Ed25519 + Merkle Tree + UUIDv7 = 변조 방지 의사결정 로그 구축

Source: Dev.to

TL;DR – Ed25519 서명, Merkle 트리, 그리고 UUIDv7 식별자를 결합하여 AI 및 알고리즘 시스템을 위한 불변하고 변조 증거가 되는 감사 로그를 구축합니다. 전체 Python 구현이 아래에 제공됩니다.

문제 정의: 빛의 속도로 이루어지는 AI 결정

당신의 트레이딩 알고리즘은 지난 1초 동안 10 000개의 결정을 내렸습니다.
당신의 ML 모델은 500건의 대출 신청을 승인했습니다.
당신의 자율 시스템은 중요한 조작을 수행했습니다.

이제 누군가가 묻습니다: “14:32:07.847에 정확히 무슨 일이 일어났나요?”

당신은 다음을 증명해야 합니다:

• 무엇이 결정되었는지.
• 언제 결정되었는지 (암호학적 확실성을 가지고).
• 사후에 아무것도 변경되지 않았음을.

전통적인 로깅은 실패합니다: 데이터베이스 레코드는 편집될 수 있고, 타임스탬프는 위조될 수 있으며, 로그 파일은 변조될 수 있습니다. AI 시스템이 인간의 인지 속도보다 빠르게 동작할 때는 암호학적 증명이 필요합니다.

세 가지 기둥

각각은 특정 문제를 해결하며, 함께 사용될 때 깨지지 않는 증거 사슬을 형성합니다.

기둥 1: UUIDv7 — 시간 순서가 보장된 식별자

UUIDv7 (RFC 9562)은 밀리초 단위 48‑비트 Unix 타임스탬프를 식별자에 직접 삽입하여 다음을 제공합니다:

• 사전식 정렬 = 연대순 정렬
• 별도의 timestamp 필드 없이도 임베디드된 시간 증거
• 중앙 조정 없이도 고유성

# uuidv7_example.py
import uuid
import time

def generate_uuidv7() -> str:
    """Generate a UUIDv7 identifier with embedded timestamp."""
    # Current time in milliseconds
    timestamp_ms = int(time.time() * 1000)

    # UUIDv7 structure:
    # - 48 bits: timestamp (ms)
    # - 4 bits: version (7)
    # - 12 bits: random
    # - 2 bits: variant
    # - 62 bits: random

    # Python 3.12+ includes uuid7; for earlier versions use the `uuid7` package
    return str(uuid.uuid.7())
    # Example output: "019234ab-cdef-7000-8123-456789abcdef"
    #                  ^^^^^^^^ timestamp embedded here

# uuidv7_utils.py
def extract_timestamp_from_uuidv7(uuid_str: str) -> int:
    """Extract the embedded millisecond timestamp from a UUIDv7."""
    uuid_hex = uuid_str.replace("-", "")
    # First 48 bits (12 hex chars) contain the timestamp
    return int(uuid_hex[:12], 16)

def detect_timestamp_anomaly(event_id: str, claimed_timestamp_ms: int,
                             threshold_ms: int = 5000) -> bool:
    """
    Return True if the claimed timestamp deviates from the UUIDv7 embedded
    timestamp by more than `threshold_ms`.
    """
    embedded_ts = extract_timestamp_from_uuidv7(event_id)
    drift = abs(embedded_ts - claimed_timestamp_ms)
    return drift > threshold_ms

왜 중요한가 – 이벤트가 시간 T에 발생했다고 주장하지만 UUIDv7 타임스탬프가 T + 5 분을 가리킨다면, 그 차이는 암호학적으로 명백히 드러납니다.

기둥 2: Hash Chains — 변조 증거가 되는 연결

각 이벤트는 이전 이벤트의 해시를 저장하여 불변 체인을 형성합니다:

Event₁ → H(Event₁) → Event₂ → H(Event₂) → Event₃ → …
          ↓                     ↓
      prev_hash            prev_hash

이전 이벤트가 하나라도 변경되면 해시가 바뀌어 이후 모든 이벤트와의 연결이 끊깁니다.

