인터넷을 거대한 전 세계적 "비밀 지키기" 게임이라고 상상해 보세요. 이 게임을 하려면 모두에게 특별한 자물쇠와 열쇠가 필요합니다. 수십 년 동안 우리는 너무 어려운 수학 문제에 기반하여, 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터라도 이를 깨뜨리는 데 수백만 년이 걸릴 법한 종류의 자물쇠를 사용해 왔습니다. 이 자물쇠들은 우리의 은행 계좌, 메시지, 그리고 우리가 "블록체인"이라 부르는 디지털 화폐까지 보호합니다. 하지만 이제 과학자들은 새로운 종류의 컴퓨터인 "양자 컴퓨터"를 만들고 있습니다. 이 컴퓨터는 열쇠를 하나씩 대조해보는 것이 아니라, 모든 열쇠를 한꺼번에 살펴보고 순식간에 정답을 찾아낼 수 있습니다. 마치 어떤 자물쇠든 즉시 열 수 있는 마스터 키를 가진 것과 같습니다. 만약 이 컴퓨터들이 실제로 구현되고 충분히 강력해진다면, 오늘날 우리가 사용하는 기존의 자물쇠들은 종이 봉투처럼 맥없이 찢겨 나갈 것이며, 그 자물쇠가 지키고 있던 비밀들도 노출될 것입니다. 이것은 단순히 해커가 돈을 훔치는 문제가 아닙니다. 우리 디지털 세상의 신뢰라는 근간 자체가 무너지는 일입니다.

이 논문은 그 "양자 마스터 키"가 도착했을 때 어떤 일이 벌어질지에 대한 심층적인 탐구입니다. 연구자와 산업 전문가들로 구성된 저자들은 디지털 건축가처럼 되어, 지반이 흔들릴 때 어떤 고층 빌딩(블록체인)이 무너질지를 점검합니다. 그들은 단순히 "자물쇠가 부서질 것인가?"라고 묻지 않습니다. 대신 "부서진 자물쇠를 더 강력한 새 자물쇠로 교체한다면, 건물은 여전히 서 있을 수 있을까?"라고 묻습니다. 그들은 단순히 새 자물쇠로 바꾸는 것만으로는 재앙이 될 수 있다는 사실을 발견했습니다. 새 자물쇠는 훨씬 더 무겁고 부피가 큽니다. 작은 자물쇠용으로 설계된 문에 거대하고 무거운 금고를 달려고 한다면, 문이 경첩에서 떨어져 나가거나 복도가 너무 무거운 금고들로 가득 차서 아무도 움직일 수 없게 될 것입니다. 이 논문은 이러한 "포스트 양자(post-quantum)" 시스템으로 이동하는 것이 단순히 빠른 해결책이 아니라, 건물을 완전히 새로 설계해야 하는 작업임을 시사합니다. 그렇지 않으면 전체 시스템이 느려지거나 심지어 붕괴할 수 있습니다.

양자 위협: 새로운 종류의 해커

블록체인을 누구나 자신의 소유권을 기록하는 거대한 공공 노트라고 생각해 보세요. 아무도 속임수를 쓰지 못하게 하기 위해, 그들은 "네, 제가 정말로 이것을 썼습니다"라고 증명하는 독특하고 위조 불가능한 도장 같은 '디지털 서명'을 사용합니다. 오늘날 이 도장들은 일반 컴퓨터에는 안전하지만 양자 컴퓨터에는 취약한 수학을 사용하여 만들어집니다. 논문은 양자 컴퓨터가 '쇼어 알고리즘(Shor's algorithm)'이라는 유명한 기술을 사용하여 이 도장들을 역설계할 수 있다고 설명합니다. 이는 마치 도둑이 당신의 밀봉된 봉투를 보고, 당신이 인장을 어떻게 만들었는지 정확히 파악한 뒤, 완벽한 복제품을 만들어 돈을 훔치는 것과 같습니다.

