양자 컴퓨팅 (Quantum Computing)

양자 컴퓨팅(quantum computing)은 중첩과 얽힘 같은 양자역학적 성질을 이용해 정보를 처리하는 계산 방식입니다. 비트 대신 큐비트를 쓰며, 큐비트는 측정 전까지 0과 1이 겹친 중첩 상태에 있을 수 있습니다. 특정 유형의 문제를 고전 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 풀 수 있을 것으로 기대됩니다. 충분히 강력한 양자 컴퓨터가 등장하면 현재 일부 암호화폐가 쓰는 암호 방식이 공격받을 수 있다고 여겨지며, 이에 대비해 양자 내성을 내세우는 프로젝트도 있습니다.

큐비트 vs. 비트

일반 컴퓨터는 켜짐(1) 또는 꺼짐(0) 상태가 될 수 있는 스위치와 같은 비트를 사용합니다. 양자 컴퓨터는 큐비트를 사용합니다. 공중에서 회전하는 동전을 떠올려 보세요. 착지하기 전까지는 앞면(1)과 뒷면(0)이 겹친 상태로 볼 수 있습니다. 이 상태를 중첩이라고 하며, 측정하는 순간 큐비트는 0 또는 1 가운데 하나의 값으로 확정됩니다. 중첩과 얽힘이 양자 계산의 바탕이 됩니다.

중첩과 계산 속도

양자 알고리즘은 중첩된 여러 상태의 진폭을 간섭시켜 정답에 해당하는 결과가 측정될 확률을 높입니다. 모든 계산이 빨라지는 것은 아니며, 큰 수의 소인수분해나 이산로그처럼 구조가 있는 일부 특정 문제에서 고전 컴퓨터로는 현실적인 시간 안에 풀기 어려운 계산을 수행할 수 있을 것으로 연구되고 있습니다.

암호화폐와 양자 컴퓨팅

온라인 거래와 블록체인 지갑은 공개키 암호로 보호됩니다. 쇼어 알고리즘(Shor's algorithm)을 실행할 수 있는 충분히 큰 양자 컴퓨터는 RSA나 비트코인·이더리움이 쓰는 타원곡선 서명(ECDSA)의 기반 문제를 효율적으로 풀 수 있어, 공개키가 노출된 주소의 개인키가 위험해질 수 있다고 알려져 있습니다. 해시 함수에 대한 영향(그로버 알고리즘)은 상대적으로 작다고 평가됩니다. 그래서 암호화폐 업계의 큰 관심사가 되었습니다.

양자 내성 암호

대응책은 양자 컴퓨터로도 풀기 어렵다고 여겨지는 수학 문제에 기반한 양자 내성 암호(post-quantum cryptography)입니다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 2024년 첫 양자 내성 암호 표준(FIPS 203·204·205)을 발표했으며, 연구와 표준화는 계속 진행 중입니다. 일부 암호화폐 프로젝트는 이런 알고리즘을 적용한 양자 내성 설계를 내세우고 있습니다.

• 다만 양자 내성을 내세운다고 해서 그 프로젝트의 보안성이나 가치가 검증된 것은 아닙니다.

장점:

• 특정 문제에서의 속도: 양자 컴퓨터는 특정 문제를 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠르게 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다.
• 응용 가능성: 양자 컴퓨팅은 신약 개발, 재료 과학 등의 분야에서 활용이 연구되고 있습니다.
• 새로운 계산 영역: 고전 컴퓨터로는 현실적인 시간 안에 풀기 어려운 일부 문제를 풀 수 있을 것으로 기대됩니다.

단점:

• 보안 문제: 양자 컴퓨터는 암호화폐를 포함하여 민감한 데이터를 보호하는 암호화를 잠재적으로 해독할 수 있습니다.
• 개발 초기 단계: 이 기술은 아직 초기 단계에 있으며 오류 정정 등 극복해야 할 과제가 많습니다.
• 높은 비용 및 복잡성: 양자 컴퓨터는 구축과 유지 관리가 현재 매우 비싸고 복잡합니다.

양자 컴퓨팅은 아직 초기 단계이지만, 실용화되면 현재 암호화폐가 쓰는 암호 방식의 보안에 영향을 줄 수 있어 업계가 발전 상황을 지켜보고 있습니다.