소개

양자 컴퓨터는 일반 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 복잡한 방정식을 풀 수 있는 강력한 기계입니다. 일부 전문가들은 오늘날 가장 빠른 컴퓨터가 수천 년 걸리는 암호화 를 단 몇 분 만에 해독할 수 있다고 추정합니다. 그 결과 오늘날의 디지털 보안 인프라 대부분이 위험에 처할 수 있습니다. 여기에는 비트코인 과 암호화폐 의 기반이 되는 암호화도 포함됩니다 .

이 글에서는 양자 컴퓨터가 일반 컴퓨터와 어떻게 다른지, 그리고 양자 컴퓨터가 암호화폐와 디지털 인프라에 어떤 위험을 초래하는지 소개합니다.

비대칭 암호화와 인터넷 보안

비대칭 암호화 (공개 키 암호화라고도 함)는 암호화폐 생태계와 대부분의 인터넷 인프라의 중요한 구성 요소입니다.

정보를 암호화하고 해독하기 위해 키 쌍에 의존합니다. 즉, 암호화하는 공개 키와 해독하는 개인 키입니다.

반면 대칭 키 암호화는 데이터를 암호화하고 해독하는 데 하나의 키만 사용합니다.

공개 키는 자유롭게 공유되고 정보를 암호화하는 데 사용될 수 있으며, 그런 다음 해당 개인 키로만 해독할 수 있습니다.

이렇게 하면 의도된 수신자만 암호화된 정보에 액세스할 수 있습니다.

비대칭 암호화의 주요 장점 중 하나는 신뢰할 수 없는 채널을 통해 공통 키를 공유할 필요 없이 정보를 교환할 수 있는 기능입니다.

이 중요한 기능이 없었다면 인터넷에서 기본적인 정보 보안은 불가능했을 것입니다.

예를 들어, 신뢰할 수 없는 당사자 간의 정보를 안전하게 암호화할 수 있는 기능 없이 온라인 뱅킹을 상상하기 어렵습니다.

비대칭 암호화의 보안 중 일부는 키 쌍을 생성하는 알고리즘 이 공개 키에서 개인 키를 계산하는 것을 엄청나게 어렵게 만드는 반면 개인 키에서 공개 키를 계산하는 것은 간단하다는 가정에 의존합니다. 수학에서 이를 트랩도어 함수라고 하는데, 한 방향으로는 계산하기 쉽지만 다른 방향으로는 어렵기 때문입니다.

현재 키 쌍을 생성하는 데 사용되는 대부분의 최신 알고리즘은 알려진 수학적 트랩도어 함수를 기반으로 합니다. 이

러한 트랩도어 함수는 기존 컴퓨터에서 실행 가능한 시간 내에 해결될 수 있는 것으로 알려져 있지 않습니다.

가장 강력한 기계조차도 이러한 계산을 수행하는 데 엄청난 시간이 걸릴 것입니다. 

하지만 이는 양자 컴퓨터라는 새로운 컴퓨팅 시스템의 개발로 곧 바뀔 수 있습니다.

양자 컴퓨터가 왜 그렇게 강력한지 이해하려면 먼저 일반 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다. 

고전 컴퓨터

오늘날 우리가 알고 있는 컴퓨터는 고전적 컴퓨터라고 불릴 수 있습니다.

즉, 계산은 순차적 순서로 수행됩니다. 즉, 계산 작업이 실행된 다음 다른 작업이 시작될 수 있습니다.

이는 고전적 컴퓨터의 메모리가 물리 법칙을 따라야 하며 0 또는 1(꺼짐 또는 켜짐) 상태만 가질 수 있기 때문입니다.

컴퓨터가 복잡한 계산을 더 작은 덩어리로 나누어 효율성을 얻을 수 있도록 하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 방법이 있습니다.

그러나 기본은 동일합니다. 다른 계산 작업을 시작하기 전에 계산 작업을 완료해야 합니다.

컴퓨터가 4비트 키를 추측해야 하는 다음 예를 고려해 보겠습니다. 4비트 각각은 0 또는 1이 될 수 있습니다. 표에 표시된 대로 16가지 조합이 가능합니다.

