블록체인·얼굴·지문을 결합한 전자투표 유권자 인증 시스템 Block-BVAS

Block-BVAS는 얼굴과 지문을 이용해 유권자의 신원과 투표 자격을 확인하고, 암호화된 인증·투표 기록을 블록체인에 저장해 선거의 보안성과 감사 가능성을 높이는 전자투표 프레임워크이다.

전자투표의 신뢰성을 높이기 위해 얼굴 인식과 지문 인식, 사설 이더리움 블록체인을 결합한 유권자 인증 시스템이 개발됐다. ‘Block-BVAS’라 불리는 이 시스템은 투표자의 신원을 두 가지 생체정보로 확인하고, 인증과 투표 기록을 블록체인에 남겨 위변조 가능성을 줄이는 방식이다.

연구진은 고가의 전용 장비 대신 Raspberry Pi 5를 처리 장치로 사용해 저비용 전자투표 단말기에서도 이러한 구조를 구현할 수 있음을 보여줬다. 그러나 이번 연구는 200명을 대상으로 한 실내 통제 환경의 프로토타입 실험이다. 따라서 실제 국가 선거에 적용할 수 있는 완성형 시스템이 아니라 블록체인 기반 유권자 인증의 기술적 가능성을 확인한 초기 연구로 이해해야 한다.

전자투표에서 유권자 인증이 중요한 이유

전자투표는 투표와 개표 시간을 단축하고, 거동이 불편하거나 멀리 떨어진 유권자의 접근성을 높일 수 있다. 수작업 개표 과정에서 발생하는 실수를 줄일 수 있다는 장점도 있다. 반면 전자투표 시스템이 해킹되거나 중앙 데이터베이스가 조작되면 대규모 선거 기록이 한꺼번에 훼손될 위험이 있다.

특히 투표 전에 실시하는 유권자 본인 확인과 투표 자격 인증은 전체 선거 보안의 출발점이다. 다른 사람의 신분을 도용하거나 한 사람이 여러 차례 인증을 통과하면 이후의 투표 기록이 아무리 안전하게 보관돼도 선거의 정당성을 보장하기 어렵다.

기존 생체인증 시스템은 얼굴이나 지문 가운데 하나만 사용하는 경우가 많다. 그러나 얼굴 인식은 조명, 카메라 각도, 안경과 마스크 등에 영향을 받고, 지문 인식은 손가락의 상처나 마모, 센서 오염 때문에 실패할 수 있다. Block-BVAS는 얼굴과 지문을 함께 확인해 한 가지 생체정보에만 의존하는 방식의 한계를 줄이도록 설계됐다.

Block-BVAS의 유권자 인증과 투표 절차

Block-BVAS는 유권자, 선거관리 책임자, 선거 사무원, 개표 담당자, 후보자, 블록체인 네트워크로 구성된다. 각 참여자는 정해진 권한에 따라 유권자 등록, 본인 확인, 투표 기록, 개표 검증 과정에 참여한다.

유권자 등록 단계에서는 얼굴 사진과 지문 정보를 수집한 뒤 암호화된 생체정보 템플릿을 만든다. 원본 얼굴 사진이나 지문 영상을 블록체인에 직접 저장하지 않고, 암호화한 생체정보는 별도의 로컬 데이터베이스에 보관한다. 블록체인에는 인증 결과와 검증에 필요한 거래 기록 및 메타데이터가 저장된다.

투표 당일에는 Raspberry Pi 5에 연결된 카메라와 지문 센서가 유권자의 얼굴과 지문을 다시 확인한다. 두 생체인증 기준을 모두 충족한 유권자에게만 투표 권한이 부여된다. 선택한 후보 정보는 선거관리 책임자의 공개키로 암호화되며, 관련 거래는 스마트계약을 거쳐 사설 이더리움 블록체인에 기록된다.

개표 단계에서는 정해진 권한을 가진 담당자가 암호화된 투표 기록을 복호화하고 집계한다. 최종 결과와 검증 기록도 블록체인에 남기기 때문에 누가 언제 어떤 작업을 수행했는지 사후에 감사할 수 있다.