# hash_chain.py
import hashlib
import json

# Genesis hash: 64 zeros (256 bits)
GENESIS_HASH = "0" * 64

def canonicalize_json(obj: dict) -> str:
    """
    RFC 8785 JSON Canonicalization:
    - Lexicographic key ordering
    - No whitespace
    - Deterministic number formatting
    """
    return json.dumps(obj, sort_keys=True, separators=(",", ":"), ensure_ascii=False)

def compute_event_hash(header: dict, payload: dict, prev_hash: str,
                       algo: str = "sha256") -> str:
    """
    Compute event hash as:
    H( canonical(header) || canonical(payload) || prev_hash )
    """
    data = (
        canonicalize_json(header) +
        canonicalize_json(payload) +
        prev_hash
    ).encode("utf-8")

    if algo == "sha256":
        return hashlib.sha256(data).hexdigest()
    elif algo == "sha3_256":
        return hashlib.sha3_256(data).hexdigest()
    else:
        raise ValueError(f"Unsupported algorithm: {algo}")

# chain_validation.py
def validate_chain(events: list[dict]) -> tuple[bool, str]:
    """
    Validate the integrity of an event chain.
    Returns (is_valid, message).
    """
    if not events:
        return True, "Empty chain"

    # First event must reference the genesis hash
    if events[0]["security"]["prev_hash"] != GENESIS_HASH:
        return False, "Genesis event has incorrect prev_hash"

    # Verify each subsequent event
    for i in range(1, len(events)):
        cur = events[i]
        prev = events[i - 1]

        # Expected hash of the previous event
        expected_prev_hash = compute_event_hash(
            prev["header"], prev["payload"], prev["security"]["prev_hash"]
        )

        # Linkage check
        if cur["security"]["prev_hash"] != expected_prev_hash:
            return False, f"Chain broken at event {i}: prev_hash mismatch"

        # Verify current event's own hash
        computed_hash = compute_event_hash(
            cur["header"], cur["payload"], cur["security"]["prev_hash"]
        )
        if cur["security"]["event_hash"] != computed_hash:
            return False, f"Event {i} hash mismatch: content was modified"

    return True, "Chain valid"

기둥 3: Ed25519 서명 — 인증 및 부인 방지

Hash chain은 무결성을 보장하지만 누가 레코드를 만들었는지는 알 수 없습니다. Ed25519 (RFC 8032)는 빠르고 결정적인 256‑비트 보안 서명을 제공합니다.

# ed25519_signer.py
from cryptography.hazmat.primitives.asymmetric.ed25519 import (
    Ed25519PrivateKey, Ed25519PublicKey
)
from cryptography.hazmat.primitives import serialization

class EventSigner:
    """Ed25519 signer for VCP events."""

    def __init__(self, private_key: Ed25519PrivateKey = None):
        self.private_key = private_key or Ed25519PrivateKey.generate()
        self.public_key = self.private_key.public_key()

    def get_public_key_hex(self) -> str:
        """Export public key as a hex string."""
        pk_bytes = self.public_key.public_bytes(
            encoding=serialization.Encoding.Raw,
            format=serialization.PublicFormat.Raw
        )
        return pk_bytes.hex()

    def sign_event(self, event_hash: str) -> str:
        """Sign an event hash; returns hex‑encoded signature."""
        signature = self.private_key.sign(bytes.fromhex(event_hash))
        return signature.hex()

    @staticmethod
    def verify_signature(public_key_hex: str, event_hash: str,
                         signature_hex: str) -> bool:
        """Verify a signature; returns False on failure."""
        try:
            public_key = Ed25519PublicKey.from_public_bytes(
                bytes.fromhex(public_key_hex)
            )
            public_key.verify(
                bytes.fromhex(signature_hex),
                bytes.fromhex(event_hash)
            )
            return True
        except Exception:
            return False

전체 흐름

1. UUIDv7을 생성하여 이벤트에 할당합니다 – 이는 암호학적 타임스탬프를 제공합니다.
2. 이벤트 페이로드(header, data 등)를 만들고, 이전 이벤트의 해시와 연결하여 해시를 계산합니다.
3. Ed25519 개인키로 이벤트 해시를 서명하고, 서명과 공개키 식별자를 이벤트와 함께 저장합니다.
4. 선택적으로 많은 이벤트를 Merkle 트리(RFC 6962)로 묶어 효율적인 집합 검증을 수행합니다.

이렇게 만든 로그는 다음을 제공합니다:

• UUIDv7을 통한 연대순 정렬.
• Hash chaining(및 선택적 Merkle 증명)을 통한 변조 증거.
• Ed25519 서명을 통한 인증 및 부인 방지.

이 조합은 고처리량 AI 및 자율 시스템에 적합한 견고하고 변조 방지 가능한 결정 로그를 제공합니다.