이번시간에는 비트코인에 대한 양자컴퓨터의 위협에 대해 이야기 해보겠습니다.

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우리가 학창시절에 유난히 물리과목을 잘 하는 친구를 본 적이 있을 것이에요.

물리학이란 자연 현상에서 물질의 운동을 탐구하는 학문입니다.

제 경험상 이러한 친구들이 공부머리가 좋고 생각의 회전이 빠르며 유난히도 양자에 관심이 많았습니다.

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왜 이 친구들이 양자에 관심이 많을까요? 저도 이 양자에 대해 궁금해서 많이 찾아보았는데

내용이 상식적인 선에서 이해를 하기 매우 어려운 부분이 많은 것 같습니다.

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아직 우리 인류가 잘 알지 못하는 부분을 깊게 탐구해보고 싶은 마음일까요?

양자컴퓨터는 우리가 사용하는 일반 컴퓨터보다 계산을 빠르게 할 수 있는 기계입니다.

여러 전문가들은 양자컴퓨터가 암호화된 코드를 단시간에 해독할 수 있다고 말합니다.

그래서 양자컴퓨터가 상용화되면 우리가 현재 이용하고 있는 디지털 보안 인프라에 문제가 생길 수 있는 것이죠.

물론 암호화 기술을 적용한 비트코인도 예외가 아니며 보안 기술을 사용한 인터넷과 온라인 뱅킹에도 악영향이 생기게 됩니다.

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그러므로 양자컴퓨터의 상용화로 인해 전 세계적인 문제가 생기게 됩니다.

마치 지구를 위협하는 핵무기와 같은 존재가 아닐까요?

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<참고> Computer(컴퓨터) 어휘 풀이

*Compute는 “계산하다“라는 뜻입니다.

그러므로 뒤에 접미사 er(사람이나 물건을 지칭하며 행위자, 주체라는 뜻)이 붙어서

Compute + er = computer(계산하는 기계)라고 합니다.

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*양자 : 더 이상 나눌 수 없는 에너지의 최소량의 단위

 

대칭 암호화는 무엇일까요? 암호가 왜 대칭이 되죠?

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쉽게 생각해보면 우리 집 자물쇠를 생각해볼 수 있습니다.

집의 자물쇠를 열쇠로 잠구면 다른 사람들이 나의 집 안을 들여다볼 수 없지요.

그러나 누군가가 나의 집 열쇠를 가지고 자물쇠를 열면 바로 풀리게 되고 집 안을 들여다볼 수 있습니다.

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우리 집 자물쇠는 하나의 열쇠로 자물쇠를 열 수 있습니다.

즉, 암호가 대칭이라는 것은 암호화 작업(집 안을 못 들여다보게 하는 작업)과 암

호 해독 작업(집 안을 들여다보게 하는 작업)을 같은 키(집 열쇠)로 할 수 있는 것을 말하는 것이죠.

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그러면 비대칭 암호화는 무엇일까요? 왜 또 암호가 비대칭이 되나요?

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비대칭 암호를 예로 들면 단무지라는 사람이 오이라는 사람의 집 주소로 내용물이 담긴 철 박스를 보냅니다.

내용물은 타인이 볼 수 없게 암호화되었죠. 여기서 오이의 집 주소는 공개된 주소입니다.

즉, 누구나 주소를 알 수 있습니다.

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그러나 그 철 박스 열쇠는 오이만 갖고 있습니다.

여기서 철 박스의 열쇠는 오이의 개인 열쇠이며 오이만 그 철 박스 안의 내용물을 볼 수 있는 것이죠.

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그러므로 오이의 집 주소 = 오이의 공개된 주소 = 오이의 공개키이며

오이의 철 박스 열쇠 = 오이의 개인 열쇠 = 오이의 개인키라고 합니다.

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이렇게 공개키와 개인키를 가진 시스템을 비대칭 암호화 방식이라고 하며 비트코인이 이 방식을 사용하고 있습니다.

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우리 한국인 투자자가 사용하는 거래소는 공개키와 개인키를 거래소가 모두 관리합니다.

마운트곡스 해킹사건을 보면 거래소가 해킹을 당했다는 것은 그 거래소의 책임이므로

보안의 취약성을 인정하여 투자자들에게 적절한 보상을 해주는 것 같습니다.

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그러나 비트코인의 초창기 시절에는 모든 사람들이 자신의 지갑을 직접 만들고 개인키를 보관했습니다.

공개키는 내 지갑을 나타내는 주소이며 개인키는 나만의 비밀번호입니다.

그리고 그 개인키를 잊어버리면 지갑 주인의 책임이 되는 것이죠.

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그래서 암호화폐에 사용되는 비대칭 암호화 방식은 현재 존재하는 컴퓨터로는 복호화(암호해독)가 어렵습니다.

엄청나게 많은 시간이 소요되기 때문이죠.

그러나 양자 컴퓨터가 생기면 상황이 달라집니다.