사설 이더리움과 DPoS 합의 방식의 역할

Block-BVAS는 누구나 참여할 수 있는 공개형 블록체인이 아니라 허가받은 기관만 검증 노드로 참여하는 사설 이더리움 네트워크를 사용했다. 합의 방식으로는 위임지분증명인 DPoS를 채택했다. 복잡한 계산 경쟁이 필요한 작업증명 방식보다 전력 소비와 거래 확인 시간을 줄이려는 선택이다.

허가형 네트워크에서는 신뢰받는 선거 관련 기관들이 블록체인 기록을 공동으로 검증한다. 한 기관의 데이터베이스가 공격받아도 다른 노드의 기록과 대조할 수 있으므로 단일 중앙 서버에 모든 권한과 기록을 맡기는 구조보다 위변조 탐지와 감사에 유리하다.

다만 사설 블록체인은 완전한 탈중앙화 시스템이 아니다. 소수의 검증 기관이 서로 결탁하거나 다수의 검증 노드가 동시에 침해되면 기록의 신뢰성이 흔들릴 수 있다. 실제 선거에 도입하려면 검증 노드를 어떤 기관이 운영할지, 권한을 어떻게 분배하고 감시할지에 관한 제도적 설계가 필요하다.

200명 실험에서 확인된 얼굴·지문 인식 성능

연구진은 등록 유권자로 설정한 자원자 200명에게 얼굴 사진 3장과 지문 표본 3개를 제출하게 했다. 이후 각 참가자는 정상적인 본인 인증 3회와 다른 사람으로 위장한 인증 2회를 포함해 모두 5차례 인증을 시도했다. 실험은 동일한 장비와 통제된 실내 조명 환경에서 진행됐다.

논문 초록에 제시된 평균 인증 정확도는 지문 인식 약 97.8%, 얼굴 인식 약 95.1%였다. 얼굴 인식에서는 시험 전반에 걸쳐 비인가자를 잘못 승인한 사례가 보고되지 않았지만, 정당한 유권자를 거부하는 오거부율은 조건에 따라 약 5.6∼11.7%로 나타났다. 지문 인식은 대체로 얼굴 인식보다 높은 정확도와 낮은 오류율을 보였다.

여기서 95% 이상의 정확도가 곧 실제 선거에 충분한 수준이라는 뜻은 아니다. 유권자가 수천만 명에 이르면 낮은 비율의 오거부도 상당수의 투표권 행사 지연이나 실패로 이어질 수 있다. 고령자나 손가락 지문이 닳은 노동자, 장애인처럼 생체정보 취득이 어려운 사람을 위한 대체 인증 절차도 필요하다.

거래 처리 속도와 블록체인 저장 부담

Block-BVAS의 거래 처리량은 낮은 부하에서 초당 약 12건이었지만 거래 요청이 증가하자 약 4건까지 떨어졌다. 블록 확인 시간은 거래량에 따라 약 1.0초에서 2.4초로 늘어났다. 거래 전파 시간은 대부분 0.8∼1.2초 범위에 분포했다.

블록체인 저장 공간은 거래 수가 늘어날수록 거의 선형적으로 증가했다. 이는 예상 가능한 결과이지만 선거 규모가 커질수록 저장 용량, 네트워크 통신량, 노드 동기화 비용도 함께 증가한다는 의미이다. 전국 단위 선거에 적용하려면 샤딩, 병렬 처리, 레이어2 기술과 같은 별도의 확장성 대책이 필요하다.

실험에서 투표 기록 정확도인 VAR은 약 93∼96%였고, 전체 시스템 가동률은 약 96%, 실패율은 4%로 보고됐다. 연구진은 시험 중 거래 위변조를 관찰하지 않았다고 설명했다. 그러나 투표 기록과 조회 결과가 100% 일치하지 않은 원인을 단순한 네트워크 동기화 지연만으로 넘겨서는 안 된다. 실제 공직선거에서는 한 표의 누락도 문제가 될 수 있으므로 오류의 원인과 복구 절차를 훨씬 엄격하게 검증해야 한다.

블록체인이 해결하지 못하는 생체정보 보호 문제

생체정보는 비밀번호와 달리 유출됐을 때 새것으로 바꿀 수 없다. 연구진은 얼굴과 지문 원본을 블록체인에 올리지 않고 암호화된 템플릿을 로컬 데이터베이스에 저장했다. 이는 민감한 생체정보가 블록체인에 영구적으로 남는 위험을 피하기 위한 구조이다.

