양자 컴퓨팅이 블록체인을 위협할 수 있는 방법

블록체인 기술이 새로운 혁신으로 부상하는 가운데, 암호화폐와 대체 불가능 토큰(NFT)과 같은 디지털 자산과 이를 기반으로 한 전체 탈중앙화 애플리케이션(DApps) 생태계는 양자 컴퓨팅이 제시하는 도전에 직면해 있습니다. 양자 컴퓨팅은 빠른 속도로 발전하며, 고전적 또는 이진 컴퓨터로는 해결하기에는 너무 복잡한 문제를 해결할 수 있는 컴퓨터를 만들기 위해 양자 역학의 원리를 활용합니다.

차세대 컴퓨팅 시대로 마케팅되며, 기존 컴퓨터보다 훨씬 뛰어난 성능을 보이는 슈퍼컴퓨터(고전적 컴퓨터)를 능가할 운명으로 여겨지는 양자 컴퓨터는 컴퓨팅 우위 때문에 기존 보안 규범에 의문을 제기할 잠재력을 가지고 있습니다. 매우 복잡한 문제를 해결하는 그들의 능력은 또한 블록체인의 불변성에 대한 prevailing 한 인식을 위협할 수도 있습니다.

디지털 보안 프로토콜을 불안정하게 할 잠재력을 가진 양자 컴퓨팅은 기술이 아직 초기 개발 단계에 있음에도 불구하고, 악의적인 행위자들이 암호화폐와 다양한 블록체인 애플리케이션에 대한 공격을 조직하는 데 도움이 될 수 있습니다. 

따라서 양자 컴퓨터가 얼마나 강력한지 이해하고 미래에 블록체인 기반 애플리케이션을 어떻게 위협할 수 있는지 식별하는 것이 필수적입니다. 글로벌 암호화폐 생태계가 주류 수용의 문턱에 서 있는 가운데, 개발자와 기업가들은 암호화 알고리즘과 관련하여 미지의 영역을 탐색하고 양자 컴퓨팅에서 비롯된 위협을 완화하기 위해 혁신해야 합니다.

양자 컴퓨터의 작동 원리 

양자 컴퓨터와 고전적 또는 이진 컴퓨터의 주요 차이점은 복잡한 계산에서 숫자를 표현하기 위해 상태를 사용하는 접근 방식에 있습니다. 고전적 컴퓨터는 비트를 사용하여 정보를 이진 형식(0 또는 1)으로 인코딩하는 반면, 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 '큐비트(qubits)'를 활용하여 양자 중첩과 얽힘과 같은 특성을 동시에 여러 상태를 표현하는 데 활용합니다.

0과 255 사이의 숫자를 표현하는 기본 예를 들어 보겠습니다. 고전적 컴퓨터는 이 범위 내의 모든 숫자를 표현하기 위해 8개의 비트가 필요합니다. 반면, 양자 컴퓨터는 8개의 큐비트를 사용하여 256개의 모든 숫자를 동시에 표현할 수 있습니다.

이러한 특성은 양자 컴퓨터가 수많은 조합을 고려하고 가장 진보된 슈퍼컴퓨터의 능력을 훨씬 뛰어넘는 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있게 합니다. 영하의 온도로 냉각될 때 전자 흐름에 대한 저항이 극도로 낮은 초전도 요소를 활용하는 양자 컴퓨터는 본질적으로 열, 전자기파, 심지어 공기 노출에 민감하여 최적이지 않은 환경에서 계산 손실을 초래합니다.

따라서 일상적인 사용에 적합한 양자 컴퓨터를 제작하는 데 상당한 진전이 이루어지지 않는 한, 차세대 컴퓨팅은 현재 고전적 컴퓨터의 능력과 고급 양자 컴퓨터의 능력 사이에 자리 잡을 가능성이 높습니다.

IBM은 127큐비트 프로세서를 갖춘 통합 양자 컴퓨팅 시스템인 Quantum System One을 설계했습니다. 그러나 양자 컴퓨팅이 경이로운 속도로 진행됨에 따라 1,000큐비트 양자 컴퓨터의 실현은 불가능한 것이 아닙니다.

IBM은 2023년까지 1,121큐비트 양자 컴퓨터 프로세서를 출시할 것으로 예상하며, 이는 산업 규모 응용 프로그램을 실현 가능하게 하고 세계 가장 강력한 슈퍼컴퓨터의 컴퓨팅 능력을 크게 상회하는 컴퓨팅 용량을 제공할 것으로 기대됩니다.

암호화폐는 양자 컴퓨팅 공격에 취약한가?

시장에 순수 양자 컴퓨팅 장치의 출현을 예상하며, 컴퓨팅의 임박한 물결은 고전적 및 양자 워크플로우를 결합한 양자 증강 슈퍼컴퓨터에 의해 주도될 가능성이 높습니다.

