비트코인, 양자컴퓨터로부터의 도전
양자컴퓨팅 전문 기업인 프로젝트 11이 2025년 4월 16일 “Q-Day Prize”라는 경연 대회를 발표했습니다. 참가자들은 양자컴퓨터를 사용해 비트코인의 암호화 방식의 “장난감 버전”을 해킹해야 하며, 2026년 4월 5일까지 이를 완수해야 합니다. 성공적인 참가자에게는 1 비트코인이 주어집니다.
- 양자컴퓨팅의 잠재적 위협을 탐구하기 위한 이 경연 대회는 참가자들이 양자 알고리즘의 실전 적용 가능성을 검토하고 개선할 기회를 제공합니다. 이는 비트코인의 현재 암호화 기술이 가진 강점과 흠결을 확인하는 계기가 됩니다.
- 실제로 전 세계적으로 양자 컴퓨팅에 투자하는 기업과 연구소는 2021년에 220억 달러에 이른다고 합니다. 이는 빠르게 발전하고 있는 양자 컴퓨팅 기술이 정보 보안에 가져올 변화를 준비하기 위한 노력의 일환으로 볼 수 있습니다.
SHA-256과 양자컴퓨팅의 충돌
비트코인은 미국 국가안보국(NSA)이 개발한 SHA-256 해시 알고리즘을 사용하여 네트워크 보안을 유지합니다. 현재의 하드웨어로는 이를 해독하는 데 수십 년이 걸리지만, 양자컴퓨팅은 새로운 위협으로 떠오르고 있습니다. 양자컴퓨팅은 양자 비트를 활용하여 기존의 이진 컴퓨팅보다 훨씬 빠른 계산이 가능합니다.
- 양자컴퓨터가 Shor의 알고리즘을 사용하면 지도 시간 복잡도가 지수 함수에서 다항 함수로 줄어듭니다. 이는 SHA-256 해시 알고리즘의 해독 시간을 극적으로 줄일 수 있습니다. 그러나 현재 양자컴퓨터는 Shor의 알고리즘을 실행할 수 있을 만큼의 충분한 안정된 큐빗을 확보하지 못했습니다.
- 2023년도 기준으로 구글, IBM 등 주요 IT 기업들이 개발 중인 양자컴퓨터는 최대 몇 백 큐빗 수준에 머물러 있으며, 이 정도는 아직 비트코인의 SHA-256을 실용적으로 해독할 수 없는 수준입니다.
양자컴퓨터, 비트코인 보안을 위협할까?
양자컴퓨터와 Shor의 알고리즘이 결합되면 비트코인의 암호 시스템에 위협이 될 수 있습니다. Shor의 알고리즘은 복잡한 수학 문제를 빠르게 해결할 수 있어 비트코인의 안전성을 위협할 수 있습니다. 개발자들은 Shor의 알고리즘으로도 깨지지 않는 새로운 수학을 이용해 “양자 저항성”을 갖춘 방패를 만드는 데 박차를 가하고 있습니다.
- 양자 저항성 혹은 양자 안전 암호화는 현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 분야입니다. 특히, 미국국립표준기술연구소(NIST)는 포스트 양자 암호화 표준화를 추진 중이며, 2024년까지 이를 완료할 계획입니다.
- 이러한 연구의 대부분은 해독이 어려운 새로운 알고리즘을 개발하거나, 기존 알고리즘을 양자 컴퓨터의 공격에 더 강한 구조로 재설계하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 예를 들어, LWE(Learning With Errors) 및 мультиплікативные значения 기반의 암호화 방식이 연구되고 있습니다.
비트코인의 주소 유형과 보안
비트코인 주소는 P2PK와 P2PKH 두 가지 주요 유형이 있습니다. P2PK 주소는 Shor의 알고리즘에 취약하지만, P2PKH 주소는 SHA-256과 RIPEMD-160 해시 알고리즘을 사용하여 더 나은 보안을 제공합니다.
- P2PKH 주소는 해시 키 대신 해시된 공개 키를 저장하므로 실제 공개 키가 네트워크에 노출되기 전까지는 Shor의 알고리즘으로부터 상대적으로 안전합니다. 이중 해시 구조로 보안성을 더한 것입니다.
- P2SH 주소와 같은 기술은 복잡한 다중 서명 등 고급 스크립트 기능을 제공하며, 이러한 구조는 해킹의 복잡성을 더할 수 있습니다. 이러한 기능은 비트코인의 보안을 보다 체계적으로 강화할 수 있게 해줍니다.
최신 주소 유형인 Taproot
Taproot는 2021년 11월 도입된 최신 주소 유형으로, Schnorr 서명을 사용하여 더 나은 프라이버시를 제공합니다. 그러나 Taproot 주소도 공개 키를 노출하여 Shor의 알고리즘에 취약할 수 있습니다.
- Taproot의 도입은 비트코인의 스마트 계약 기능을 향상시켜 사용자 간의 거래가 보다 효율적이고 비공개적으로 이루어질 수 있도록 설계되었습니다. 그러나 이 성능 향상은 보안적인 측면에서 여전히 양자 위협에 대한 대비가 필요합니다.
- Taproot는 트랜잭션 프라이버시 향상을 위해 다양한 트랜잭션을 통일된 방식으로 처리하여 분석의 난이도를 제공하지만, 이에 따른 보안을 강화하기 위해 양자 저항 알고리즘의 발전이 필수적입니다.
양자 컴퓨팅의 발전과 보안 대책
양자 컴퓨터는 아직 초기 개발 단계에 있으며, 그 위협이 즉각적이지는 않지만, 해결책이 이미 진행 중입니다. 비트코인 사용자들은 공용 주소 재사용을 피하고, 개인 지갑으로 자금을 옮기며, 양자 저항성을 고려한 다른 블록체인 네트워크를 사용하여 대비할 수 있습니다.
- 사용자들은 양자 컴퓨터에 대비해 보안을 유지하기 위해 공용 키가 노출되지 않도록 공용 주소의 재사용을 피하는 것이 좋습니다. 이는 현재의 컴퓨터로도 충분히 보호할 수 있는 방법입니다.
- 또 다른 해결책은 보안을 강화한 신생 블록체인 네트워크와의 협력을 통해 양자 컴퓨팅의 도전에 대비하고, 특히 거래 시 스마트 계약 기능을 활용하여 보안을 향상시키는 것입니다.
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