양자 컴퓨터 시대의 암호화폐를 위한 새로운 전환 프로토콜
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| 이 이미지는 기존 암호화폐 블록체인에서 양자 저항성 블록체인으로의 전환을 나타내는 상징적인 이미지로, 역동적인 구도로 표현된다. 현재 블록체인은 어두운 배경에 빛나는 상호 연결된 선으로 구성된 상호 연결된 회로의 네트워크로 시각화된다. |
안전하고 부드러운 블록체인 마이그레이션 전략
암호화폐는 블록체인 기반의 공개 원장을 통해 탈중앙화된 디지털 결제 시스템을 구축해왔다. 그러나 이러한 블록체인의 보안은 전통적인 공개키 암호와 해시 함수에 의존하고 있으며, 이는 양자 컴퓨터의 발전으로 심각한 위협을 받고 있다. 이번 논문은 이러한 위기에 대응하기 위한 새로운 해결책으로, 양자 저항성 블록체인(Post-Quantum Blockchain)으로의 전환을 위한 새로운 프로토콜을 제안하고 있다.
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왜 양자 내성 블록체인이 필요한가?
현재 대부분의 암호화폐는 ECDSA나 EdDSA와 같은 이산 로그 문제 기반의 디지털 서명 알고리즘을 사용한다. 그러나 쇼어 알고리즘은 양자 컴퓨터를 통해 이러한 문제를 다항 시간 안에 풀 수 있기 때문에, 비트코인, 이더리움, 테더, 솔라나 등의 메이저 암호화폐는 양자 공격에 매우 취약하다.
게다가 그로버 알고리즘은 해시 함수 기반 공격의 속도를 제곱 수준으로 향상시켜 51% 공격 가능성을 높인다. 따라서 현행 블록체인 구조를 근본적으로 재설계할 필요성이 제기된다.
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기존 전환 프로토콜의 한계
양자 저항성 블록체인으로의 전환을 위한 기존 제안들은 두 가지 방식으로 나뉜다:
1. Stewart 등의 soft fork 방식: 커밋-지연-공개(commit-delay-reveal) 구조로 안전성은 높지만, 코인 사용을 수개월 간 제한하는 등 실용성이 떨어진다.
2. Anhao의 hard fork 방식: 즉시 전환 가능하지만, 체인 분리(blockchain splitting)의 위험이 크고, 새로운 체인의 채택률이 불확실하다.
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제안된 새로운 프로토콜: soft fork 기반의 유예 기간 전략
이번 논문에서 제안한 방식은 soft fork를 활용하여, 기존 블록체인을 혼합 체계(mixed blockchain)로 전환하고 유예 기간(grace period)을 부여하여 점진적 마이그레이션을 유도한다. 주요 개념은 다음과 같다:
* QNR 코인: 전환 이전의 양자 비저항성 코인
* QR 코인: 전환 이후의 양자 저항성 코인
전환 시점(h1) 이후 블록체인은 QNR, QR 모두 입력으로 받지만, 출력은 QR로만 생성된다. 유예 기간 종료 시점(h2) 이후에는 QR 코인만이 유효한 입력으로 인정된다. QNR 코인은 이후 사용할 수 없으며, 자동 소각(burn) 처리되어 공급량 조정에 반영된다.
예시:
* 유예 기간 내에 Alice가 QNR 코인으로 Bob에게 송금하면, Bob은 QR 코인으로 받게 된다.
* 유예 기간이 끝난 후 QNR 코인을 사용하면, 거래는 거절되며 해당 코인은 무효화된다.
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알고리즘의 완전성과 건전성 보장
제안된 프로토콜은 알고리즘 이론에서 정의된 건전성(soundness)과 완전성(completeness)을 모두 만족한다:
* 건전성: 유효한 코인만을 수락함
* 완전성: 모든 유효한 코인은 거절당하지 않음
이를 통해, 유예 기간 동안 또는 이후에도 올바른 방식으로 생성된 QR 코인은 안전하게 사용 가능하며, 잘못된 입력은 시스템이 자동으로 차단한다.
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시장 분석: 아직도 취약한 블록체인 생태계
2023년 기준, 양자 저항성 서명을 사용하는 암호화폐(IOTA, QRL, Cellframe 등)의 시가총액은 전체 암호화폐의 0.041%에 불과하다. 이는 2020년 0.330%에서 지속적으로 감소하고 있는 수치로, 시장 전반이 양자 위협을 심각하게 인식하지 못하고 있다는 경고 신호다.
반면, 비트코인, 이더리움, 테더, 솔라나 등 주요 암호화폐는 여전히 취약한 ECDSA 기반이다. 향후 양자 컴퓨터가 실용화될 경우, 암호화폐 생태계의 막대한 자산이 순식간에 위험에 빠질 수 있다.
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향후 과제 및 제언
1. 2026년까지 마이그레이션 시작 필요: 2030년 양자 컴퓨터 실용화를 가정할 경우, 3년의 여유 버퍼와 4년의 유예 기간 확보가 필요하다.
2. 지갑 내 자동 변환 도구 개발 권장: QR 주소로의 자체 송금 기능을 통해 사용자는 간단히 QNR 코인을 QR 코인으로 변환할 수 있다.
3. 비트코인 예시 기준 제시:
* soft fork 시작 블록: 945,000 (2026년 예상)
* 유예 기간 종료 블록: 1,155,000 (2030년 예상)
* 이 때까지 전환되지 않은 QNR 코인은 모두 소각
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결론: 부드러운 전환이 미래의 생존을 결정한다
양자 컴퓨터의 위협은 먼 미래의 이야기가 아니다. 기존 암호화폐가 지금 당장 대비하지 않으면, 수십억 달러의 자산이 한순간에 사라질 수 있다. 이번 논문은 실용성과 안전성을 동시에 고려한 전환 전략을 제시함으로써, 암호화폐 생태계의 생존 전략을 구체화했다. 특히, 블록체인 분열 없이 점진적이고 체계적인 마이그레이션이 가능하다는 점은 기존 방식들과의 차별점이다.
앞으로 이 전환 프로토콜은 스마트 계약, 헬스케어, IoT 등 다양한 블록체인 기반 시스템에도 확장 적용될 수 있으며, 양자 시대의 보안 인프라를 구축하는 핵심 수단이 될 것으로 기대된다.
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출처:
Almuhammadi S and Alghamdi S (2025) A novel transition protocol to post-quantum cryptocurrency blockchains. *Front. Comput. Sci.* 7:1457000.