양자컴퓨터, 비트코인 등 암호화폐를 위협하다.

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양자컴퓨터가 무엇인지에 대하여는 다른 글에서 자세하게 설명드리겠습니다.

2017년 말부터 비트코인 등 암호화폐에 대한 논란이 급증되었습니다. 이러한 논란은 사실 어제 오늘의 일이 아닙니다. 비트코인 등 암호화폐는 안전성 보장이라는 관점에서 제기된 수 많은 문제점를 견뎌왔습니다.

비트코인과 같은 암호화폐가 미래에도 안전할 것이라는 보장은 없습니다. 그 이유는 조만간 등장할 강력한 양자컴퓨터로 인하여 비트코인의 암호화 방식과 프로토콜의 변화될 것으로 보입니다.

여기서는 비트코인에 특정해서 이야기를 하고자 합니다. 미래의 화폐로 전 세계가 투자다, 투기다라면서 비트코인으로 시끄럽습니다. 비트코인은 국가의 중앙은행에서 운영하는 화폐가 아니라 탈중앙화된 가상화폐로 블록체인이라는 기술을 사용하여 누구나 안전하게 사용할 수 있는 새로운 시스템입니다. 정부의 간섭에서 자유롭고 개방된 네트워크에서 작동합니다.

비트코인이 최근 큰 인기를 얻은 이유는 기술이 가진 독립성 때문입니다. 2017년 초 1비트코인은 1,000 달러 수준였지만 2018년 1월 1일 현재의 가격은 13,300 달러로 상승하였습니다. 우라니라를 비롯하여 전 세계적으로 암호화폐에 대한 규제 정책이 발표되면서 가격의 변동성이 높아졌지만 그래도 1년 사이에 업청난 상승은 한 것은 사실입니다.

비트코인의 기술적 핵심 특징은 안전성에 있습니다. 도난과 복제를 막기위해 두 종류의 보안 기술을 사용합니다. 이 기술은 모두 깨기 어려운 암호화 기술로 소인수분해와 같이 한 방향으로는 쉽게 계산되지만 적어도 현존하는 컴퓨터로는 역방향으로 해를 구하기 어려운 알고리즘을 사용하기 때문입니다.

그러나 이런 암호화 방식으로 영원히 안전함을 담보할 수 없다는 점입니다. 컴퓨터 공학과 기술이 급속히 발전하고 있으며, 이미 IBM Q, D-Wave 등의 상용 양자컴퓨터가 출시되고 있습니다. 양자컴퓨터를 활용하면 몇가지의 암호화 알고리즘을 쉽게 풀 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 그리고 조만간 강력한 양자컴퓨터가 판매될 것입니다.

중요한 질문 - 비트코인이 양자 컴퓨터의 공격에 얼마나 안전할까

싱가폴 국립대학의 디베쉬 아가롤 등은 양자컴퓨터가 비트코인에게 미치는 영향을 연구해왔고, 결론적으로 그 영향이 심각할 수준으로 상당히 클 것이라 주장합니다.

비트코인에 대한 간단한 설명부터 시작하겠습니다. 비트코인은 정해진 시간인 약 10분 마다 모든 거래를 분산된 장부에 기록합니다. 이 거래기록을 블록이라 하며, 블록 안에는 선행 블록의 암호화된 해쉬값이 포함되어 있습니다. 이런 블록이 체인처럼 연결되기 때문에 이들은 블록체인이라고 합니다. 여기서 해쉬란 어떤 임의의 길이인 데이터를 특정한 길이의 데이터로 바꾸는 수학 함수입니다.

새롭게 만들어진 블록에는 논스(nonce)라 불리는 특정한 조건을 만족하는 숫자가 포함되어 있습니다. 논스란 다른 블록의 내용과 함께 해쉬 함수의 결과를 특정한 목표값 이하로 만들게 하는 숫자입니다. 이러한 블록 내용과 논스 값을 알고 있다면, 해당 블록의 해쉬 결과가 특정 목표값보다 작다는 사실은 쉽게 확인할 수 있습니다. 논스 값을 알아내기 위해서는 서로 다른 논스 값을 하나 하나 찾아내는 방법 밖에 없습니다.

