블록체인은 암호화 기반의 보안성과 분산 네트워크를 바탕으로 빠르게 확산되고 있는 차세대 기술입니다. 하지만 이러한 블록체인의 근간을 뒤흔들 수 있는 기술이 존재합니다. 바로 ‘양자컴퓨터’입니다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 수천 년이 걸릴 계산을 단 몇 분 만에 수행할 수 있는 처리 능력을 지닌 차세대 연산 기술로, 현재의 암호화 시스템을 무력화할 수 있다는 가능성 때문에 블록체인 업계에 심각한 위협으로 인식되고 있습니다. 이 글에서는 양자컴퓨터의 원리와 블록체인에 미치는 영향, 그리고 대응 방안까지 포괄적으로 살펴보겠습니다.
양자컴퓨터란 무엇인가
양자컴퓨터는 고전 컴퓨터가 사용하는 비트(bit) 대신 ‘큐비트(qubit)’를 사용합니다. 큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 ‘중첩(Superposition)’ 상태와, 여러 큐비트 간의 ‘얽힘(Entanglement)’이라는 특성을 활용해 병렬적인 계산을 수행합니다. 이러한 양자역학적 속성 덕분에 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터에 비해 훨씬 더 빠르고 강력한 계산 능력을 발휘할 수 있습니다.
구글, IBM, 인텔 등 주요 글로벌 기업들은 이미 50~100큐비트 이상의 양자컴퓨터를 개발하고 있으며, 향후 수백 큐비트를 안정적으로 운영할 수 있는 시대가 도래하면 기존의 암호화 체계는 해킹에 노출될 수 있다는 우려가 커지고 있습니다.
특히 공개키 기반 암호 방식은 양자 알고리즘에 취약하다는 점이 지적됩니다. 대표적으로, 양자 알고리즘 중 하나인 쇼어 알고리즘(Shor’s Algorithm)은 RSA, ECDSA(타원 곡선 암호화) 등 현재 블록체인에서 사용되는 대부분의 서명 시스템을 단시간에 무력화할 수 있습니다. 이는 곧 블록체인 트랜잭션의 위변조, 사용자 키 탈취, 전체 네트워크의 신뢰성 붕괴로 이어질 수 있는 심각한 위협입니다.
양자컴퓨터가 블록체인에 미치는 잠재적 위협
블록체인은 기본적으로 해시 함수와 디지털 서명 알고리즘에 기반하여 보안성을 확보합니다. 하지만 양자컴퓨터가 실용화되면 이들 암호 기술은 크게 두 가지 방식으로 위협받을 수 있습니다.
1. 디지털 서명 해킹
블록체인 사용자들이 개인키로 트랜잭션에 서명을 하면, 해당 서명은 공개키를 통해 검증됩니다. 현재의 암호화 방식(ECDSA, RSA 등)은 고전 컴퓨터 기준에서는 복호화가 사실상 불가능한 수준의 난이도를 지니지만, 양자컴퓨터는 이 과정을 매우 빠르게 수행할 수 있습니다. 이는 사용자의 개인키를 역산해 자산을 탈취하거나, 가짜 트랜잭션을 생성할 수 있는 가능성을 열어줍니다.
2. 블록체인 네트워크 무결성 위협
양자컴퓨터가 충분히 발전하면, 과거 블록에 사용된 서명 값을 역으로 분석해 기존 트랜잭션을 위조하거나, 블록 생성 권한을 가로챌 수 있습니다. 이는 블록체인 시스템 전체의 무결성과 신뢰 기반을 흔들 수 있으며, 장기적으로는 기존 블록체인 기록 자체가 신뢰받지 못하는 상황으로 이어질 수 있습니다.
이러한 위협은 아직 단기간에 발생할 일은 아니지만, 10~20년 내에 현실화될 수 있는 ‘미래형 리스크’로 간주되고 있으며, 이에 대한 대비가 현재 활발히 논의되고 있습니다.
양자 저항성 블록체인을 위한 대응 기술
양자컴퓨터의 위협에 대응하기 위해 전 세계적으로 양자 저항성 암호(Post-Quantum Cryptography, PQC) 기술이 활발히 개발되고 있습니다. PQC는 양자컴퓨터의 계산 방식으로도 쉽게 풀리지 않는 새로운 암호화 기법을 의미합니다. 대표적인 기술들은 다음과 같습니다.
1. 해시 기반 서명(Hash-based Signatures)
기존의 전자 서명 대신, 해시 함수만을 이용한 서명 구조를 구현하는 방식입니다. 대표적으로 XMSS(Extended Merkle Signature Scheme)와 LMS(Lamport Signature)가 있으며, 양자 환경에서도 안전한 것으로 평가받고 있습니다.
2. 격자 기반 암호(Lattice-based Cryptography)
격자 문제는 양자컴퓨터로도 풀기 어려운 문제로 알려져 있으며, 이를 기반으로 한 NTRU, Ring-LWE 등의 알고리즘이 활발히 연구되고 있습니다. 속도, 키 길이, 보안성 면에서 효율적인 대안으로 주목받고 있습니다.
3. 다변수 기반 암호(Multivariate Quadratic Equations)
다항식 문제를 기반으로 한 암호 방식으로, 전통적인 알고리즘과 구조가 달라 보안성 측면에서 양자 저항성을 갖는 것으로 분석됩니다. Rainbow, UOV 등이 대표적인 예입니다.
4. 블록체인 업그레이드 및 하드포크
기존 블록체인 시스템도 향후 양자컴퓨터의 위협이 가시화되면 하드포크나 시스템 업그레이드를 통해 PQC를 적용할 수 있습니다. 이더리움, 비트코인 등 주요 프로젝트는 이미 이러한 가능성을 염두에 두고 기술적 시나리오를 준비 중입니다.
또한 미국의 국립표준기술연구소(NIST)는 PQC 표준화를 위한 알고리즘 공모를 진행하고 있으며, 2024년을 전후로 최종 표준 알고리즘 발표가 예정되어 있습니다. 이 결과는 향후 블록체인 업계의 보안 전략에 결정적인 영향을 미칠 것입니다.
결론적으로, 양자컴퓨터는 블록체인 기술에 있어 양날의 검과도 같은 존재입니다. 한편으로는 보안 위협이 될 수 있지만, 다른 한편으로는 양자암호, 양자통신, 양자 키 분배 등 새로운 보안 패러다임을 열어줄 가능성도 내포하고 있습니다. 블록체인 기술이 지속 가능하려면, 지금부터 양자컴퓨터 시대를 대비한 구조적 전환과 기술 연구가 함께 진행되어야 하며, 이는 단순한 기술 진보를 넘어 미래 디지털 사회의 신뢰 기반을 유지하기 위한 필수 과제입니다.