양자 컴퓨팅은 블록체인 보안에 어떤 영향을 미칠까요?

암호화 프로토콜에 대한 양자 컴퓨팅 위협

1. 현재 블록체인 시스템은 거래를 보호하고 디지털 자산의 소유권을 제어하기 위해 ECDSA(타원 곡선 디지털 서명 알고리즘)와 같은 암호화 알고리즘에 크게 의존합니다. 이러한 프로토콜은 이산 로그 문제를 해결하는 데 있어 계산상의 어려움으로 인해 기존 컴퓨터에 대해 안전한 것으로 간주됩니다. 그러나 Shor의 알고리즘을 활용하는 양자 컴퓨터는 이러한 수학적 문제를 기하급수적으로 더 빠르게 해결할 수 있습니다. 이 기능은 대부분의 블록체인 네트워크에서 사용되는 공개 키 암호화의 기반을 약화시킵니다.

2. 충분히 강력한 양자 컴퓨터를 사용할 수 있게 되면 거래 브로드캐스팅 중에 노출된 공개 키에서 개인 키를 파생할 수 있습니다. 많은 블록체인에서는 사용자가 거래를 시작할 때 사용자의 공개 키가 공개됩니다. 양자 기반 공격자는 이 데이터를 가로채 해당 개인 키를 리버스 엔지니어링하여 자금에 대한 무단 액세스를 가능하게 할 수 있습니다.

3. 위협은 트랜잭션 수준 악용에만 국한되지 않습니다. 스마트 계약, 다중 서명 지갑, 분산 신원 시스템도 비대칭 암호화에 의존합니다. 양자 공격은 장기 계약을 손상시키거나 허가된 네트워크 내에서 가장을 가능하게 하여 신뢰와 무결성에 대한 시스템적 침해로 이어질 수 있습니다.

4. 해시 기반 기능을 사용하는 블록체인도 완전히 면역되지는 않습니다. SHA-256과 같은 해싱 알고리즘은 2차 속도 향상만 제공하는 Grover의 알고리즘 덕분에 상대적으로 더 저항력이 있지만, 최적화된 양자 검색 방법에서는 반복적인 애플리케이션이나 약한 구현이 여전히 취약할 수 있습니다.

포스트 양자 암호화 통합 노력

1. 이러한 위협에 대응하기 위해 연구원과 블록체인 개발자는 PQC(포스트 양자 암호화)를 적극적으로 탐색하고 있습니다. 이는 고전적 공격과 양자 공격 모두에 저항하도록 설계된 암호화 체계입니다. 격자 기반, 코드 기반, 다변량 및 해시 기반 서명 체계는 블록체인 프로토콜에 통합하기 위해 테스트 중인 주요 후보 중 하나입니다.

2. 일부 블록체인 프로젝트는 이미 전통적인 ECDSA 서명과 XMSS 또는 SPHINCS+와 같은 양자 저항성 대안을 결합하는 하이브리드 모델 실험을 시작했습니다. 이러한 접근 방식을 사용하면 전환 단계에서 현재 보안 가정을 ​​희생하지 않고 점진적인 마이그레이션이 가능합니다.

3. NIST와 같은 표준화 기관은 블록체인 엔지니어가 검증되고 상호 운용 가능한 솔루션을 선택하도록 안내할 PQC 표준을 마무리하고 있습니다. 이러한 표준을 채택하면 다양한 네트워크가 호환성을 유지하면서 미래의 양자 위협에 대한 복원력을 강화할 수 있습니다.

4. 구현 과제는 여전히 중요합니다. 포스트 퀀텀 서명에는 더 큰 키 크기와 더 높은 계산 오버헤드가 필요한 경우가 많아 트랜잭션 처리량 및 스토리지 요구 사항에 영향을 미칩니다. 블록체인은 특히 노드 리소스가 제한된 분산 환경에서 보안 업그레이드와 성능 제약 사이의 균형을 맞춰야 합니다.

합의 메커니즘 및 네트워크 아키텍처에 미치는 영향

1. 암호화 외에도 양자 컴퓨팅은 합의 메커니즘에 영향을 미칠 수 있습니다. 무차별 해싱에 의존하는 작업 증명(PoW)은 채굴 기업이 사용하는 양자 어닐링 장치를 통해 효율성을 높일 수 있습니다. 양자 채굴자가 우위를 점하면 해시 파워를 집중시켜 네트워크 분산화를 방해할 수 있습니다.

2. 지분 증명(PoS) 시스템은 직접적인 양자 채굴 이점에 덜 민감하지만 키 노출과 관련된 위험에 직면합니다. 반복적으로 블록에 서명하는 검증자는 공개 키를 노출하여 취약성 창을 증가시킵니다. 네트워크는 이러한 위험을 완화하기 위해 빈번한 키 순환을 시행하거나 순방향 보안 서명 체계를 채택해야 할 수도 있습니다.

3. 양자 능력을 갖춘 행위자가 손상된 신원 또는 위조된 제안을 통해 투표 결과를 조작하는 경우 분산형 거버넌스 모델이 영향을 받을 수 있습니다. 공격 표면이 확대됨에 따라 메시지 진위성과 참가자 적법성을 보장하는 것이 중요해졌습니다.

4. 양자 저항성 체인과 레거시 체인 간의 상호 운용성은 복잡성을 야기합니다. 크로스체인 통신 프로토콜은 다양한 암호화 패러다임에 걸쳐 서명을 확인해야 하며, 다운그레이드 공격을 방지하기 위해 강력한 검증 계층과 잠재적인 중개 릴레이가 필요합니다.

자주 묻는 질문

ECDSA가 양자 공격에 취약한 이유는 무엇입니까? ECDSA는 타원 곡선 이산 로그 문제를 사용하는데, 이는 기존 컴퓨터에서는 계산이 어렵습니다. Shor의 알고리즘을 실행하는 양자 컴퓨터는 이 문제를 효율적으로 해결하여 공격자가 알려진 공개 키에서 개인 키를 계산할 수 있게 하여 보안 모델을 깨뜨릴 수 있습니다.

모든 블록체인이 양자 컴퓨팅으로 인해 똑같이 위험에 처해 있나요? 아니요. 거래 중에 주소를 자주 재사용하거나 공개 키를 노출하는 블록체인은 더 ​​높은 위험에 처해 있습니다. 지출 전까지 공개 키를 숨기는 주소 형식을 지원하는 네트워크나 이미 양자 저항성 서명을 통합한 네트워크는 초기 단계의 양자 위협을 완화하는 데 구조적 이점이 있습니다.

양자 컴퓨팅이 Bitcoin을 즉시 깨뜨릴 수 있나요? 현재는 아닙니다. 기존 양자 컴퓨터에는 Bitcoin의 암호화를 해독하는 데 필요한 규모로 Shor의 알고리즘을 실행하기에 충분한 큐비트와 오류 수정이 부족합니다. 그러나 사용된 트랜잭션의 키와 같이 알려진 공개 키에 연결된 모든 Bitcoin UTXO는 이론적으로 대규모 양자 머신이 등장하면 취약합니다.

양자 저항 원장이란 무엇입니까? 양자 저항 원장은 양자 공격으로부터 안전하게 유지되는 암호화 기본 요소를 사용합니다. 예로는 해시 기반 서명 또는 격자 암호화가 있습니다. QAN플랫폼 및 IOTA와 같은 프로젝트는 양자 암호 해독 기능에 대비하여 네트워크의 미래를 보장하기 위해 이러한 기술을 통합했습니다.