guard Extensions): Intel SGX는 가장 널리 사용되는 TEE 구현 중 하나입니다. 이는 애플리케이션이 프로세스 수준에서 엔클레이브를 생성할 수 있도록 하며, CPU에 의해 메모리 암호화 및 액세스 제어가 강제됩니다. 개발자는 특수 명령 (ECALL/OCALL)을 사용하여 데이터를 엔클레이브 내부로 전달하거나 외부로 내보내기 위해 코드를 "신뢰할 수 있는" 코드 (엔클레이브 내부)와 "신뢰할 수 없는" 코드 (일반 환경)로 분할해야 합니다. SGX는 엔클레이브에 대해 강력한 격리성을 제공하며 Intel의 증명 서비스 (IAS)를 통한 원격 증명을 지원합니다. Secret Network 및 Oasis Network와 같은 많은 블록체인 프로젝트가 SGX 엔클레이브를 기반으로 프라이버시 보존 스마트 계약 기능을 구축했습니다. 그러나 복잡한 x86 아키텍처 기반의 SGX 설계는 일부 취약점을 야기했으며 (4절 참조), Intel의 증명 방식은 중앙 집중식 신뢰 종속성을 도입합니다.
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ARM TrustZone: TrustZone은 프로세서의 전체 실행 환경을 보안 세계 (Secure World) 와 일반 세계 (Normal World) 라는 두 세계로 나누어 다른 방식으로 접근합니다. 민감한 코드는 특정 보호된 메모리 및 주변 기기에 액세스할 수 있는 보안 세계에서 실행되고, 일반 세계에서는 일반 OS와 애플리케이션이 실행됩니다. 두 세계 사이의 전환은 CPU에 의해 제어됩니다. TrustZone은 보안 UI, 결제 처리 또는 디지털 저작권 관리 등을 위해 모바일 및 IoT 장치에서 흔히 사용됩니다. 블록체인 맥락에서 TrustZone은 개인 키나 민감한 로직이 휴대폰의 보안 엔클레이브에서 실행될 수 있도록 함으로써 모바일 중심의 Web3 애플리케이션을 가능하게 할 수 있습니다. 하지만 TrustZone 엔클레이브는 일반적으로 더 큰 단위 (OS 또는 VM 수준)이며 현재 Web3 프로젝트에서는 SGX만큼 흔히 채택되지는 않습니다.
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AMD SEV (Secure Encrypted Virtualization): AMD의 SEV 기술은 가상화된 환경을 대상으로 합니다. SEV는 애플리케이션 수준의 엔클레이브를 요구하는 대신 전체 가상 머신 (VM)의 메모리를 암호화할 수 있습니다. 임베디드 보안 프로세서를 사용하여 암호화 키를 관리하고 메모리 암호화를 수행하므로, VM의 메모리는 호스팅 하이퍼바이저에게도 기밀로 유지됩니다. 따라서 SEV는 클라우드 또는 서버 유스케이스에 적합합니다. 예를 들어, 블록체인 노드나 오프체인 워커가 완전히 암호화된 VM 내부에서 실행되어 악의적인 클라우드 제공업체로부터 데이터를 보호할 수 있습니다. SEV의 설계는 개발자가 코드를 분할하는 노력을 덜어줍니다 (기존 애플리케이션이나 전체 OS를 보호된 VM에서 실행할 수 있음). SEV-SNP와 같은 최신 버전은 변조 감지와 같은 기능을 추가하고 VM 소유자가 중앙 집중식 서비스에 의존하지 않고 VM을 증명할 수 있도록 합니다. SEV는 클라우드 기반 블록체인 인프라에서 TEE를 사용하는 데 매우 관련이 깊습니다.
기타 신흥 또는 틈새 TEE 구현체로는 Intel TDX (Trust Domain Extensions, 최신 Intel 칩의 VM에서 엔클레이브와 유사한 보호 제공), Keystone (RISC-V) 과 같은 오픈 소스 TEE, 그리고 모바일의 보안 엔클레이브 칩 (Apple의 Secure Enclave 등, 다만 일반적으로 임의의 코드를 위해 개방되지는 않음)이 있습니다. 각 TEE는 고유한 개발 모델과 신뢰 가정을 가지고 있지만, 모두 하드웨어 격리 보안 실행이라는 핵심 개념을 공유합니다.