위험은 두 가지 형태로 나타납니다. 첫 번째는 "지금 수집하고, 나중에 해독하기(Harvest Now, Decrypt Later)"입니다. 도둑이 오늘 당신의 우편물을 훔치지만, 아직은 열어볼 수 없다고 상상해 보세요. 그들은 단지 5년 뒤에 양자 컴퓨터를 갖게 될 때까지 기다렸다가, 그 모든 편지를 한꺼번에 열어보는 것입니다. 이는 블록체인에 디지털 키를 노출해 둔 모든 이들에게 엄청난 위험입니다. 두 번째 위험은 "온라인 위조(Online Forgery)"입니다. 당신이 현재 돈을 보내려고 할 때, 양자 해커가 당신의 거래를 가로채서 서명을 위조하고, 네트워크가 알아차리기도 전에 자금을 훔칠 수 있습니다.

일곱 명의 거인과 그들의 약점

저자들은 비트코인, 이더리움, 알고랜드, 솔라나, 아발란체, 모네로, XRP 레저라는 7개의 주요 블록체인을 조사하여 이들이 어떻게 대응할지 살펴보았습니다. 그 결과, 거의 모든 블록체인이 양자 컴퓨터가 깨뜨릴 수 있는 동일한 취약한 수학에 의존하고 있음을 발견했습니다.

• 비트코인은 일부 사람들이 열쇠를 눈에 잘 띄는 곳(구형 주소)에 남겨둔 금고와 같습니다. 양자 컴퓨터가 깨어난다면, 그 열쇠들은 끝난 것이나 다름없습니다. 다른 이들의 경우, 열쇠는 돈을 쓰려고 시도할 때까지 숨겨져 있어 도둑이 공격하기 전까지 아주 짧은 시간적 여유를 줍니다. 하지만 모든 것을 한꺼번에 옮기는 것은 찻숟가락으로 수영장을 비우려는 것과 같아서, 네트워크가 마비될 것입니다.
• 이더리움은 조금 더 복잡합니다. 이더리움은 수천 개의 투표를 하나의 작은 노트로 묶기 위해 특수한 "마법의 풀(BLS 서명)"을 사용합니다. 이것이 시스템을 빠르게 유지해 줍니다. 하지만 새로운 양자 안전 자물쇠에는 이 마법의 풀이 없습니다. 만약 이더리움이 해결책 없이 새 자물쇠로 바꾼다면, "노트"가 너무 커져서 네트워크가 질식하고 시스템이 달팽이처럼 느려질 것입니다.
• 솔라나는 레이싱 카처럼 속도를 위해 구축되었습니다. 하지만 새로운 양자 안전 자물쇠는 너무 커서 자동차 트렁크에도 들어가지 않습니다. 자동차를 완전히 재설계해야만 이들을 실을 수 있습니다.
• 모네로는 누가 무엇을 보냈는지 숨겨주는 프라이버시 코인입니다. 현재의 수학은 양자 컴퓨터에 의해 깨지며, 새로운 수학은 아직 정체성을 숨기는 방식을 알지 못합니다. 이는 마치 투명 인간이 되기 위한 변장을 쓰려는데, 새 변장은 오히려 당신을 거대하고 눈에 띄는 표적으로 만드는 것과 같습니다.

새 자물쇠의 무거운 짐

이 논문의 가장 큰 발견은 자물쇠를 그냥 "툭 던져 넣을" 수 없다는 점입니다. 새로운 포스트 양자 서명은 물리적으로 더 큽니다. 매번 문자 메시지를 보낼 때마다 종이 한 장 대신 벽돌을 첨부해야 한다고 상상해 보세요.

저자들은 수치를 계산해 본 결과, 만약 비트코인이 표준적인 새 자물쇠(ML-DSA라고 불림)로 전환한다면 속도가 89% 감소할 것이라는 것을 발견했습니다. 초당 약 15건의 거래를 처리하던 것에서 단 1.6건으로 떨어지게 됩니다. 만약 다른 종류의 자물쇠(SLH-DSA)를 사용한다면, 초당 0.4건으로 떨어질 것입니다. 이는 엄청난 속도 저하입니다.