논스 값을 찾는 과정이 소위 말하는 채굴과정입니다.

논스 값을 찾은 이들에게 보상으로 비트코인으로 지급합니다. 채굴 과정은 시간이 오랴 걸리고 컴퓨팅 파워를 필요로 하기 때문에 수많은 컴퓨터를 연결하여 작업합니다. 새롭게 만들어진 블록은 분산장부에 기록되며 다른 노드들의 확인 과정을 거쳐 블록체인에 연결됩니다. 채굴자들은 새로운 블록을 갖고 논스 값을 찾는 계산을 시작합니다. 가끔은 서로 다른 그룹이 다른 블록을 만들고, 각각에 해당하는 다른 논스 값을 찾는 경우도 있습니다. 비트코인 이런 일이 발생하면 처리하는 프로토콜로 더 긴 블록을 체인에 연결한다는 규칙을 정해 두었습니다.

그런데 이 과정이 바로 비트코인의 주요한 약점입니다. 만약 특정 그룹이 전체 채굴능력의 50% 이상을 갖는다면 항상 다른 49% 보다 더 쁘르게 채굴 할 수 있을 것입니다. 그래서 사실상 마음대로 장부를 기록할 수 있게 됩니다. 특정 거래 기록을 블록체인에 올리지 않음으로써 자신이 가진 비트코인을 두 번 사용하게 할 수 있게 한다면 비트코인 시스템은 문제가 생길 것입니다. 다른 49% 채굴자들은 이를 방지할 방법이 없습니다.

만약에 고속의 연산처리가 가능한 양자 컴퓨터로 비트코인 채굴에 활용한다면, 특정 양자 컴퓨터가 50% 이상의 채굴능력을 가질 수 있습니다. 이 양자컴퓨터로 분산원장을 원하는대로 조작하는 등 조종할 수 있게 됩니다.

아가롤은 양자컴퓨터가 채굴능력이 탁월할 것으로 예상합니다. 향후 10년 동안 양자 컴퓨터가 가질 수 있는 계산능력을 기존 컴퓨터와 비교한 결과는 많은 비트코인 채굴자들에게 희소식으로 보입니다. 아가롤은 ASIC 방식의 채굴이 향후 10년 정도는 양자 컴퓨터보다 나을 것이라고 말합니다.

“비트코인에서 사용하는 작업증명(proof of work)방식은 양자컴퓨터의 발전에 대하여 비교적 안전할 것이다”

그런데 양자컴퓨터가 위협적인 것은 이것만은 아닙니다. 비트코인의 또다 른 보안 기술은 비트코인을 소유자만이 그 비트코인을 사용할 수 있도록 한 것입니다. 이 기술은 일반적인 공개키 암호 방식을 적용하였습니다. 사용자가 개인키와 공개키 두 숫자 키를 생성하여 개인키는 자신이 가지고 공개키는 공개하는 방식입니다. 개인키를 이용해 공개키를 만들 수 있지만, 그 반대 프로세스틑 매우 어렵습니다.

비트코인은 타원곡선기반 암호화 알고리즘(Elliptic Curve Cryptography)을 이용해 사용자가 개인키를 공개하지 않아도 자신이 개인키를 가지고 있음을 확인해 줍니다. 그래서 자신이 비트코인을 소유자임을 보장해 주는 것입니다. 보안을 뚫기 위해서는 공개키를 이용해 개인키를 계산해야 합니다. 기존 컴퓨터로는 매우 어려운 일이지만, 양자컴퓨터는 상대적으로 쉽게 찾아낼 수 있습니다. 바로 이 점이 양자컴퓨터가 비트코인을 위협할 것이라는 점입니다.

“비트코인에서 사용하는 타원곡선 암호화 알고리즘은 빠르면 2027년 경 양자 컴퓨터에 의해 깨어질 수 있습니다.”

사실 양자컴퓨터는 비트코인 뿐만 아니라 이와 유사한 암호화폐 및 거의 모든 암호화 기술을 위협할 것입니다. 공개키 방식 중에는 양자컴퓨터로 깰 수 없는 것들도 있습니다. 따라서 비트코인은 은 새로운 암호화 방식을 바꿈으로써 시스템을 더 안전하게 만들 수 있습니다.