이러한 장치는 특히 2022년 11월 9일 127큐비트 이글(Eagle) 프로세서 데뷔 불과 1년 만에 433큐비트 IBM Quantum Osprey가 공개된 점을 고려할 때, 50에서 1,000큐비트 범위의 컴퓨팅 능력을 가질 수 있습니다.

현재 양자 컴퓨터의 상당한 힘과 제한된 가용성을 고려할 때, 양자 컴퓨터가 암호화폐에 실질적인 위협이 되기까지 충분한 시간이 남아 있다고 쉽게 추론할 수 있습니다.

풍부한 잠재력이 있음에도 불구하고, 오류 억제에 대한 고급 기술이 개발되고 컴퓨팅 속도가 동반 문제 없이 향상되지 않는 한 양자 우위를 달성하는 것은 여전히 어려울 것입니다.

양자 컴퓨팅이 암호화폐의 기반 암호화를 극복하는 시나리오를 탐색하더라도, 공개 키가 있는 지갑 주소를 표적으로 하여 잠금된 자금을 훔치는 저장 공격을 일으키기 위해서는 천문학적인 양의 컴퓨팅 파워가 필요합니다. 이더리움 네트워크와 같은 블록체인의 경우, 이러한 저장 공격을 실행하려면 1,000만 큐비트 이상의 컴퓨팅 파워가 필요합니다.

블록 시간 내에 거래의 제어를 탈취하기 위해 악의적인 행위자가 막대한 양자 컴퓨팅 파워를 사용하는 트랜짓 공격의 경우, 모든 노드를 표적으로 하기 때문에 규모가 훨씬 큽니다. 그럼에도 불구하고 새로운 블록이 블록체인 네트워크에 추가되기 전에 공격을 수행해야 한다는 필수 조건 때문에, 공격자들은 비트코인의 경우 몇 분, 이더리움의 경우 몇 초 만에 트랜짓 공격을 완료해야 합니다.

이러한 공격을 성공적으로 수행하기 위해 수십억 개의 큐비트 양자 컴퓨팅 파워가 필요하므로, 블록체인 개발자들은 양자 공격에 견고한 새로운 암호화 서명 알고리즘을 고안하고 구현할 충분한 시간을 확보합니다.

비트코인은 양자 컴퓨터 도난의 위험에 처해 있는가?

비트코인을 보호하는 암호화를 깨는 것은 도난을 조장하는 단일 실체가 조정하는 막대한 양의 양자 컴퓨팅 파워의 대규모 배치를 필요로 합니다.

서식스 대학교의 연구원들은 10분 이내에 비트코인 네트워크에 침투하기 위해 19억 개의 큐비트 처리 능력을 갖춘 양자 컴퓨터가 필요할 것이라고 나타냅니다. 이 상황은 해커들이 수백만 대의 양자 컴퓨터를 동원해야 함을 의미하며, 이는 가까운 미래에는 불가능해 보이는 시나리오입니다.

컴퓨팅 성능이 저하된 상태에서 공격을 실행하면 필요한 시간이 지수함수적으로 증가하여 영향을 받은 노드를 비활성화하고 네트워크를 복구할 충분한 시간을 확보할 수 있습니다. 스토리지 공격은 더 현실적으로 보일 수 있지만, 비트코인을 포함한 암호화폐는 이러한 상황에 대비하기 위해 근본적인 블록체인 프로토콜의 수정을 불가피하게 요구하게 될 것입니다.

이러한 변경이 비트코인 지갑을 미래의 공격으로부터 완전히 보호하지는 못할지라도, 새로운 암호화 알고리즘을 도입하는 것보다 이러한 변경을 구현하는 것이 명백히 더 쉽습니다. 비트코인은 현재 타인의 지갑에서 자금을 사용할 수 없도록 보장하기 위해 사용자의 개인 키, 공개 키 및 서명을 활용하는 별도의 서명 및 검증 알고리즘을 특징으로 하는 암호화 방식인 타원 곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDSA)을 사용하고 있습니다.

그럼에도 불구하고 공개 블록체인은 프로토콜 수정을 승인하기 위해 주요 사용자들 간의 합의를 요구하므로, 비트코인 프로토콜의 변경조차 예상보다 더 많은 시간이 소요될 수 있습니다. 양자 내성 소프트웨어와 암호화 솔루션의 필요성을 인지한 많은 암호화폐 프로젝트들이 이 목표를 위해 열정적으로 노력하고 있습니다.

양자 컴퓨팅이 주류로 자리 잡은 시대에 비트코인의 미래는 아마도 획기적인 암호화 알고리즘에 의해 주도되는 더 진보된 양자 내성 원장 시스템으로의 전환을 필요로 할 것입니다.

양자 컴퓨팅은 암호화폐의 종말을 의미할까요?

양자 컴퓨터는 분자 시뮬레이션을 지원하고, 에너지 효율적인 소재 및 더 강력한 의약품의 개발을 촉진하며, 촉매를 개선함으로써 다양한 산업 분야에 잠재적인 혜택을 줄 수 있는 다양한 부문을 혁신할 것입니다.