클래식 컴퓨터는 각 조합을 한 번에 하나씩 따로 추측해야 합니다. 열쇠고리에 자물쇠와 열쇠 16개가 있다고 상상해 보세요. 16개 열쇠를 각각 따로 시도해야 합니다. 첫 번째 열쇠로 자물쇠를 열 수 없으면 다음 열쇠를 시도하고, 그 다음 열쇠를 시도하는 식으로 올바른 열쇠가 자물쇠를 열 때까지 계속 시도합니다.

그러나 키 길이가 길어질수록 가능한 조합의 수는 기하급수적으로 늘어납니다.

위의 예에서 키 길이를 5비트로 늘리기 위해 비트를 하나 더 추가하면 가능한 조합의 수는 32가지가 됩니다.

6비트로 늘리면 가능한 조합의 수는 64가지가 됩니다. 256비트에서 가능한 조합의 수는 관측 가능한 우주에 있는 추정 원자 수에 가깝습니다.

반면, 계산 처리 속도는 선형적으로만 증가합니다. 컴퓨터의 처리 속도를 두 배로 늘리면 주어진 시간 내에 할 수 있는 추측 횟수도 두 배로 늘어납니다.

지수적 증가는 추측 측면에서 선형적 진행을 훨씬 능가합니다.

고전적인 컴퓨팅 시스템이 55비트 키를 추측하려면 수천 년이 걸릴 것으로 추정됩니다.

참고로 비트코인 에서 사용되는 시드의 최소 권장 크기 는 128비트이고 많은 지갑 구현은 256비트를 사용합니다.

기존 컴퓨팅은 암호화폐와 인터넷 인프라에서 사용되는 비대칭 암호화에 위협이 되지 않는 것으로 보입니다.

양자 컴퓨터

현재 개발 초기 단계에 있는 컴퓨터 클래스가 있는데, 이런 종류의 문제는 쉽게 해결할 수 있습니다. 바로 양자 컴퓨터입니다.

양자 컴퓨터는 아원자 입자의 거동과 관련된 양자 역학 이론에 설명된 기본 원리에 기반합니다.

클래식 컴퓨터에서는 비트를 사용하여 정보를 표현하고, 비트는 0 또는 1의 상태를 가질 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 양자 비트 또는 큐비트로 작동합니다.

큐비트는 양자 컴퓨터의 기본 정보 단위입니다. 비트와 마찬가지로 큐비트도 0 또는 1의 상태를 가질 수 있습니다.

그러나 양자 역학적 현상의 특이성 덕분에 큐비트의 상태는 동시에 0과 1이 될 수도 있습니다.

이는 양자 컴퓨팅 분야의 연구 개발을 촉진했으며, 대학과 민간 기업 모두 이 흥미로운 새로운 분야를 탐구하는 데 시간과 돈을 투자했습니다.

이 분야가 제시하는 추상적인 이론과 실제적인 엔지니어링 문제를 다루는 것은 인간의 기술적 성취의 최첨단에 있습니다.

안타깝게도 이러한 양자 컴퓨터의 부작용 중 하나는 비대칭 암호화의 기반을 형성하는 알고리즘을 푸는 것이 쉬워져서 이에 의존하는 시스템이 근본적으로 고장날 수 있다는 것입니다. 4비트 키를 해독하는 예를 다시 생각해 보겠습니다. 4큐비트 컴퓨터는 이론적으로 단일 계산 작업에서 16가지 상태(조합)를 모두 한 번에 처리할 수 있습니다. 이 계산을 수행하는 데 걸리는 시간 내에 올바른 키를 찾을 확률은 100%가 됩니다.

양자 저항 암호화

양자 컴퓨팅 기술의 등장은 암호화폐를 포함한 대부분의 현대 디지털 인프라를 기반으로 하는 암호화를 훼손할 수 있습니다.

이는 정부와 다국적 기업에서 개인 사용자에 이르기까지 전 세계의 보안, 운영 및 통신을 위험에 빠뜨릴 것입니다.

