양자 컴퓨터는 엄청난 계산 능력을 가지고 있으며, 기존 컴퓨터를 훨씬 능가하는 속도로 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 일부 전문가들은 양자 컴퓨터가 단 몇 분 만에 현재의 암호화 알고리즘을 해독할 수 있는 반면, 가장 빠른 고전적 컴퓨터는 수천 년이 걸릴 것이라고 추정합니다. 결과적으로 비트코인과 같은 암호화폐가 사용하는 암호화 메커니즘을 포함한 많은 기존 디지털 보안 인프라가 위험에 처할 수 있습니다.
이 글에서는 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터의 차이점을 살펴보고, 양자 컴퓨팅이 암호화폐와 디지털 인프라에 미치는 위험을 분석합니다.
비대칭 암호화 및 인터넷 보안
비대칭 암호화는 "공개 키 암호화"라고도 하며, 암호화폐 생태계와 대부분의 인터넷 인프라의 중요한 구성 요소입니다. 이 암호화 방법은 정보를 암호화하고 복호화하기 위한 한 쌍의 키, 즉 암호화를 위한 공개 키와 복호화를 위한 개인 키를 사용합니다. 반면 대칭 암호화는 데이터 암호화와 복호화에 모두 단일 키를 사용합니다.
공개 키는 공개적으로 공유될 수 있는 반면, 공개 키로 암호화된 정보는 해당 개인 키로만 해독할 수 있으므로 정보는 지정된 수신자에게만 표시됩니다.
비대칭 암호화의 주요 장점은 키를 공유할 필요 없이 안전하지 않은 채널을 통해 정보를 교환할 수 있다는 것입니다. 이 메커니즘이 없다면 인터넷의 기본적인 정보 보안을 달성할 수 없습니다. 예를 들어 신뢰할 수 없는 당사자는 정보를 안전하게 암호화할 수 없으므로 이러한 기반을 기반으로 하는 온라인 뱅킹 개념이 거의 불가능합니다.
비대칭 암호화의 보안은 부분적으로 전제에 의존합니다. 키 쌍을 생성하는 알고리즘은 공개 키에서 개인 키를 유도하는 것을 상당히 어렵게 만드는 반면, 개인 키에서 공개 키를 유도하는 것은 비교적 간단합니다. 이를 수학적으로 "트랩도어 함수"라고 하며, 전방 계산은 쉽지만 역방향 계산은 어렵습니다.
현재 대부분의 최신 키 생성 알고리즘은 알려진 수학적 트랩도어 함수를 기반으로 합니다. 이러한 트랩도어 함수를 해독하려면 일반적으로 엄청난 계산 리소스와 시간이 필요합니다. 오늘날 가장 강력한 고전적 컴퓨터조차도 이러한 계산을 수행하는 데 상당한 시간이 걸립니다.
하지만 양자 컴퓨터가 성공적으로 개발된다면 상황은 극적으로 바뀔 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 왜 그렇게 강력한지 이해하려면 먼저 고전적 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 이해해야 합니다.
클래식 컴퓨터
우리가 잘 알고 있는 컴퓨터는 "고전적 컴퓨터"라고 합니다. 고전적 컴퓨터의 연산은 순차적으로 수행되므로 현재 연산 작업이 완료될 때까지 다음 연산 작업을 시작할 수 없습니다. 이는 고전적 컴퓨터 메모리가 물리 법칙을 따라야 하기 때문입니다. 물리 법칙에서는 상태가 0 또는 1(즉, 꺼짐 또는 켜짐)만 가능합니다.
다양한 하드웨어 및 소프트웨어 방법을 통해 고전적 컴퓨터는 복잡한 계산 작업을 분해하여 효율성을 높일 수 있습니다. 그러나 근본적으로 그들의 작업은 단계적으로 유지됩니다.
