구글, 경고 발표: 양자 컴퓨터가 2029년 이전에 비트코인 암호화를 해독할 수도 있다

구글 연구원들은 2029년까지 양자 컴퓨터가 주류 블록체인의 보안 체계를 뚫을 수 있을 것이라고 지적했다. 현재 최대 690만 개의 비트코인이 공개 키가 노출된 상태라, 언제든지 양자 연산 능력에 의해 해킹당할 위험이 있다.

양자 컴퓨팅에 대한 투자는 일반적으로 미래에 대한 베팅으로 여겨진다. 향후 몇 년 내에 대규모 고성능 양자 시스템이 등장할 것으로 예상되며, 이는 파괴적인 잠재력을 가져올 뿐만 아니라 새로운 위험도 동반할 것이다. 구글은 너무 일찍 안심하지 말라고 당부했다.

알파벳(Alphabet)의 자회사인 구글은 자체 양자 컴퓨팅 야망을 실현하기 위해 전력을 다하고 있다. 구글의 '윌로우(Willow)' 칩은 2024년 말 전 세계적인 양자 열풍을 일으켜 이 신흥 기술을 완전히 주목받는 분야로 끌어올린 것으로 평가된다.

이제 구글 연구진은 "Q-Day"(즉, 양자 컴퓨터가 전 세계 방대한 데이터를 보호하는 암호화 기술을 해독할 수 있게 되는 순간)가 먼 미래의 위협이 아니라고 지적하는 백서를 발표했다. 게다가 회사는 구체적인 연도를 명시하며, 대중이 그 해 이전에 이 사건에 대비할 것을 촉구했다.

이 논문은 이번 주 코넬 대학교의 arXiv 플랫폼에 업로드되었으며, 특히 암호화폐에 초점을 맞추고 있다. 암호화폐 거래는 두 개의 키, 즉 개인 키와 공개 키에 의존한다. 개인 키는 거대하고 무작위적이며 비밀로 유지되는 숫자로, 이를 통해 사용자는 자신의 자금을 관리하고 접근할 수 있다. 이에 대응하는 공개 키는 공개적으로 공유되며, 암호화폐를 수신하는 데 사용됩니다.

비트코인을 비롯한 수많은 암호화폐의 보안은 타원 곡선 암호학이라는 기술에 의존합니다. 이 기술의 기본 가정은 기존 컴퓨터로는 공개 키로부터 개인 키를 역추론할 수 없다는 것입니다. 이는 타당한 주장입니다. 실제로 기존 컴퓨터로는 실현 가능한 시간 내에 이를 해낼 수 없습니다.

하지만 양자 컴퓨터는 다릅니다. Barron's가 이전에 보도한 바와 같이, 미래의 기계는 '쇼어 알고리즘(Shor algorithm)'이라 불리는 양자 알고리즘을 실행할 수 있을 것이며, 이 알고리즘은 큰 수를 소인수로 분해할 수 있습니다.

이 논문은 '지출 시 공격(on-spend attack)'이라 불리는 쇼어 알고리즘의 특정 사용 사례를 강조합니다. 비트코인을 전송할 때, 거래가 메모리 풀에 들어가 확인을 기다리는 동안 사용자의 공개 키가 네트워크에 잠시 노출된다. 이 과정은 약 10분이 소요된다.

연구진은 '고속 클럭' 양자 컴퓨터(또는 특정 양자 아키텍처를 사용하는 컴퓨터)에서 최적화된 쇼어 알고리즘을 실행하면, 불과 9~12분 만에 해당 공개 키로부터 개인 키를 도출할 수 있음을 발견했다.

핵심은 연구진이 초전도 양자 컴퓨터에서 비트코이와 대부분의 주요 암호화폐를 보호하는 타원 곡선 암호학을 해독하는 데 필요한 물리적 큐비트가 50만 개 미만일 것으로 추정했다는 점입니다. 이는 이전 추정치보다 약 20배 감소한 수치입니다.

연구진은 공개 키가 노출된 주소에 최대 690만 개의 비트코인이 보관되어 있다고 지적했다. 이러한 키가 이미 공개된 상태이므로, 양자 시스템은 10분이라는 시간적 제약에 구애받지 않고 언제든지 쇼어 알고리즘을 사용하여 해당 지갑에 침입할 수 있다.

이 논문의 공동 저자 중 한 명인 저스틴 드레이크(Justin Drake)는 소셜 미디어를 통해 2032년 이전에 'Q-데이'가 도래할 것이라는 확신이 "크게 높아졌다"고 밝혔다. 드레이크는 그해까지 양자 시스템이 노출된 공개 키로부터 개인 키를 복구할 확률이 최소 10%에 달할 것으로 예상했다.

드레이크는 “관련 논의의 흐름이 바뀌어 포스트 양자 암호학 연구 개발에 대한 투자가 더욱 촉진될 것으로 예상한다”고 썼다. 비록 자신이 “양자 전문가”는 아니며, 아직 동료 심사를 거치지 않은 이 결과들이 “적절히 검증”되기까지 시간이 필요하다는 점을 인정했지만, 그는 연구팀과의 교류를 바탕으로 구글의 추산치가 다소 보수적이라고 판단했다.

업계의 일반적인 공감대는 이 사건이 2030년대 어느 시점에 발생할 가능성이 높다는 것이지만, 구글은 “Q-데이”가 더 빨리 도래할 것으로 예상한다. 구글의 관점에서 볼 때, 암호학적으로 실질적인 능력을 갖춘 양자 컴퓨터 한 대면 2029년 전후로 대부분의 주류 블록체인을 해킹하기에 충분할 수 있다.

우연의 일치로, 이 시점은 대다수의 양자 연구 개발 팀이 대규모 상용 양자 컴퓨터의 등장을 목표로 설정한 시기와 일치한다. 일반적으로 구글의 양자 분야 경쟁사로 여겨지는 IBM 역시 그 이전에 오류 정정 기능을 갖춘 슈퍼컴퓨터를 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

구글은 지난주 블로그 게시물을 통해 기업들이 시대에 뒤처지지 않도록 사이버 보안 조치를 강화할 것을 촉구했다. 이 회사는 “‘먼저 저장하고 나중에 해독하는’ 공격이 존재하기 때문에 암호화 기술이 직면한 위협은 이미 현재 존재한다. 반면 디지털 서명에 대한 위협은 미래의 위험이다”라고 밝혔다.

구글은 특히 미래의 공격을 방어하기 위해 데이터를 보호하는 새로운 양자 내성 알고리즘을 채택하는, 이른바 ‘포스트 양자 암호학’으로의 전환을 주도하고 있다.