양자 내성 블록체인이란?

양자 내성 블록체인은 알려진 양자 공격에 견디도록 설계된 암호를 사용하는 블록체인입니다.

양자 내성 암호를 도입하려면 블록체인이 트랜잭션을 승인하는 방식, 지갑이 키를 관리하는 방식, 노드끼리 통신하는 방식을 바꿔야 할 수 있습니다.

”양자 내성”은 무엇을 뜻할까?

“양자 내성(post-quantum)“은 양자 컴퓨터가 널리 쓰이는 공개키 암호를 깰 만큼 강력해지는 미래를 염두에 두고 설계된 보안을 가리킵니다. 여기에는 암호화폐 트랜잭션을 승인하고 안전한 인터넷 연결을 맺는 데 쓰이는 방식이 포함됩니다.

양자 내성 암호(PQC)는 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터 모두에게 계속 풀기 어려울 것으로 여겨지는 수학 문제를 이용합니다. 개발자는 지갑과 블록체인 노드를 구동하는 기기를 포함해, 오늘날의 일반 컴퓨터에서 이 알고리즘들을 사용할 수 있습니다.

그래서 “양자 내성 블록체인”이라는 표현에는 맥락이 필요합니다. 어떤 체인이 제공하는 보호를 이해하려면, 어느 부분이 양자 내성 암호를 쓰는지, 그리고 그 보호가 사람들이 이미 쓰고 있는 자산과 계정에 적용되는지를 알아야 합니다.

암호란 무엇이고, 블록체인은 이를 어떻게 사용할까?

암호는 수학적 방법으로 정보를 보호하고 그 진위를 검증합니다. 블록체인에서는 누가 트랜잭션을 승인했는지, 기록된 데이터가 바뀌었는지를 컴퓨터가 확인하도록 돕습니다.

전자서명: 트랜잭션 승인

암호화폐를 보낼 때 지갑은 개인키로 트랜잭션에 대한 전자서명을 만듭니다. 이를 검증하는 컴퓨터인 노드는 대응하는 공개키로 개인키를 알지 못한 채 그 서명을 검증합니다.

서명은 그것이 포함하는 트랜잭션 내용을 보호합니다. 일반적인 송금에서는 수신자와 금액이 여기에 해당하며, 서명된 이 내용을 바꾸면 검증이 실패합니다.

충분히 강력한 양자 컴퓨터는 공개키에서 개인키를 도출해 흔히 쓰이는 서명 방식을 위협할 수 있습니다. 그러면 공격자는 복구한 키로 트랜잭션에 서명할 수 있습니다.

키 확립과 암호화: 연결 보호

지갑이 암호화된 연결로 서비스에 접속할 때, 두 시스템은 주고받는 메시지를 보호할 공유 비밀이 필요합니다. **키 확립(key establishment)**은 공개 네트워크를 통해 그 비밀을 확립하는 과정입니다.

그다음 대칭키 암호화는 공유한 비밀 키로 메시지를 암호화하고 복호화합니다. 연결에는 키를 안전하게 확립하는 방법과 그 키를 안전하게 사용하는 방법, 두 단계가 모두 필요합니다.

이 방식들은 시스템 간 통신을 보호합니다. 공개 블록체인에 기록된 트랜잭션은 일반적으로 공개된 상태로 남습니다.

해싱: 데이터 변경 감지

해시 함수는 데이터를 해시라고 부르는 고정 길이의 값으로 바꿉니다. 입력이 조금만 바뀌어도 보통 결과가 달라집니다.

블록체인은 해시로 트랜잭션 데이터를 확인하고 블록을 그 이력에 연결합니다. 누군가 기록된 트랜잭션을 바꾸면 해시도 바뀌므로, 다른 컴퓨터가 승인된 기록과의 불일치를 감지할 수 있습니다.

해싱은 일부 양자 내성 서명 방식의 내부에서도 쓰입니다. 그 역할과 필요한 보안 수준은 블록체인이 이를 어떻게 쓰는지에 따라 달라집니다.

양자 컴퓨팅은 각 방식에 어떤 영향을 줄까?

양자의 위협은 기능마다 다릅니다. 널리 쓰이는 공개키 서명과 키 확립 방식은 교체가 필요하지만, 적절한 대칭키 암호화와 해시 함수는 계속 사용할 수 있습니다.

Google의 2026년 연구는 무엇을 바꿨을까?

