양자 이슈: 양자 컴퓨터가 당신의 비트코인을 빼앗지 않는다

세부 사항

비트코인이 존재해 온 내내, 새로운 형태의 FUD(공포, 불확실성, 의심)가 비트코인의 종말을 예측하는 데 사용되어 왔다. 그럼에도 불구하고 비트코인은 수조 달러 규모의 자산으로 성장했고, 세계 통화 질서에서 제 자리를 잡기 시작했다. 최근 몇 달간, 암호학적으로 관련성 있는 양자 컴퓨터(CRQC)가 공개 키로부터 비밀 키를 재생성하고 다른 사람의 코인을 옮기는 비트코인 거래에 서명하는 공격을 가능하게 할 것이라는 망령이 진화된 형태의 FUD로 다시 등장했다. 이것이 비트코인의 지속적 성장에 현실적인 위협인가? 한마디로, 아니다. 10년 안에 CRQC가 구축될 것이라는 증거는 없으며, 그러한 기계가 과연 언젠가 만들어질지조차 여전히 알 수 없다. 양자 위협은 여전히 FUD다.

현재까지 어떤 양자 컴퓨팅 기계도 조숙한 6세 아동의 능력을 벗어나는 계산을 수행한 적이 없다(경험적으로 확인됨). 양자 컴퓨터는 놀라운 기술이며, 현대 세계의 진정한 공상과학적 역량을 보여준다. 이 장치들은 광학 핀셋, 레이저 냉각, 초전도 플럭스 큐비트, 전자기 트랩, 희석 냉동기 등과 같은 기반 기술을 활용한다. 이 장치들 안에서 개별 큐비트는 특정 아원자 상태(각 후보 기술마다 다름)로 강제되고, 중첩 상태로 얽히며, 계산을 나타내도록 조작된 다음, 그 아원자적 특성이 읽히고 해석된다. 놀라운 사실은 이러한 장치가 존재하며, 소수의 입력에 걸쳐 의미 있는 계산을 수행하도록 조작될 수 있다는 것이다. 냉정한 현실 점검은 (한 후보 기술의 예를 들면) 어린아이가 할 수 있는 계산을 수행하려면 텍사스의 고등학교 건물 전체를 냉방할 만한 전력, 여러 시간의 준비, 그리고 추가적인 여러 시간의 후처리가 필요하다는 것이다.

무슨 생각을 하는지 안다. “하지만 양자 컴퓨팅에 엄청난 돈이 유입되고 있잖아.” 한 분야에 돈이 유입되는 것이 그 분야의 실제 기술 발전 속도와 상관관계가 있을까? 별로 그렇지 않다. 사실, 올바른 기반 기술이 개발되고 제품-시장 적합성이 확인되기 전까지는, 한 분야로의 자금 유입은 적용 가능한 기술이 개발될 가능성과 음의 상관관계를 가진다고 주장할 수 있다. 이는 NASA의 우주왕복선 프로그램과 SpaceX의 팰컨 9을 비교하면 명확히 드러난다. SpaceX는 (대체로) 알려진 과학을 가져다가 신뢰할 수 있고 저비용인 우주 접근에 대한 입증 가능한 시장 수요를 충족시키기 위해 실용화했으며, 첫 유인 임무까지의 프로그램 비용은 50억 달러 미만이었다. 우주왕복선은 첫 유인 임무에 도달하는 데 약 500억 달러가 들었다. 팰컨 9은 개발 비용이 한 자릿수나 적게 들었을 뿐만 아니라, 현재까지 완벽한 승무원 안전 기록을 보유하고 있다. 이러한 차이에는 여러 이유가 있지만, 이는 아무리 많은 돈을 쏟아부어도 준비되지 않은 기술을 실용화할 수는 없다는 것을 보여준다. 이를 양자 컴퓨팅에 적용하면: 막대한 자금이 문제 해결에 투입되면서 막대한 비용을 들인 기술 시연이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그러나 이것은 더 많은 돈이 안정적이고 오류가 적은 큐비트(팰컨 9의 신뢰성과 같은)라는 성배를 가져다줄지 여부에 대해 아무것도 말해주지 않는다. 우주왕복선 프로그램에 대한 지속적인 개발이 아무리 이루어졌더라도 팰컨 9의 저비용·고신뢰성을 결코 만들어내지 못했을 것이며, 현재의 어떤 양자 컴퓨팅 기술도 어떤 비용을 들여 지속적으로 개발한다 해도 단일 키 쌍 하나를 깨뜨릴 만큼 신뢰할 수 있게 되지 못할 가능성이 충분히 있다.

