Zcash의 양자내성 보안
요약
- 양자 컴퓨터는 오늘날 블록체인에서 사용되는 일부 공개 키 암호를 해독할 수 있으므로 미래의 위험 요소입니다.
- "양자내성"은 일반 컴퓨터에서 실행되지만 미래의 양자 컴퓨터 공격에 저항하도록 설계된 암호화를 의미합니다.
- Zcash는 오늘날 완전히 양자내성이 아닙니다.
- 차폐된 Zcash는 미래의 공격자가 분석할 수 있는 공개 거래 데이터의 양을 줄이지만, 차폐 사용이 완전한 양자 저항성을 의미하지는 않습니다.
- Zcash는 ZIP, 연구 및 ZIP 2005와 Project Tachyon 같은 업그레이드 제안을 통해 준비하고 있습니다.
- 안전한 양자내성 전환은 자금, 프라이버시, 지갑, 거래소 및 합의 규칙을 동시에 보호해야 합니다.
Ironwood가 변경한 사항과 각 요소의 날짜별 상태는 Zcash는 양자내성인가요?를 참고하세요.
양자 컴퓨팅이란 무엇인가요?
일반 컴퓨터는 정보를 비트로 저장합니다. 각 비트는 0 또는 1입니다.
양자 컴퓨터는 큐비트라고 하는 양자 비트를 사용합니다. 큐비트는 일반 컴퓨터보다 일부 수학 문제를 훨씬 빠르게 해결하는 특수 알고리즘에 사용될 수 있습니다.
그렇다고 양자 컴퓨터가 모든 작업에서 더 빠르다는 뜻은 아닙니다. 위험은 특정 영역에 국한됩니다. 일부 암호화는 일반 컴퓨터에는 매우 어렵지만 충분히 큰 양자 컴퓨터에는 훨씬 쉬운 수학 문제에 의존합니다.
블록체인에서 가장 중요한 예는 공개 키 암호화입니다. 공개 키와 서명은 사용자가 코인을 사용할 권한이 있음을 증명하는 데 사용됩니다.
블록체인이 관심을 갖는 이유
블록체인은 여러 가지 작업을 위해 암호화를 사용합니다.
| 암호 도구 | 기능 | 양자 영향 |
|---|
| 디지털 서명 | 소유자가 지출을 승인했음을 증명 | 일반적인 타원곡선 시스템에 높은 위험 |
| 해시 함수 | 주소, 커밋먼트, 머클 트리 및 챌린지 구축 | 위험은 더 낮지만 보안 여유가 중요 |
| 영지식 증명 | 세부 정보를 공개하지 않고 차폐 거래가 유효함을 증명 | 증명 시스템과 가정에 따라 달라짐 |
| 키 합의 | 지갑이 수신자의 노트 데이터를 암호화하도록 지원 | 양자 위협 모델에서 신중한 검토 필요 |
충분히 강력한 양자 컴퓨터는 타원곡선 서명을 포함해 오늘날 사용되는 많은 서명 체계를 위협할 수 있습니다. 이는 서명이 올바른 키가 거래를 승인했음을 네트워크가 알 수 있게 해 주기 때문에 중요합니다.
해시 함수는 다릅니다. Grover의 알고리즘은 무차별 대입 검색을 가속할 수 있지만, 해시 함수를 같은 직접적인 방식으로 해독하지는 않습니다. 더 큰 보안 여유가 도움이 될 수 있습니다.
양자내성 암호화란 무엇인가요?
양자내성 암호화는 일반 컴퓨터와 미래의 양자 컴퓨터 모두에 대해 안전하게 유지되도록 설계된 암호화입니다.
이는 암호화가 양자 컴퓨터를 사용한다는 뜻이 아닙니다. 서로 다른 어려운 수학 문제에 기반한 시스템이라는 의미입니다.
2024년에 NIST는 최초의 최종 양자내성 표준을 발표했습니다.