2026년 3월, Google Quantum AI가 연구를 발표해, 미래의 양자 컴퓨터가 이전 추정보다 적은 자원으로 비트코인이 쓰는 타원곡선 암호를 공격할 수 있음을 시사했습니다.

연구진은 컴퓨터의 하드웨어와 오류율에 대한 특정 가정 아래 공격에 무엇이 필요한지 계산했습니다. 이들의 회로 설계는 추정되는 작업량을 줄였습니다.

양자 회로란?

양자 회로는 양자 컴퓨터가 계산을 완료하기 위해 수행하는 일련의 연산입니다. 연구자들은 이 순서를 다시 설계해 필요한 양자 비트(큐비트)나 연산의 수를 줄일 수 있습니다.

이 연구가 모델로 삼은 것은 아직 만들어져야 하는 기계입니다. 더 나은 공격 방법이 블록체인이 취약한 암호의 교체를 마치기 전에 하드웨어 요구 사항을 낮출 수 있으며, 이는 개발자가 일찍 준비를 시작해야 할 또 하나의 이유가 됩니다.

블록체인은 어떤 종류의 양자 내성 암호를 쓸 수 있을까?

블록체인 개발자에게는 취약한 서명을 교체하고 연결을 보호할 몇 가지 선택지가 있습니다. 이 선택지들은 알려진 양자 공격에 견딜 것으로 여겨지는 서로 다른 수학 문제를 이용합니다.

미국 국립표준기술연구소, 즉 NIST는 공개 검토 과정을 통해 이 알고리즘들을 평가하고, 선정된 알고리즘이 어떻게 작동해야 하는지 규정하는 표준을 발표합니다. 2024년 8월 NIST는 세 가지를 확정했습니다. 전자서명용 ML-DSA와 SLH-DSA, 공유 비밀 확립용 ML-KEM입니다.

이 표준들은 양자 내성 암호의 두 가지 접근, 즉 격자 기반과 해시 기반을 대표합니다. 세 번째 접근인 코드 기반 암호도 표준화가 진행되고 있습니다.

격자 기반 암호: 서명과 안전한 연결

격자 기반 암호는 여러 차원에서 규칙적으로 배열된 점들에 관한 수학 문제를 이용합니다. 이 알고리즘은 비밀 키를 가진 쪽이 메시지에 서명하거나 공유 비밀을 확립할 수 있게 하면서, 공격자가 공개된 정보로부터 그 키를 복구하기는 어렵게 만듭니다.

표준화된 두 알고리즘이 서로 다른 목적으로 이 접근을 사용합니다.

ML-DSA는 전자서명을 만듭니다. 블록체인은 이를 트랜잭션 승인이나 노드의 메시지 인증에 쓸 수 있습니다. Dilithium에서 발전한 ML-DSA는 FIPS 204에 규정되어 있습니다.

ML-KEM은 두 시스템 사이에 공유 비밀을 확립합니다. 그 비밀로 통신을 암호화할 키를 도출할 수 있습니다. 블록체인에서는 노드 간 보호된 연결을 맺는 일의 일부가 될 수 있습니다. Kyber에서 발전한 ML-KEM은 FIPS 203에 규정되어 있습니다.

FIPS란?

FIPS는 Federal Information Processing Standards(연방 정보 처리 표준)의 약자입니다. 번호가 붙은 각 문서가 하나의 표준을 규정합니다. 예를 들어 FIPS 204는 ML-DSA 서명 알고리즘과 허용되는 설정을 정의합니다.

해시 기반 암호: 서명에 대한 또 다른 접근

해시 기반 암호는 해시 함수를 이용해 전자서명을 구성합니다. 블록체인 데이터의 변경을 감지하는 데 도움이 되는 것과 같은 종류의 수학적 도구를 서명 방식 안에서도 쓸 수 있습니다.

SLH-DSA는 SPHINCS+에서 발전한 해시 기반 서명 표준으로, FIPS 205로 발표되었습니다. 이 방식의 보안은 해시 함수의 성질에 의존하므로, ML-DSA가 쓰는 격자 문제에 대한 대안이 됩니다.

선택에는 실용적인 절충이 따릅니다. SLH-DSA는 일반적으로 ML-DSA보다 더 큰 서명을 만들고 서명에 시간이 더 걸립니다. 그래서 잦은 트랜잭션에는 덜 적합할 수 있지만, 서명 속도가 덜 중요할 수 있는 소프트웨어 업데이트 서명 같은 용도에는 여전히 유용합니다.

