비트코인 디지털 서명의 중요성과 변천사
비트코인의 거래는 디지털 서명을 통해 자금 소유권을 증명한다. 초기에는 타원 곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDSA)을 사용했으나, 2021년 Taproot 업그레이드를 통해 Schnorr 서명으로 전환했다. Schnorr 서명은 더 간단하고 개인 정보 보호 및 효율성이 높다고 평가된다.
- Schnorr 서명은 멀티서명을 단일 서명으로 집계할 수 있어 트랜잭션의 프라이버시를 향상시키고 트랜잭션 처리를 향상시킨다. 이러한 집계는 본래 서명 크기를 줄이고 블록체인 데이터의 효율성을 높인다.
- 비트코인은 2022년 기준으로 21만 개의 이상의 새로운 주소에 대한 거래가 매일 발생하고 있으며, 이러한 거래의 안전성과 프라이버시는 Schnorr 서명을 채택함으로써 크게 개선될 수 있다.
양자 컴퓨터의 위협과 대안
그러나 ECDSA와 Schnorr 서명 모두 양자 저항성을 갖추지 못했다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠르게 암호 문제를 해결할 수 있어 이 시스템들을 무력화할 수 있다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 Lamport 서명과 같은 양자 저항성을 가진 대안을 탐색하고 있다.
- 양자 컴퓨팅 시대에 대비하기 위해 연구자들은 NIST가 주관하는 포스트-퀀텀 암호화 표준화 경쟁에 참여하여 미래의 암호 체계를 출범시키려 하고 있다.
- 양자 컴퓨터의 성능은 시간이 지나면서 쿼비트의 수와 그 안정성에 따라 빠르게 향상되고 있다. 실제로 구글은 2019년에 54 큐비트 양자 컴퓨터인 시커모어를 통해 양자우월성(Quantum Supremacy)을 입증했다.
새로운 서명 체계 도입의 과제
새로운 서명 체계의 도입은 Taproot와 유사한 방법으로 진행될 가능성이 크다. 이는 사용자들이 자발적으로 양자 보안 주소로 자금을 이동시키는 방식으로 네트워크 전체에 영향을 주지 않는다. 그러나 사토시 나카모토의 비활성 주소와 같은 경우에는 접근 제한 여부를 둘러싼 논쟁이 생길 수 있다.
- 비트코인의 새로운 프로토콜은 점진적인 소프트 포크 방식을 통해 도입되어야 한다. 이러한 방식은 기존 시스템과의 호환성을 확보하면서 업그레이드를 진행할 수 있다.
- 비활성 주소는 약 100만 비트코인을 보유하고 있는 것으로 추정되며, 현재 비트코인 총 공급량의 약 4.76%를 차지하고 있다. 이러한 비트코인들은 시장 유동성에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다.
해시 함수와 양자 컴퓨팅의 영향
비트코인의 보안은 해시 함수, 특히 SHA-256 알고리즘에도 의존한다. 해시 함수는 데이터를 고정 크기의 출력값으로 압축해 입력의 미세한 변화에도 전혀 다른 결과를 만들어낸다. 그러나 양자 컴퓨터는 해시 충돌을 찾아내거나 해시 과정을 역으로 풀어내 블록체인 데이터를 조작할 수 있다.
- Grover의 알고리즘을 사용하면 일반적인 컴퓨터보다 해시 함수를 인버트하는 속도를 제곱 근으로 줄일 수 있어, SHA-256의 보안성을 반감시킨다.
- 비트코인 네트워크는 10분마다 평균적으로 새로운 블록을 생성하며, 이는 해시 계산의 주기적인 확인 과정을 의미한다. 양자 컴퓨터가 이 과정에 개입할 경우 해시 함수 변경이 절실하다.
양자 컴퓨터와 비트코인 채굴
양자 컴퓨터는 비트코인을 파괴하기보다 채굴을 지배할 가능성이 크다. 양자 컴퓨터의 계산 능력을 활용하면 새로운 블록을 추가하는 수학적 퍼즐을 꾸준히 해결해 기존 채굴자를 밀어낼 수 있다. 이는 채굴을 탈중앙화된 산업에서 소수 양자 능력을 가진 기업이 장악하는 구조로 변화시킬 수 있다.
- JP모건이나 IBM과 같은 대기업들은 양자 컴퓨팅 연구에 막대한 투자를 하고 있어, 이러한 기술력이 BTC 채굴 시장에 접목될 경우 채굴 경쟁 구도가 크게 변화할 수 있다.
- 2022년 현재 비트코인의 해시레이트는 약 190 EH/s로, 이는 전통적인 컴퓨터 환경에서의 연산 능력을 나타내지만, 양자 컴퓨터 도입 시 이런 해시레이트 수치가 완전히 재정립될 수 있다.
양자 저항성을 위한 향후 조치
비트코인 개발자들은 SHA-256을 양자 저항성 해시 함수로 교체할 수 있다. 이는 기술적으로 가능하며, 비트코인의 점진적 개선 역사를 통해 충분히 검토될 수 있는 방안이다. 양자 컴퓨팅의 위협은 당장은 멀리 있지만, 그 잠재적인 영향은 고려해야 한다.
- 현재 NIST의 표준화 프로젝트에서는 CRYSTALS-Dilithium, Falcon과 같은 알고리즘이 양자 저항성을 보장하는 옵션으로 고려되고 있으며, 이는 비트코인의 보안 체계를 강화할 수 있다.
- 비트코인 커뮤니티는 예전부터 BIP(Bitcoin Improvement Proposal)을 통해 시스템 개선안을 상정해왔으며, 이번에도 새로운 암호화 알고리즘 추가가 논의되고 있다.
비트코인의 미래와 양자 컴퓨팅
비트코인의 경제적 중요성이 커짐에 따라 양자 취약성을 해결하기 위한 동기도 커질 것이다. 비트코인은 오픈 소스로서 암호학자, 개발자, 학자들의 협력을 촉진해 솔루션이 철저히 테스트되고 배포될 수 있는 환경을 제공한다. 양자 컴퓨팅의 위협은 먼 미래의 일이지만, 기술 독점 가능성은 여전히 경계해야 한다.
- 유엔 산하의 ‘UNICEF Innovation Fund’와 같은 기관은 오픈 소스 기술을 통해 암호 기반 솔루션 개발을 지원하고 있는데, 이는 비트코인의 양자 취약성 해결에도 기여할 수 있다.
- 17개 국가의 70여 연구 기관은 양자 암호화의 발전을 위한 글로벌 협력을 진행하고 있으며, 이러한 국제적 협업이 비트코인의 보안 체계를 진화시킬 수 있다.
출처 : 원문 보러가기