이더리움의 경우, "마법의 풀" 문제 때문에 상황이 더 심각합니다. 새로운 무거운 서명들을 묶어줄 방법이 없다면, 네트워크는 매 타임 슬롯마다 67.7 메가바이트의 데이터를 저장해야 합니다. 현재는 몇 킬로바이트 수준입니다. 이는 마치 도서관 전체를 단 하나의 봉투에 담아 보내려는 것과 같습니다. 네트워크는 아마 얼어붙을 것입니다.

파급 효과: 왜 속도가 중요한가

단순히 블록에 얼마나 많은 거래가 들어가는지의 문제가 아닙니다. 핵심은 뉴스가 얼마나 빨리 전달되느냐입니다. 블록체인에서는 모든 컴퓨터(또는 "노드")가 새로운 블록에 대한 소식을 빠르게 들어야 합니다. 만약 블록이 거대하고 무거운 서명들로 가득 차 있다면, 이를 전달하는 데 시간이 오래 걸립니다.

저자들은 만약 블록이 전달되는 데 너무 오래 걸리면, 일부 컴퓨터들이 이를 놓치고 잘못된 버전의 노트 위에 기록을 쌓기 시작할 것이라고 설명합니다. 이는 체인이 두 개로 갈라지는 "포크(forks)"를 유발합니다. 비트코인의 경우, 새로운 자물쇠를 사용하면 이런 현상이 8.6배 더 자주 발생할 수 있습니다. 친구들이 이야기를 나누고 있는데, 누군가 이야기를 할 때마다 메시지가 너무 길고 늦게 전달되어 나머지 절반의 친구들은 다른 결말을 듣게 되는 상황을 상상해 보세요. 이야기는 산산조로 조각납니다.

이는 또한 인센티브 구조를 변화시킵니다. 채굴자와 검증자(네트워크를 운영하는 사람들)는 빠르고 안정적으로 작동함으로써 돈을 법니다. 만약 새로운 자물쇠가 모든 것을 느리고 위험하게 만든다면, 오직 가장 빠르고 좋은 인터넷 연결을 가진 거대 기업들만이 네트워크를 운영할 여력이 생길 것입니다. 이는 "탈중앙화"라는 꿈을 죽이고, 공공 네트워크를 사적인 클럽으로 바꿀 것입니다.

나아갈 길: 단순한 교체가 아니다

그렇다면 해결책은 무엇일까요? 논문은 아직 완벽한 정답이 존재하지 않는다고 제안합니다.

• 비트코인의 경우: 더 작고 효율적인 자물쇠(Falcon 등)를 수용하도록 시스템을 업그레이드하거나, 구형 자물쇠와 신형 자물쇠를 동시에 사용하는 "하이브리드" 방식을 사용할 수도 있습니다. 하지만 이는 비용이 많이 들고 전환 기간 동안 속도를 더욱 늦출 것입니다.
• 이더리움의 경우: 데이터를 압축할 수 있는 다른 종류의 수학적 증명(STARKs 등)을 사용하여 서명들을 "풀"로 묶는 새로운 방법을 발명해야 합니다.
• 모두를 위해: 저자들은 미래에 자물쇠를 다시 교체할 준비가 되어 있어야 한다고 주장합니다. "온램프(Onramp)" 프로젝트는 훨씬 더 작고 빠른 자물쇠를 찾고 있지만, 아직 완성되지 않았습니다.

논문은 양자 안전한 미래로 이동하는 것이 단순한 소프트웨어 업데이트가 아니라고 결론짓습니다. 이것은 거대한 건설 프로젝트입니다. 우리는 도로, 신호등, 그리고 자동차를 한꺼번에 재설계해야 합니다. 만약 기존 자동차에 새 엔진을 그냥 끼워 맞추려고만 한다면, 자동차는 부서질 것입니다. 저자들은 커뮤니티가 지금부터 계획을 세워 유연한 시스템을 구축하고, 전환 과정이 혼란스럽고 느리며 비용이 많이 들 것이라는 점을 받아들여야 한다고 촉구합니다. 양자의 시계는 돌아가고 있습니다. 우리는 완벽한 자물쇠를 기다리기만 해서는 안 됩니다. 다음에 올 무엇이든 감당할 수 있는 문을 만들어야 합니다.