더 읽어 보기: Next steps in preparing for post-quantum cryptography.

코드 기반 암호: 비밀 확립의 또 다른 대안

오류 정정 부호는 데이터가 손상되었을 때 컴퓨터가 정보를 복구하도록 돕습니다. 코드 기반 암호는 이와 관련된 수학 문제를 이용하며, 비밀 지식 없이는 원래 정보를 복구하기 어렵다는 점을 활용합니다.

HQC는 이 접근으로 공유 비밀을 확립합니다. NIST는 ML-KEM과 다른 수학에 기반한다는 이유로 이를 ML-KEM의 대안으로 표준화 대상에 선정했습니다. 두 접근을 모두 갖추면 하나의 보안 가정에 대한 의존이 줄어듭니다. NIST의 선정 발표가 이 논리를 설명합니다.

HQC의 표준은 NIST의 현재 등록부에서 아직 발표 예정이므로, 위의 확정된 표준들과 구분해야 합니다.

선택은 사용자와 노드가 메시지에 얼마나 자주 서명하는지, 노드가 이를 얼마나 빨리 검증해야 하는지, 네트워크가 얼마나 많은 데이터를 전송하고 저장할 수 있는지에 따라 달라집니다. 이런 요구 때문에 키와 서명의 크기는 결정의 중요한 부분이 됩니다.

양자 내성 서명의 확장성 과제

많은 양자 내성 서명 방식은 블록체인이 흔히 쓰는 타원곡선 방식보다 훨씬 많은 데이터를 만듭니다.

예를 들어 ML-DSA-87은 4,627바이트의 서명, 약 4.6킬로바이트를 만듭니다. 공개키는 2,592바이트가 더 필요하지만, 그 키가 모든 트랜잭션에 포함되는지는 블록체인의 설계에 달려 있습니다.

수천 건의 트랜잭션에 걸쳐 이 추가 데이터는 대역폭과 저장 공간 요구를 늘릴 수 있습니다. 체인이 같은 블록 크기 제한을 유지한다면, 트랜잭션이 커지면서 담을 수 있는 송금 수가 줄어듭니다. 체인이 트랜잭션 크기에 따라 수수료를 매긴다면 수수료도 오를 수 있습니다.

기존 블록체인은 원래 더 작은 서명을 위해 설계된 규칙과 소프트웨어 안에서 이런 변화를 수용해야 합니다. 개발자는 트랜잭션 크기 제한, 수수료 계산, 서명을 전송하고 저장하는 방식을 수정해야 할 수 있습니다.

개발자들은 이 부담을 줄이려고 증명 기반 서명 집계를 탐구하고 있습니다. 컴퓨터가 많은 서명을 검사하고, 그것들이 해당 트랜잭션과 공개키에 유효하다는 암호학적 증명을 만듭니다. 프로토콜이 이 접근을 지원하는 경우, 블록은 개별 서명 전부 대신 증명과 간결한 참조를 담을 수 있습니다. 트랜잭션 자체는 여전히 기록해야 합니다.

이더리움의 EIP-8288 초안은 많은 계산을 함께 검증할 수 있는 암호학적 증명의 일종인 STARK 증명을 사용하는 이 접근을 제안합니다. 이는 향후 업그레이드를 위한 제안입니다. 집계가 공간을 절약하는지는 증명 시스템과 합치는 서명의 수에 따라 달라집니다.

원래의 서명은 여전히 만들고 처리해야 하며, 증명을 생성하는 데도 추가 연산이 필요합니다. 따라서 개발자는 저장 공간 절감을 처리 시간과 하드웨어 요구 사항과 함께 테스트해야 합니다. 증명 시스템 자체가 양자 공격에 견디는지도 평가해야 합니다.

블록체인에서 무엇이 바뀌어야 할까?

개발자는 먼저 블록체인과 이를 지원하는 소프트웨어의 어디에서 취약한 암호를 쓰는지 파악해야 합니다. 범위는 네트워크 설계에 따라 다르지만 몇 가지 영역에 주의가 필요합니다.

트랜잭션 규칙과 지갑

블록체인은 새 서명을 인식하고 노드가 이를 어떻게 검증할지 정해야 합니다. 지갑도 해당 키를 만들고 저장하고 백업해야 합니다. 블록체인이 그 서명을 받아들이지 않는다면 지갑만 업데이트해서는 트랜잭션을 보호할 수 없습니다.