- 키 설정을 위한 ML-KEM
- 디지털 서명을 위한 ML-DSA
- 해시 기반 디지털 서명을 위한 SLH-DSA
이 표준들은 중요한 이정표이지만, 블록체인이 하룻밤 사이에 한 알고리즘을 다른 알고리즘으로 단순 교체할 수는 없습니다. 합의 규칙, 지갑, 하드웨어 지갑, 거래 크기, 수수료 및 프라이버시를 모두 고려해야 합니다.
양자 위험이 온체인에서 나타나는 방식
위험을 이해하는 간단한 방법은 다음과 같습니다.
- 사용자가 키 쌍을 생성합니다.
- 공개 키 또는 서명 데이터가 온체인에 나타날 수 있습니다.
- 미래의 양자 공격자는 이 공개 자료를 사용해 개인 키를 알아낼 수 있습니다.
- 자금이 여전히 해당 키로 제어된다면 위험에 처할 수 있습니다.
투명 블록체인은 설계상 많은 정보를 노출합니다. 주소, 금액 및 거래 연결 관계가 공개됩니다. 코인을 지출할 때 공개 키 자료도 보일 수 있습니다.
이것이 주소 재사용이 해로운 이유 중 하나입니다. 재사용은 오늘날 관찰자가 연결할 수 있는 데이터를 늘리고, 미래 공격자가 분석할 과거 자료도 더 많이 제공합니다.
Zcash의 차이점은 무엇인가요?
Zcash는 투명 거래와 차폐 거래를 모두 지원합니다.
투명 Zcash는 Bitcoin 스타일의 공개 블록체인 사용 방식과 더 유사합니다. 주소, 금액 및 거래 관계가 보입니다.
차폐된 Zcash는 다릅니다. 차폐 거래는 영지식 증명을 사용하므로 네트워크는 송신자, 수신자 또는 금액을 공개하지 않고도 거래가 규칙을 따르는지 검증할 수 있습니다.
이는 Zcash에 중요한 프라이버시 이점을 제공합니다.
- 모든 사람이 볼 수 있도록 게시되는 거래 데이터가 줄어듭니다.
- 사용자는 차폐 상태를 유지할 때 공개 결제 그래프를 만들지 않습니다.
- 미래의 관찰자가 분석할 공개 금융 기록이 줄어듭니다.
- 기본적으로 공개되는 기록 대신 뷰잉 키를 통해 선택적 공개가 가능합니다.
그러나 차폐된 Zcash가 자동으로 양자내성이 되는 것은 아닙니다. 차폐 풀은 여전히 암호학적 가정에 의존합니다. 지출 승인, 노트 커밋먼트, 널리파이어, 증명 시스템, 암호화 및 지갑 키 모두를 신중히 검토해야 합니다.
짧게 말하면 다음과 같습니다.
차폐 사용은 공개 노출을 줄이지만, Zcash에는 여전히 의도적인 양자내성 업그레이드가 필요합니다.
Zcash 위험 지도
| 영역 | 초보자를 위한 설명 | 양자내성 우려 사항 |
|---|
| 투명 주소 | 공개 주소와 공개 거래 그래프 | 다른 투명 블록체인과 유사한 위험 |
| 지출 승인 | 사용자가 지출 권한을 가졌다는 증명 | 서명 체계의 교체 또는 전환이 필요할 수 있음 |
| 차폐 노트 | 차폐 풀 내부의 비공개 가치 기록 | 일부 구성 요소에 새 가정 또는 복구 도구가 필요할 수 있음 |
| zk-SNARKs | 차폐 거래가 유효하다는 증명 | 증명 시스템 가정의 검토 필요 |
| 지갑 스캔 | 지갑이 수신한 노트를 찾아 복호화하는 방법 | 키 합의 및 노트 암호화 검토 필요 |
| 전환 | 자금을 더 안전한 암호화로 이동 | 자금 손실과 프라이버시 유출을 모두 방지해야 함 |
Zcash의 준비 방식
Zcash에는 네트워크 업그레이드 절차가 있습니다
Zcash는 이전에도 암호화를 변경했습니다. Sapling는 차폐 거래를 더 쉽게 사용할 수 있게 했습니다. NU5는 Orchard, Unified Addresses 및 Halo 2를 도입했습니다.