상당한 양의 연구가 이 기술에 대한 대책을 조사하고 개발하는 데 집중되고 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

양자 컴퓨터의 위협으로부터 안전하다고 가정되는 암호화 알고리즘을 양자 저항 알고리즘이라고 합니다.

기본적으로 양자 컴퓨터와 관련된 위험은 키 길이를 간단히 늘리는 대칭 키 암호화를 통해 완화할 수 있는 것으로 보입니다. 이 암호화 분야는 개방형 채널에서 공통 비밀 키를 공유함으로써 발생하는 문제로 인해 비대칭 키 암호화에 의해 밀려났습니다. 그러나 양자 컴퓨팅이 발전함에 따라 다시 부상할 수 있습니다.

개방형 채널에서 공통 키를 안전하게 공유하는 문제는 양자 암호화에서 그 자체로 해결책을 찾을 수도 있습니다. 도청에 대한 대책을 개발하기 위한 진전이 이루어지고 있습니다. 공유 채널의 도청자는 양자 컴퓨터 개발에 필요한 것과 동일한 원리를 사용하여 감지할 수 있습니다. 이를 통해 공유 대칭 키가 이전에 제3자에 의해 읽히거나 변조되었는지 알 수 있습니다.

양자 기반 공격을 무력화하기 위해 조사 중인 다른 연구 경로가 있습니다. 여기에는 큰 메시지 크기를 만드는 해싱 과 같은 기본 기술 이나 격자 기반 암호화와 같은 다른 방법이 포함될 수 있습니다. 이 모든 연구는 양자 컴퓨터가 해독하기 어려운 암호화 유형을 만드는 것을 목표로 합니다.

양자 컴퓨터와 비트코인 ​​채굴

비트코인 채굴 도 암호화를 사용합니다. 채굴자들은 블록 보상을 위해 암호화 퍼즐을 풀기 위해 경쟁합니다.

단일 채굴자가 양자 컴퓨터에 액세스할 수 있다면 네트워크에서 우위를 차지할 수 있습니다.

이는 네트워크의 분산화를 줄이고 잠재적으로 51% 공격 에 노출시킬 것입니다. 

하지만 일부 전문가에 따르면 이는 즉각적인 위협이 아닙니다.

ASIC(Application-Specific Integrated Circuits)는 이러한 공격의 효과를 줄일 수 있습니다.

적어도 가까운 미래에는 말입니다. 또한 여러 채굴자가 양자 컴퓨터에 액세스할 수 있다면 이러한 공격의 위험은 상당히 줄어듭니다.

마무리 생각

양자 컴퓨팅의 개발과 비대칭 암호화의 현재 구현에 대한 결과적인 위협은 시간 문제일 뿐인 듯합니다.

그러나 당장 우려할 문제는 아닙니다. 완전히 실현되기 전에 극복해야 할 거대한 이론적, 공학적 장애물이 있습니다.

정보 보안에 관련된 엄청난 위험 때문에 미래의 공격 벡터에 대비한 기반을 마련하는 것이 합리적입니다.

다행히도 기존 시스템에 배포할 수 있는 잠재적 솔루션에 대한 많은 연구가 진행 중입니다.

이러한 솔루션은 이론적으로 양자 컴퓨터의 위협으로부터 중요한 인프라를 미래에 보호할 것입니다.

양자 저항 표준은 잘 알려진 브라우저와 메시징 애플리케이션을 통해 엔드투엔드 암호화가 도입된 것과 같은 방식으로 더 광범위한 대중에게 배포될 수 있습니다. 이러한 표준이 확정되면 암호화폐 생태계는 비교적 쉽게 이러한 공격 벡터에 대한 가장 강력한 방어를 통합할 수 있습니다.

출처: 바이낸스 리서치

https://academy.binance.com/en/articles/quantum-computers-and-cryptocurrencies?ref=AZTKZ9XS&utm_source=BinanceTwitter&utm_medium=GlobalSocial&utm_campaign=GlobalSocial