피델리티, 비트코인 개인 키에 향후 양자 위협이 닥칠 수 있다고 경고

피델리티, 비트코인의 양자 취약성 분석

9월 1일 발표된 피델리티 디지털 애셋(Fidelity Digital Assets)의 분석에 따르면, 비트코인의 개인 키 보호 체계는 향후 교체되거나 보완이 필요할 수 있다. 현재 암호학적으로 유의미한 양자 컴퓨터(CRQC)는 존재하지 않지만, 충분한 성능을 갖춘 시스템이 등장할 경우 거래 승인을 보장하는 수학적 가정을 무너뜨려 자금을 위험에 빠뜨릴 수 있다.

피델리티 디지털 애셋 리서치는 거래 처리량을 향후 비트코인 보안 업그레이드의 핵심 제약 요인으로 지목했다:

"비트코인의 거래 처리량을 유지하기 위해 키 크기를 최소화하는 것은 여전히 주요 관심사이지만, 현재 멤풀이 거의 비어 있는 상황을 고려할 때 그 영향은 그리 크지 않을 수 있다."

개인 키를 통해 비트코인 소유자는 중개자에 의존하지 않고도 거래를 승인할 수 있습니다. 지갑은 개인 키를 사용하여 비밀 키를 공개하지 않으면서도 소유권을 증명하는 디지털 서명을 생성합니다. 개인 키, 공개 키, 거래 서명 간의 이러한 관계는 비트코인 소유권과 자가 관리의 토대를 형성합니다.

비트코인의 현재 서명 방식, 미래의 위협에 직면

대부분의 표준 비트코인 거래는 타원곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDS) 또는 슈노르(Schnorr) 서명을 사용합니다. 슈노르 서명은 탭루트(Taproot)를 통해 도입되었으며, 비트코인 개선 제안(BIP) 340은 슈노르 서명을 명시하고, BIP 341은 탭루트의 지출 규칙을 정립했습니다. BIP 341은 2021년 업그레이드가 활성화되기 전인 2020년 1월에 지정되었습니다. 두 방식 모두 고전 컴퓨터로 타원 곡선 이산 대수 문제를 해결하는 것이 어렵다는 점에 의존합니다.

쇼어(Shor) 알고리즘을 실행하는 충분히 강력한 양자 컴퓨터라면 이 문제를 해결하고, 해당 공개 키로부터 개인 키를 도출해 낼 수 있습니다. 연구 결과 타원 곡선 암호 체계를 공격하는 데 필요한 자원 추정치가 일부 하향 조정되면서, 비트코인의 양자 보안에 대한 논의가 더욱 주목받고 있습니다. 다만, 기존의 양자 시스템은 아직 암호학적으로 유의미한 수준에는 훨씬 미치지 못하고 있습니다.

SHRINCS: 효율성과 복구 경로의 결합

연구자들은 타원곡선 암호학 대신 해시 함수를 기반으로 하는 양자 저항성 서명 시스템을 평가하고 있다. SHRINCS 초안 사양은 간결한 상태 기반 서명 경로와 더 큰 규모의 상태 비기반 대체 경로를 결합합니다. 현재 설계에 따르면 48바이트의 공개 키, 548~4,619바이트 범위의 상태 기반 서명, 그리고 5,777바이트의 상태 비기반 서명이 지정되어 있습니다.

상태 기반 경로를 사용하려면 서명 장치가 이미 사용된 일회용 서명 키를 추적해야 합니다. 상태가 손실되거나 손상되면 지갑이 해당 경로를 통해 안전하게 진행을 이어갈 수 없게 되며, SHRINCS의 대체 경로는 2024년 8월 13일에 발표된 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 SLH-DSA 표준에 기반한 알고리즘을 활용합니다. 상태 비저장 방식은 접근성을 유지하지만 블록 공간을 훨씬 더 많이 차지합니다. 피델리티 디지털 애셋 리서치(Fidelity Digital Assets Research)는 미래의 양자 저항성 비트코인 업그레이드가 다양한 보안 요구 사항을 어떻게 수용할 수 있을지 다음과 같이 설명했습니다:

"SHRINCS는 최근 공식화된 BIP로서 향후 나아갈 수 있는 한 가지 잠재적 경로를 제시합니다. 그러나 비트코인의 기술적 제약과 더 큰 양자 저항성 서명과 관련된 비효율성을 고려할 때, 향후 해결책은 비트코인의 현재 상태와 유사할 가능성이 높습니다."

서명 크기가 커지면 비트코인의 처리 용량이 감소할 것

비트코인의 기존 서명은 주요 양자 저항형 대안들보다 훨씬 작기 때문에, 미래의 보안과 네트워크 용량 사이에 직접적인 상충 관계가 발생합니다. 서명 크기가 커지면 블록 공간을 더 많이 차지하게 되고, 네트워크 혼잡 시 거래 비용이 상승하며, 채굴자가 확인할 수 있는 거래 건수가 제한될 수 있습니다. 다른 평가 결과에 따르면 일부 양자 안전 서명 시스템은 거래 데이터 크기를 급격히 증가시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. SHRINCS나 다른 양자 저항성 시스템을 구현하려면, 잠재적으로 하위 호환성을 갖춘 소프트 포크를 통해 새로운 합의 규칙이 필요할 것입니다. 지갑 제공업체, 채굴자, 노드 운영자, 거래소 및 수탁업체 역시 이러한 전환을 지원해야 할 것입니다. 피델리티는 지난 7월 다른 8개의 금융 및 암호화폐 기업과 함께 양자 저항성 연구를 포함하는 1,500만 달러 규모의 비트코인 보안 이니셔티브에 자금을 지원했습니다.