이제 여러분은 "하지만 최근의 모든 발전은 어떻습니까?"라고 생각할지도 모릅니다. 최근에 발표된 발전에 관해 염두에 두어야 할 중요한 사항이 두 가지 있습니다. 첫째, 이러한 발전 중 다수는 순수 수학에서만의 발전이었습니다. 예를 들어, 최근 Google 논문은 결과가 너무 중요해서 중요한 암호 시스템을 깨는 데 사용될 위험을 감수하기보다 이론적 양자 회로를 검열하기로 선택했습니다. 이것이 CRQC의 미래를 향한 엄청난 진전처럼 보일 수 있지만, 사실상 아무것도 바뀌지 않았습니다. 양자 하드웨어가 Falcon 9의 순간을 맞이하지 않는 한(또는 그때까지는), 검열된 회로를 실행하는 데 필요한 안정성과 규모에 근접한 장치는 전혀 존재하지 않습니다. 결코 존재하지 않을 수도 있는 장치를 위해 설계된 회로를 숨기는 것은 순전한 연극에 불과합니다. 둘째, 하드웨어 측면 자체에서 우리는 한 해 동안 발표되는 많은 새로운 결과와 진전의 조각들을 보지만, 이 중 얼마나 많은 것이 동일한 양자 컴퓨팅 후보 기술과 관련이 있습니까? 얼마나 많은 것이 이전 결과가 막다른 길로 끝난 후 단순히 다시 시작하는 것을 나타냅니까? 현실은 이러한 발전이 궁극적인 성공을 향한 어떤 선형적 경로를 나타내지 않는다는 것입니다. 그것들은 양자 연구자들이 또 다른 막다른 길에 도달하지 않고 아주 짧은 거리라도 나아갈 수 있는 경로를 찾기를 바라는 무한한 가능성 공간의 너비 우선 탐색을 나타냅니다.

양자 컴퓨팅의 미래에 대한 현실을 살펴보면, 기껏해야 불투명합니다. 유망한 기술 발전이 있습니다. 특히 제 눈에는 중성 원자 장치 분야에서 그렇습니다. 그러나 현재 알려진 어떤 가지를 따라 궁극적인 CRQC로 이어지는 길이 열려 있는지, 아니면 더 많은 재시작이 우리의 미래에 있는지 말하기에는 너무 이릅니다. 어느 시점에서 우리가 동일한 후보 기술의 많은 반복이 점진적으로 더 유능한 장치를 구현하고, 조숙한 아이도 계산할 수 없는 의미 있는 결과를 계산하는 것을 본다면, 다른 증거를 가지고 이 논의를 다시 검토할 수 있습니다.

수십 년에 걸친 양자 연구의 CRQC 개발 반복적 실패에 대한 두 가지 가능한 설명이 있습니다. 그것이 단지 어려운 문제이고 우리가 계속해서 과학과 공학을 적용하여 해결하고 있으며, 언젠가 인간 종의 독창성이 인터넷, 스마트폰, 소셜 미디어, 그리고 비트코인의 발전에서 그랬던 것처럼 승리할 가능성이 있습니다(이 중 어떤 것이 긍정적인 발전인지 결정하는 것은 독자에게 맡깁니다). 반대로, CRQC를 개발하는 것이 불가능하거나 영원히 우리의 손이 닿지 않는 곳에 남을 수도 있습니다. CRQC가 존재한다는 것이 무엇을 의미하는지 생각해 보십시오. 기계는 해결해야 할 암호 문제의 복잡성과 같은 크기의 가능성의 장을 중첩 안에 표현해야 할 것입니다. 즉, 비트코인의 secp256k1 곡선에서 타원 곡선 이산 로그의 128비트 보안을 깨려면, 양자 중첩은 128비트 숫자의 모든 가능한 값을 표현해야 할 것입니다. 고전 컴퓨팅에서 그러한 모든 값을 표현하려면 인류가 지금까지 생산한 것보다 (여러 자릿수만큼) 더 많은 컴퓨터 저장 공간이 필요할 것입니다. 양자 중첩에 아주 약간의 입자성이라도 있다면(즉, 양자 중첩이 모든 가능한 값에 걸쳐 완벽하게 연속적이지 않다면) 양자 컴퓨터는 결코 암호학적으로 관련성을 가질 수 없습니다. 중첩을 유지하는 데 필요한 에너지가 표현되는 장의 복잡성에 따라 확장된다면 양자 컴퓨터는 결코 암호학적으로 관련성을 가질 수 없습니다. 현대 양자 물리학의 이해는 이 두 가지 가능성 중 어느 것도 배제하지 않습니다.

앞서 말한 모든 것에도 불구하고, 새로운 암호 알고리즘을 향한 비트코인 개발은 계속되어야 합니다. 비트코인 암호에 대한 양자 공격이 어떤 의미로든 임박하지는 않지만, 다른 수단을 통해 또 다른 결함이 발견될 가능성은 충분히 있습니다. 우리는 특정 타원 곡선에서 약점이 발견되었다는 것을 알고 있으며, secp256k1이 다음이 될 수 있습니다. 비트코인이 오래 살아남은 이유는 시스템에 대한 공격이 그것을 강화해 왔기 때문이며, 양자 FUD 공격이 전개됨에 따라 그것은 계속 사실일 것입니다. P2MR 또는 P2TRv2, SHRINCS, SPHINCS, IBC, ML-DSA 및 더 많은 양자 이후 서명 체계의 개발은 실제 CRQC가 결코 개발되지 않더라도 궁극적으로 미래의 공격에 직면한 비트코인의 회복력을 향상시키는 결과를 가져올 것입니다.

이 기사는 Bitcoin Magazine 최신 인쇄판인 The Quantum Issue에 실린 것입니다. 전체 호에서 다루는 아이디어를 미리 살펴보는 차원에서 여기에 공유합니다.

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