블록 합의에 쓰이는 서명

일부 네트워크에서는 검증자가 어떤 블록을 받아들일지 결정하면서 메시지에 서명해야 합니다. 이 서명은 합의(consensus)라고 불리는 네트워크의 동의 과정을 보호합니다. 취약한 암호를 쓰는 경우, 사용자가 자금을 보낼 때 만드는 서명과는 별도로 자체적인 전환이 필요합니다.

보호된 연결

노드와 서비스는 공개키 암호를 사용해 서로를 인증하고 암호화된 연결을 맺을 수 있습니다. 양자에 취약한 알고리즘에 의존하는 곳이라면 이런 통신 프로토콜을 검토해야 합니다.

증명과 기타 암호학적 검사

일부 블록체인은 트랜잭션 묶음을 검증하거나 개인 정보를 보호하기 위해 증명을 씁니다. 여기에는 트랜잭션을 처리하고 그 정확성의 증명을 기본 블록체인에 제출하는 레이어 2 네트워크인 ZK 롤업이 포함됩니다. 사용자가 양자 내성 서명을 채택하더라도 이들의 증명 시스템은 별도의 양자 안전성 평가가 필요합니다.

또 다른 곳에서는 암호학적 커밋먼트를 씁니다. 이는 시스템이 특정 데이터에 묶인 값을 공개하고, 나중에 그 데이터가 일치함을 증명할 수 있게 해 줍니다.

각 구성 요소는 개별 평가가 필요합니다. 이더리움의 양자 내성 로드맵은 계정 서명, 검증자 서명, 데이터 관련 암호에 왜 각각 별도의 작업이 필요한지 보여 줍니다.

애플리케이션과 지원 서비스

거래소, 브리지, 수탁자, 애플리케이션은 이에 의존하는 곳마다 새 트랜잭션 및 키 형식을 인식해야 합니다. 그렇지 않으면 사용자가 호환되는 지갑을 갖고 있어도 자금을 입금하거나 서비스와 상호작용하지 못할 수 있습니다.

스테이블코인 발행자도 토큰을 발행하고, 상환 시 소각을 승인하고, 토큰 컨트랙트를 관리하는 데 쓰는 키와 권한을 검토해야 합니다. 이런 통제가 취약한 서명에 의존한다면 자체 마이그레이션 계획이 필요합니다.

기존 자금과 권한

사용자는 자금을 옮기거나 계정과 스마트 컨트랙트를 제어하는 키를 교체해야 할 수 있습니다. 마이그레이션 계획은 사용자가 그 변경을 안전하게 승인하는 방법과, 이전 보호 아래에 남은 자산이 어떻게 되는지를 설명해야 합니다.

제네시스부터 양자 내성인 경우와 기존 블록체인을 개조하는 경우

블록체인의 첫 블록을 제네시스 블록이라고 합니다. 제네시스부터 양자 내성 암호를 쓰도록 설계된 네트워크는 사용자가 그 위에서 자산을 취득하기 전에 호환되는 트랜잭션 규칙, 지갑, 노드 소프트웨어를 도입할 수 있습니다. 그러면 이전 서명 키에서의 초기 마이그레이션을 피할 수 있지만, 구현에는 여전히 보안 테스트가 필요하고 앞으로 업그레이드가 필요할 수 있습니다.

기존 블록체인은 사람들이 네트워크를 계속 쓰는 동안 새 암호를 도입해야 합니다. 이미 자금을 보유하고 있다면, 업그레이드는 그 자금에 접근할 수 있는 능력을 지키고 새 보호를 채택할 안전한 방법을 제공해야 합니다.

비트코인: 누가 코인을 옮길까?

비트코인의 마이그레이션 문제는 서명 알고리즘을 고르는 일을 넘어섭니다. 참여자들은 새로운 지출 규칙을 어떻게 채택할지, 보유자가 자금을 어떻게 옮길지, 이전의 지출 방식을 무기한 계속 쓸 수 있게 둘지도 결정해야 합니다.

휴면 코인은 이런 결정을 어렵게 만듭니다. 수년간 움직이지 않은 주소는 미래를 위해 저축하는 사람의 것일 수도, 키를 잃어버린 사람의 것일 수도, 세상을 떠난 사람의 것일 수도 있습니다. 활동이 없다는 사실만으로는 어느 쪽이 맞는지 알 수 없습니다.