양자 컴퓨터의 근본적인 동기가 세계의 가장 난해한 문제들을 해결하는 데 있다고 하더라도, 이러한 기계들은 악의적인 주체들에 의해 공개 블록체인과 암호화폐 네트워크에 혼란을 야기하는 데 사용될 수 있습니다.

양자 컴퓨팅의 도전 속에서 블록체인의 장기적인 생존 가능성을 다루기 위해서는 다가오는 10년 내에 기술이 양자 내성 원장 시스템으로 진화해야 합니다. 이 진화는 주로 양자 컴퓨터가 향후 10~15년 이내에 암호화폐를 공격할 만큼 충분한 힘을 축적할 수 있기 때문에 필수적입니다.

가능한 해결책 중 하나는 키 크기를 확대하는 것이지만, 지속적으로 강화되는 양자 컴퓨터에 대응하기 위해 키 크기를 영구적으로 두 배로 늘리는 것이 실현 가능한지 여부는 아직 확인되지 않았습니다.

암호화에 수학적 노이즈를 통합하여 양자 컴퓨터를 혼란에 빠뜨리는 격자 기반 암호화(lattice-based cryptography)와 수학적 문제에 기반한 양자 내성 알고리즘과 같은 혁신적인 암호화 이론들이 잠재적인 해결책으로 부상하고 있습니다.

후자의 방법은 고전 컴퓨터와 양자 컴퓨터 모두를 저지하도록 설계되어 두 가지 계산 영역 모두에서 관련성과 보안을 유지합니다. 암호화폐가 구조화된 격자나 해시 기반 알고리즘을 채택하든 말든, 핵심 요소는 양자 컴퓨터의 능력을 지속적으로 앞서는 것입니다.

따라서 양자 컴퓨팅이 현재 기존 형태의 암호화폐에 직접적인 위협을 가하지는 않지만, 양자 슈퍼컴퓨터의 looming peril(임박한 위협)로부터 분산 거버넌스 구조를 보호하기 위해 일련의 수정 사항을 도입하기 위한 통합된 노력이 필요합니다.

양자 컴퓨터는 작업 증명(PoW) 채굴을 방해할까요?

비트코인을 포함한 많은 대중적인 암호화폐는 근본적인 블록체인 프로토콜의 보안을 강화하기 위해 작업 증명(PoW) 채굴에 의존합니다. PoW 방식은 네트워크 참여자(마이너라고 함)가 복잡한 수학 문제를 가장 먼저 해결하는 경쟁에 참여하여 블록체인上の 새로운 거래를 검증하도록 요구합니다. 이 계산 경쟁의 승자에게는 암호화폐(블록 보상)가 수여됩니다.

시간이 지남에 따라 양자 컴퓨터는 현대적인 채굴 장비에 비해 채굴 퍼즐 해결을 지수함수적으로 가속화하여, 양자 컴퓨팅 능력을 갖춘 자가 채굴 보상을 다량으로 축적할 수 있게 할 것입니다. 또한, 이를 통해 네트워크의 컴퓨팅 파워의 지배적인 분량을 장악하여 거래 검증 과정을 지배할 수 있는데, 이는 51% 공격으로 알려진 시나리오입니다. 

일부 연구자들은 양자 컴퓨터가 적어도 2028년까지 비트코인에 대해 51% 공격을 실행하는 것이 실현 가능하지 않을 것이라고 주장하지만, 새로운 증거들은 그러한 사건이 더 일찍 발생할 수 있음을 시사합니다.

결론

양자 컴퓨팅과 블록체인 기술의 교차점은 사이버 보안과 디지털 자산 분야에서 새로운 전장을 드러냅니다. 심오한 컴퓨팅 능력을 갖춘 양자 컴퓨터는 블록체인 기술과 암호화폐에 대해 전례 없는 동맹이자 잠재적 적대자로 작용합니다. 양자 컴퓨터는 다양한 분야의 가장 복잡한 문제들 중 일부를 해결할 잠재력을 지니고 있지만, 현재 안전한 암호화 시스템을 침해할 수 있는 능력은 부인할 수 없습니다. 

따라서 양자 우위 시대에 블록체인과 암호화폐의 생존은 양자 기계의 강력한 능력에 견딜 수 있는 암호화 알고리즘과 보안 메커니즘의 능동적 진화에 달려 있습니다. 다가오는 10년은 개발자, 암호학자 및 업계 이해관계자들이 혁신하고, 적응하며, 양자 컴퓨팅과 얽힌 미래에서 암호화폐와 블록체인 기술의 지속 가능한 생존 가능성과 보안을 보장하기 위해 emerging quantum threats(새롭게 부상하는 양자 위협)로부터 분산 디지털 자산을 보호하기 위해 진지하고 집단적인 노력을 기울여야 합니다.