예를 들어, 클래식 컴퓨터가 비밀번호를 해독하려고 할 때, 가능한 모든 조합을 하나씩 시도해야 합니다. 가능한 키가 16개 있다고 가정하면, 컴퓨터는 마치 16개의 키를 사용하여 자물쇠를 여는 사람처럼 동작하며, 한 번에 한 키씩 시도합니다. 첫 번째 키가 작동하지 않으면 컴퓨터는 올바른 키를 찾을 때까지 다음 키로 계속 진행합니다.
비밀번호의 길이가 길어질수록 조합의 수는 기하급수적으로 늘어납니다. 예를 들어 키 길이가 5자로 늘어나면 가능한 조합은 32개가 되고, 6자로 늘어나면 64개가 되고, 256 비츠(Bits) 에 도달하면 조합의 수는 관측 가능한 우주의 원자 수에 가까워집니다.
그러나 고전적 컴퓨터의 속도는 선형적으로만 증가할 수 있습니다. 계산 속도가 두 배가 되더라도 주어진 시간 프레임에서 시도 횟수는 두 배로만 증가할 수 있으며, 이 선형적 성장은 조합 횟수의 기하급수적 증가를 따라갈 수 없습니다.
고전적 컴퓨터 시스템이 55 비트(Bit) 키를 해독하려면 수천 년이 걸릴 것으로 추정됩니다. 참고로 비트코인은 최소 128 비트(Bit) 니모닉 구문을 사용할 것을 권장하며, 많은 지갑은 256 비츠(Bits) 요구하기도 합니다.
따라서 현재의 고전적 컴퓨터는 암호화폐와 인터넷 인프라에 사용되는 비대칭 암호화에 위협이 되지 않습니다.
양자 컴퓨터
급속히 발전하고 있는 컴퓨터 기술로 널리 주목을 받고 있는 것이 양자 컴퓨팅입니다. 이 기술이 성숙해짐에 따라 앞서 언급한 암호화 문제를 쉽게 해독할 수 있게 될 것입니다. 양자 컴퓨터는 양자 역학의 기본 원리에 기반을 두고 있으며 아원자 입자의 행동에 초점을 맞춥니다.
고전적 컴퓨터에서 정보는 "비츠(Bits)"로 표현되며, 비트는 0 또는 1 중 하나의 상태만 될 수 있습니다. 반면 양자 컴퓨터는 "큐비트"를 기본 정보 단위로 사용합니다. 비츠(Bits) 와 유사하게 큐비트도 0 또는 1이 될 수 있지만, 양자 역학의 속성으로 인해 큐비트는 두 상태가 동시에 중첩되어 존재할 수 있습니다.
따라서 많은 대학과 민간 기업이 양자 컴퓨팅 연구에 적극적으로 시간과 자원을 투자하여 이 분야의 복잡한 이론적이고 실제적인 공학적 문제를 해결하고 기술의 경계를 넓히는 것을 목표로 하고 있습니다.
그러나 양자 컴퓨터는 "부작용"도 가져온다. 양자 컴퓨터의 운영 능력은 비대칭 암호화의 기본 알고리즘을 쉽게 깨뜨릴 수 있으며, 이는 이러한 유형의 암호화에 의존하는 모든 시스템에 근본적인 위협을 초래할 수 있다.
4 비트(Bit) 키를 해독하는 이전의 예로 돌아가서, 이론적으로 4큐비트 양자 컴퓨터는 16가지 조합을 모두 동시에 시도하여 단일 작업으로 복호화를 완료할 수 있습니다. 이 시나리오에서 올바른 키를 찾을 확률은 100%입니다.
포스트 양자 암호학
양자 컴퓨팅 기술은 모든 시스템(암호화폐 포함)이 취약하다는 점에서 현대 디지털 인프라의 암호화 방어에 심각한 문제를 제기합니다.
전 세계 개인, 정부 및 다국적 기업의 보안, 운영 및 통신이 영향을 받을 것입니다. 이에 대응하여 다양한 연구 개발 기관과 전문가가 적극적으로 조사를 수행하고 솔루션을 개발하고 있습니다. 양자 컴퓨터 공격을 견뎌내도록 설계된 암호화 알고리즘을 "포스트 양자 암호화 알고리즘"이라고 합니다.