취약한 지출 방식을 계속 열어 두면, 충분히 강력한 양자 공격자가 노출된 공개키로 보호되는 자금을 가져갈 수 있습니다. 그 방식들을 제한하면 정당한 소유자도 새로운 복구 요건을 충족하지 않는 한 자금을 쓸 수 없게 될 수 있습니다. BIP-361 초안은 마이그레이션 절차와 레거시 서명에 대한 제한을 제안하지만, 아직 초안이며 채택되지 않았습니다.

개발자는 소프트웨어 변경을 제안할 수 있습니다. 그러나 모두가 받아들여야 할 소유권 및 복구 규칙을 네트워크 전체를 대신해 정할 수는 없습니다.

더 읽어 보기: Dr. Shai Wyborski가 말하는 비트코인의 양자 내성 마이그레이션

이더리움: 네트워크 전반의 변경 조율

이더리움 역시 지갑 서명 이상의 변경이 필요합니다. 이더리움의 양자 내성 로드맵은 사용자 계정, 검증자 서명, 블록체인 데이터를 확인하는 데 쓰이는 암호 시스템을 다룹니다.

계정 추상화는 계정이 트랜잭션 승인 방식을 직접 정의하게 해 줍니다. 이 유연성은 구현된 경우 양자 내성 서명을 포함한 대체 서명 방식을 지원할 수 있습니다.

Quantus는 양자 내성 암호를 어떻게 쓰는가

Quantus는 제네시스부터 양자 내성 암호로 출시되었습니다. 이 설계는 트랜잭션 서명, 지갑 키, 노드 간 연결을 포괄하며, 프라이빗 전송과 확장을 위한 별도의 증명 시스템이 있습니다.

백서가 아키텍처와 그 보안 가정을 설명합니다. Poseidon2는 암호학적 증명 안에서 효율적으로 쓸 수 있어 선택된 해시 함수입니다.

Wormhole의 프라이버시 보호는 입금과 그 목적지 사이의 연결에 관한 것입니다. 금액과 출금 주소는 공개된 채로 남으며, 시점이나 금액의 패턴으로 관찰자가 연결을 추론할 수 있습니다. Wormhole 문서가 이러한 한계를 설명합니다.

양자 내성 블록체인 개발의 현주소

양자 내성 지출 옵션을 아직 배포하지 않은 체인의 보유자에게는 직접적인 마이그레이션 단계가 아직 없을 수 있습니다. 진전은 네트워크가 그 옵션을 도입하고 사용을 지원하는 데 달려 있습니다.

연구, 배포된 지원, 완료된 마이그레이션은 서로 다른 단계입니다. 로드맵은 의도한 보호를 설명합니다. 현재 무엇이 자금을 보호하는지 이해하려면 네트워크가 실제로 쓰는 규칙과 암호를 살펴봐야 합니다. 로드맵과 배포된 보호 사이의 간극이 마이그레이션이 Q-Day 이전에 시작되는 이유입니다.

자주 묻는 질문

양자 내성 블록체인에 양자 컴퓨터가 필요한가요?

양자 내성 암호는 기존 컴퓨터에서 작동합니다. 개발자는 암호학적으로 의미 있는 양자 컴퓨터가 존재하기 전에도 이를 사용할 수 있습니다.

서명 방식을 바꾸는 것만으로 블록체인이 양자 내성이 될 수 있나요?

서명 변경이 다루는 것은 트랜잭션 승인입니다. 지갑, 노드 통신, 애플리케이션, 지원 서비스, 기존 자산은 여전히 이전 암호와 키 형식에 의존할 수 있습니다.

양자 내성 지갑이 기존 블록체인을 양자 안전하게 만드나요?

아니요. 지갑만으로는 기반 블록체인을 양자 안전하게 만들 수 없습니다. 블록체인이 새 암호를 받아들여야 하고, 관련 서비스가 그로 인한 트랜잭션을 지원해야 합니다.

양자 내성 블록체인과 양자 블록체인은 어떻게 다른가요?

양자 내성 블록체인은 미래의 양자 공격에 견디도록 설계된 암호를 쓰며 기존 하드웨어에서 작동합니다. 양자 블록체인은 보통 블록체인 시스템 안에서 양자 하드웨어나 양자 통신을 활용하는 실험적 제안을 가리킵니다.