그러나 생체정보 저장소가 인증 단말기와 연결된 중앙화된 로컬 데이터베이스에 남아 있어 여전히 단일 장애점이 존재한다. 이번 프로토타입에는 분산형 생체정보 저장, 영지식증명, 동형암호 기반 개인정보 보호 인증이 실제로 구현되지 않았다. 얼굴 사진이나 인공 지문을 이용한 위조를 탐지하는 생체 활력 탐지 기능도 포함되지 않았다.

스마트계약 역시 Oyente, Mythril, Slither와 같은 보안 분석 도구로 자동 취약점 검사를 받지 않았고, 정형 검증과 본격적인 침투시험도 수행되지 않았다. 따라서 ‘블록체인을 사용했으므로 안전하다’고 단정하기보다는 보안성을 입증하기 위해 추가 검증이 필요한 단계라고 보는 편이 정확하다.

실제 선거 도입 전에 해결해야 할 과제

이번 연구는 Raspberry Pi 5 기반의 저비용 장비에서도 얼굴·지문 인증과 블록체인 기록을 통합할 수 있다는 가능성을 보여줬다. 대학이나 협회, 지방 단위의 제한된 투표 환경에서는 후속 실증 연구를 검토할 만하다. 그러나 수백만 명이 동시에 참여하는 국가 선거로 확대하려면 다음과 같은 문제를 해결해야 한다.

• 야외 조명, 먼지, 습도, 정전, 불안정한 통신망에서의 장기간 현장시험
• 위조 얼굴과 인공 지문을 가려내는 생체 활력 탐지 기술
• 장애인·고령자와 생체인증 실패자를 위한 대체 본인 확인 절차
• 생체정보의 분산 저장과 개인정보 유출 방지 기술
• 검증 노드 운영 기관의 선정, 감독, 책임과 분쟁 해결 기준
• 투표 비밀과 유권자 익명성을 유지하면서도 결과를 검증할 수 있는 감사 체계
• 스마트계약 정형 검증, 침투시험과 독립적인 보안 평가
• 대규모 거래 처리와 장애 발생 시 안전한 복구 절차

Block-BVAS 연구의 의미와 한계

Block-BVAS의 핵심 가치는 블록체인 하나에 있지 않다. 얼굴과 지문을 이용한 이중 생체인증, 공개키 암호화, 스마트계약, 분산 원장, 저비용 임베디드 장비를 하나의 유권자 인증 절차로 연결했다는 데 의미가 있다.

동시에 이 연구는 전자투표의 어려움도 보여준다. 블록체인은 이미 기록된 거래의 위변조를 어렵게 만들 수 있지만 잘못 입력된 신원정보, 생체인증 오류, 악성 소프트웨어, 검증 기관의 담합, 투표 비밀 침해까지 자동으로 해결하지는 못한다. 투표 기록을 변경하기 어렵게 만드는 것과 선거 전체가 공정하다는 사실을 입증하는 것은 서로 다른 문제이다.

따라서 Block-BVAS는 당장 국가 선거에 적용할 완성형 전자투표 시스템이라기보다 차세대 유권자 인증 기술을 시험한 프로토타입으로 평가하는 것이 적절하다. 후속 연구에서는 실제 투표소 환경의 대규모 실증, 생체정보 보호, 장애 대응, 법적 인증과 독립적인 보안 감사가 함께 이루어져야 한다.

논문 수치를 해석할 때 주의할 점

논문 내부에는 일부 수치가 서로 일치하지 않는 부분도 있다. 지문 인증 평균 정확도는 초록과 결론에서 약 97.8%로 제시됐지만, 결과 본문에는 98.7%로 서술돼 있고 표의 수치를 단순 평균하면 약 98.0%이다. 얼굴 인증 정확도와 오거부율에 관한 일부 요약 수치도 표와 완전히 일치하지 않는다. 이 글에서는 논문 초록과 결론이 공통으로 제시한 값을 중심으로 소개했지만, 후속 연구에서는 계산 방식과 원자료를 더욱 명확하게 공개할 필요가 있다.

출처: Henry Ohiani Ohize 외, A Blockchain-Based Bimodal Voter Accreditation System (Block-BVAS): A Framework for Adoption in Electronic Voting Systems, Blockchains, 2026년 8월 27일. https://doi.org/10.3390/blockchains4030014