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컴퓨터 계산은 0과 1로 반복이 돼요. 예를 들면, 위의 ASCII 바이너리 표에서 7은 0011 0111이고 C는 0100 0011입니다.

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우리가 만약 자전거 자물쇠를 가지고 있는데 비밀번호를 까먹으면 하나씩 돌려서 풀어야 합니다.

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만약 3자리수(3비트)이고 0과 1밖에 돌릴 수 없다면 경우의 수는 2*2*2 = 8가지에요.

(000 001 010 011 100 101 110 111)

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000이 안되면 001을 해보고 001이 안되면 010을 해보고…

이렇게 연속적으로 8가지중에 하나씩 순차적으로 돌리면 풀리게 됩니다.

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만약 4자리수(4비트)이면 2*2*2*2 = 16가지가 되는 것이죠.

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컴퓨터가 암호를 해독하기 위해서는 이렇게 하나씩 순서대로 돌아가면서 암호를 풀게 됩니다.

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비트코인의 개인키는 256비트이며 256자리수이므로 2를 같은수 2로

256번 곱하면 2^256 = 천문학적인 숫자(1.15*10^77)가 됩니다.

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그러므로 천문학적인 수를 기존의 컴퓨터로 풀어야 암호해독이 가능합니다.

그러므로 현재 비트코인이나 인터넷 인프라구조상으로는

기존의 컴퓨터가 비대칭 암호 기술의 존립에 큰 문제가 되지는 않습니다.

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기존의 컴퓨터로는 암호 해독에 필요한 경우의 수가 길어지면 시간이 천문학적으로 오래 걸리고 쉽게 풀지 못하게 됩니다.

그렇다면 기존의 컴퓨터로 쉽게 해독이 불가능한 암호를 양자 컴퓨터를 이용해서 어떻게 쉽게 풀 수 있을까요?

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양자 컴퓨터의 기본 원리는 양자역학에 기반을 둡니다.

양자역학이란 우리가 학창시절에 과학시간에서 배운 분자, 원자, 전자, 소립자를 다루는 학문을 말합니다.

이러한 양자역학은 대학원에서 매우 깊게 배운다고 합니다.

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기존의 컴퓨터에서는 0과 1이라는 비트로 정보를 표현하고 계산하였는데,

양자 컴퓨터에서는 quantum bit(퀀텀 비트) 또는 줄여서 qubit(큐비트)라는 정보의 기본 단위로 표현을 합니다.

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이 퀀텀 비트(양자 비트)도 0과 1의 상태를 가질 수 있는데 문제는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수도 있다는 겁니다.

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그래서 비밀번호가 4자리인 것도 기존의 컴퓨터는 0000 0001 0010 … 이렇게 순서대로 대입을 해서 풀어야했지만

양자 컴퓨터에서는 순서를 거치지 않고 0000부터 1111까지 한 번에 대입을 하는 것이 가능합니다.

왜냐하면 양자 비트는 0과 1의 상태를 동시에 가지므로 단 한 번에 계산할 수 있기 때문이죠.

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마찬가지로 10비트이면.. 0000000000부터 1111111111까지 단 시간에 계산하는 것이 가능하게 되는 것이죠.

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우리가 일반적으로 컴퓨터는 하나씩 대입해서 풀어야하는 것이 상식이지만

양자 컴퓨터는 우리의 생각과 달리 비상식적으로 단 한 번에 푸는 것이 가능합니다.

일반 수퍼 컴퓨터가 25억년이 걸리는 수학 문제를 양자 컴퓨터가 풀면 200초가 걸린다고 합니다.

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비트코인의 개인키가 256비트이며 아무리 기존의 컴퓨터로 천문학적인 경우의 수를 이용해서

엄청난 오랜 시간이 걸려 거의 풀지 못하는 상황이지만

먼 미래에 양자 컴퓨터의 기술이 좋아지면 단숨에 암호를 해독하는 날이 올까요?

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양자 컴퓨터의 기술력이 어느정도 개선이 되었으나 인터넷, 금융 인프라와 암호화폐의 보안이 개선되지 않는다면…

아마 디지털 은행과 세계의 국가기밀이 제일 먼저 위협을 받아서 인류의 생사가 걸린 문제가 되지 않을까요..?

저만의 개인적인 생각입니다 ^^

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양자 컴퓨터는 이미 IBM에 있습니다. 맨 위에 제가 처음에 IBM의 양자 컴퓨터 사진을 보여드렸습니다.

이 IBM 양자 컴퓨터의 스펙은 127 양자비트입니다.

그러나 참고문헌¹에서의 연구결과에 의하면 비트코인 256비트 암호화키를 해독하기 위해

필요한 양자비트의 수는 한 시간내로 3억 1700만 양자비트이며 하루에 1300만 양자비트가 필요합니다.

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그러므로 결론은 아직 시기상조라고 봅니다.

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감사합니다.

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