근본적으로 키 길이를 늘리면 대칭 암호화 기술을 사용하여 양자 컴퓨터가 키를 해독할 위험을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 비대칭 암호화가 점차 대칭 암호화를 대체하여 공개 채널을 통해 키를 안전하게 공유하고 있지만, 양자 컴퓨팅의 발전으로 후자에 대한 관심이 다시 높아질 수 있습니다.
양자 암호화를 사용하면 공개 채널을 통한 키 공유를 둘러싼 보안 문제가 해결될 수 있습니다. 도청 방지 분야에서는 이미 어느 정도 진전이 있었습니다. 양자 컴퓨팅의 원리를 활용하면 공개 채널에서 도청자를 감지하여 공유 대칭 키가 제3자에 의해 방해를 받거나 변조되었는지 확인할 수 있습니다.
또한 연구자들은 해시 함수를 사용하여 대규모 메시지를 생성하고 격자 암호화를 포함하여 양자 공격에 대응하는 다른 방법을 모색하고 있습니다. 이러한 연구의 목표는 양자 컴퓨터가 깨기 어려운 암호화 유형을 식별하는 것입니다.
양자 컴퓨터와 비트코인 채굴
비트코인 채굴 도 암호화 메커니즘에 의존합니다. 채굴자 블록 보상을 얻기 위해 암호화 퍼즐을 풀기 위해 경쟁합니다. 만약 채굴자가 양자 컴퓨터를 사용한다면, 그들은 잠재적으로 전체 네트워크를 지배하여 분산된 특성을 훼손하고 51% 공격 에 취약하게 만들 수 있습니다.
그러나 일부 전문가들은 이 위협이 임박하지 않다고 믿습니다. ASIC(Application-Specific Integrated Circuits)는 적어도 가까운 미래에는 이러한 공격의 영향을 어느 정도 완화할 수 있습니다. 게다가 여러 채굴자 동시에 양자 컴퓨터를 사용한다면 공격 위험이 상당히 줄어들 것입니다.
결론
양자 컴퓨터가 계속 발전함에 따라 비대칭 암호화가 상당한 어려움에 직면하는 것은 시간 문제일 뿐인 듯합니다. 그러나 이 분야의 많은 이론적, 공학적 문제가 해결되지 않은 채 남아 있으므로 지나치게 걱정할 필요는 없습니다.
정보 보안은 엄청난 위협에 직면할 준비가 되어 있으며, 잠재적인 미래 공격에 대비하기 위한 사전 대책이 필요합니다. 다행히도 많은 전문가들이 기존 시스템에 대한 대책을 구현하는 방법을 연구하고 있습니다. 이론적으로 이러한 전략은 양자 컴퓨터가 제기하는 위협으로부터 중요한 인프라를 보호하는 데 도움이 될 것입니다.
엔드투엔드 암호화가 인기 있는 브라우저와 메시징 애플리케이션에서 널리 채택된 것처럼, 포스트 퀀텀 표준도 퍼블릭 도메인에 광범위하게 배포될 수 있습니다. 이러한 표준이 성숙되면 암호화폐 생태계는 외부 공격에 대한 강력한 방어를 비교적 쉽게 통합할 수 있을 것입니다.
위험 경고
암호화폐 시장은 상당한 성장 잠재력과 혁신 기회를 제공하지만, 높은 수준의 시장 위험과 가격 변동성도 수반합니다. 암호화폐 자산의 가치는 숏 내에 극적으로 변동할 수 있으며, 잠재적으로 투자자에게 상당한 재정적 손실을 초래할 수 있습니다. 또한, 암호화폐 시장은 기술적 위험, 법적 및 규제적 불확실성, 사이버 보안 위협, 시장 조작을 포함한 여러 위험 요소에 직면해 있습니다. 사용자는 투자 결정을 내리기 전에 철저한 조사와 실사를 수행하고 전문 재무 고문과 상의할 것을 강력히 권고합니다. 모든 투자 결정은 사용자의 책임 하에 이루어집니다. Venkate에 대한 신뢰와 지원에 감사드립니다!
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