지난 몇십 년 동안 우리는 계산 속도와 성능에서 거의 상상할 수 없는 발전을 목격했습니다. 오늘날의 시계는 1984년 부모님이 사주신 첫 번째 매킨토시보다 더 강력한 컴퓨터입니다(저는 정말 운이 좋았습니다). 오늘날 가장 약하고 가벼운 노트북은 제가 대학 시절 프로그래밍하던 컴퓨터보다 더 강력합니다. 64킬로바이트의 RAM을 가진 컴퓨터 시절을 기억하시나요? 이제 우리는 기가바이트로 계산하고, 곧 테라바이트로 넘어갑니다.
네, 제가 나이가 많다는 걸 압니다(하지만 최소한 펀치 카드와 진공관에 대해 회상하고 있지는 않습니다), 하지만 그게 핵심이 아닙니다. 핵심은 이러한 극도로 빠른 계산 능력의 발전이 어디에서 왔는지를 이해하는 것입니다.
그 답은 무어의 법칙(칩의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배로 증가한다는 법칙, 그러나 현재는 이 속도가 느려졌습니다)과 칩 제조업체의 많은 아키텍처 개선 및 최적화의 조합입니다. 그럼에도 불구하고 오늘날 가장 강력한 컴퓨터가 작동하는 기본 방식은 1970년대와 1980년대와 동일합니다. 따라서 개선이 빠르고 인상적이지만, 모두 같은 경기장에서 이루어지고 있습니다.
양자 컴퓨팅의 등장
양자 컴퓨팅은 완전히 다른 게임입니다. 양자 컴퓨터는 근본적으로 다른 방식으로 작동하며, 고전 컴퓨터가 수백 년 동안 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있습니다. 다시 말해, 양자 컴퓨터는 고전 컴퓨팅의 동일한 규칙을 따르지 않으며, 그들만의 리그에 있습니다. 이는 양자 컴퓨터가 모든 계산적으로 어려운 문제를 해결할 수 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 그러나 양자 컴퓨터가 비범한 속도로 해결할 수 있는 문제들이 있습니다.
이 문제들 중 일부는 현대 암호학의 많은 부분과 밀접하게 관련되어 있으며, RSA 암호 시스템의 핵심에 있는 숫자 인수 분해 문제와 디피-헬만, ECDSA, EdDSA 및 기타 암호 시스템의 핵심에 있는 이산 로그 문제를 포함합니다(암호화폐와 블록체인에서 사용됨).
여전히 답이 없는 큰 질문은, 이러한 양자 컴퓨터가 실제로 만들어질 것인가 하는 것입니다. 이것은 여전히 “만약”이지 “언제”가 아닙니다. 소형 양자 컴퓨터가 만들어졌다는 사실은 암호를 깨기 위해 필요한 규모와 정확도의 양자 컴퓨터가 만들어질 것이라는 것을 의미하지 않습니다. 극복해야 할 문제는 상당합니다. 제가 성공할 것이라고 생각하지 않는다고 말하는 것은 아닙니다; 단지 그것이 확실하지 않다고 말하는 것입니다.
다음 큰 질문은: 언제 RSA 또는 ECDSA를 깨기에 충분한 강력한 컴퓨터가 만들어질까요? 아니면 더 관련성이 있는 질문은 — 우리가 이 가능성에 대해 언제부터 걱정해야 할까요? 개인적으로 저는 이것이 몇 년 후일 것이라고 믿습니다(최소한 10년이라고 말하겠지만, 최소한 20년 정도 걸릴 것이라고 생각합니다).
구글과 양자 우위
최근 구글의 과학자들은 그들이 믿는 최초의 양자 우위 시연을 발표했습니다. 이는 양자 컴퓨터가 이제 고전 컴퓨터보다 더 빠르다는 의미로 널리 이해되었습니다. 만약 그렇다면, 현대 암호학은 제가 위에서 예측한 시간보다 훨씬 빨리 깨질 수 있습니다.
그러나 구글 과학자들의 이 주장은 맥락에서 이해되어야 합니다. “양자 우위”는 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 단 한 가지 작업을 더 빠르게 수행할 수 있을 때를 의미하는 학술 커뮤니티에서 사용되는 기술 용어입니다. 그러나 이는 우리가 “우위”라는 말을 들을 때 생각하는 것과는 다르며, 암호학 및 기타 응용 분야와도 관련이 없습니다. 특히, 우리가 정말로 알고 싶은 것은 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 어려운 중요한 문제를 더 빠르게 해결할 수 있는 시점과 양자 컴퓨터가 암호를 깨는 시점입니다.
양자 우위가 실제로 입증되었는지는 절대적으로 명확하지 않습니다(IBM의 반응 참조). 그러나 어떤 경우에도 이 양자 계산은 암호학, 블록체인 및 암호화폐에 전혀 영향을 미치지 않습니다.
암호 민첩성의 필요성
그렇다면 이것이 우리 커뮤니티에 구체적으로 의미하는 바는 무엇일까요? 첫째, 우리는 암호학 세계가 어떤 상황에도 대비하고 있다는 사실에 안심해야 합니다. 특히, 우리는 이미 양자 이후 안전한 공개 키 암호화 및 디지털 서명 체계에 대한 좋은 후보를 가지고 있으며, NIST는 현재 표준화 작업을 진행 중입니다. 따라서 양자 컴퓨터가 우리의 암호 인프라를 위협하는 현실에 가까워지더라도 우리는 놀라지 않고 준비가 되어 있을 것입니다.
그러나 이것이 우리가 사용하는 실제 제품과 소프트웨어가 양자 이후 시대에 준비되어 있다는 것을 의미하지는 않으며, 이는 종종 정말 어려운 문제입니다. 이 문제의 해결책은 암호 민첩성이라고 하며, 이는 기존 배포 시스템에서 암호 시스템을 교체하는 용이성(또는 그 부족)과 관련이 있습니다.
가치 제안
암호 민첩성에는 두 가지 주요 측면이 있습니다. 첫 번째는 코드 변경이 얼마나 쉽게 이루어질 수 있는지, 즉 한 암호 시스템이 다른 시스템으로 교체될 수 있는지입니다. 암호 시스템의 특정 구조에 의존할수록 교체가 더 어려워집니다. 두 번째는 이러한 변경을 하면서 이전 호환성을 유지하고, 새로운 버전과 이전 버전이 동시에 작동할 때 발생할 수 있는 새로운 취약점을 도입하지 않는 방법입니다.
이들은 (보안) 소프트웨어 공학 고려 사항이며, 일반적인 정답은 없습니다. 그러나 소프트웨어 팀에게 그들의 암호를 교체하는 데 드는 비용이 얼마인지 묻는 것은 정말 중요한 첫 걸음입니다.
암호 민첩성이 높아지는 좋은 점은, 양자 컴퓨팅이 암호학에 위협이 되는 일이 결코 발생하지 않더라도 여전히 좋은 투자라는 것입니다. 암호 시스템, 키 크기, 작동 모드 등이 시간이 지남에 따라 변화합니다. 이는 삶의 사실이며 변하지 않을 것입니다. 더 많은 암호 민첩성을 갖추면 이러한 변화에 더 빠르게 대응하고, 새로운 암호가 도입될 때 시장에서 앞서 나갈 수 있습니다(고전 보안 시스템이든 암호화폐와 블록체인이든). 이는 항상 좋은 일입니다!
이 글은 예후다 린델 교수의 기고입니다. 표현된 견해는 그의 개인적인 것이며, Bitcoin Magazine 또는 BTC Inc.의 견해를 반드시 반영하지는 않습니다.