이는 양자내성 준비가 한 줄짜리 소프트웨어 패치가 아니기 때문에 중요합니다. 조율된 네트워크 업그레이드, 지갑 변경, 감사 및 사용자가 전환할 시간이 필요합니다.
과거 Zcash 업그레이드는 생태계가 오래된 암호화에서 더 새로운 설계로 이동한 경험을 보여 줍니다.
Halo 및 Orchard는 이전 가정을 줄였습니다
Halo 2는 Orchard의 현대적인 차폐 풀인 Zcash에서 사용됩니다. 한 가지 중요한 개선은 Halo가 Orchard 증명 시스템의 신뢰할 수 있는 설정 필요성을 제거했다는 점입니다.
이는 양자내성 보안과 같은 것은 아닙니다. 더 나은 설계를 사용할 수 있을 때 Zcash가 주요 암호 구성 요소를 교체할 수 있음을 보여 주기 때문에 여전히 관련이 있습니다.
ZIP 2005는 양자 복구 가능성에 초점을 둡니다
ZIP 2005의 제목은 "Orchard Quantum Recoverability"입니다. 이는 이전 가정에 대한 양자 공격이 현실화될 경우 Orchard 사용자가 자금을 복구하거나 전환하도록 돕기 위한 변경을 제안합니다.
복구 가능성은 완전한 양자내성 보안과 다릅니다. 더 범위가 좁지만 여전히 유용합니다.
- 완전한 양자내성 보안은 양자 공격이 성공하지 못하도록 시도합니다.
- 복구 가능성은 이전 암호화가 안전하지 않게 될 경우 정직한 사용자에게 더 나은 경로를 제공합니다.
초보자라면 이를 비상 탈출 계획으로 생각하세요. 건물 전체를 교체하지는 않지만, 오래된 자물쇠가 약해지면 사람들이 오래된 방에서 안전하게 나갈 수 있도록 돕습니다.
Project Tachyon은 더 큰 프로토콜 개선을 목표로 합니다
Project Tachyon은 규모, 동기화 및 상태 증가에 중점을 둔 제안된 Zcash 업그레이드입니다. 공개 사이트에 따르면 이 제안은 거래를 축소하고, 검증자 상태 증가를 줄이며, 부수 효과로 완전한 양자내성 프라이버시를 달성하는 것을 목표로 합니다.
Tachyon은 제안이므로 활성화 전에 여전히 엔지니어링 작업, 검토 및 커뮤니티 승인이 필요합니다. 이는 사용자가 오늘 이미 이용할 수 있는 기능이 아니라 Zcash의 활발한 연구 및 업그레이드 방향의 일부로 이해하는 것이 가장 적절합니다.
연구와 표준은 발전하고 있습니다
더 넓은 암호학 세계도 발전하고 있습니다. NIST의 양자내성 표준은 구현자에게 서명과 키 설정을 위한 더 강력한 구성 요소를 제공합니다. 영지식 연구자들은 양자 가정하에서도 견딜 수 있는 증명 시스템을 계속 연구하고 있습니다.
Zcash는 이 연구의 혜택을 받을 수 있지만, 여전히 이를 프라이버시를 보존하는 블록체인에 맞게 적용해야 합니다.
가능한 미래 업그레이드 접근 방식
양자내성 지출 승인
Zcash에는 결국 양자 취약 서명 체계에 의존하지 않는 지출 승인이 필요할 수 있습니다.
여기에는 양자내성 서명, 하이브리드 서명 또는 다른 설계가 사용될 수 있습니다. 하이브리드 설계는 전환 기간에 고전적 검사와 양자내성 검사를 모두 사용하므로 시스템이 하나의 가정에만 의존하지 않습니다.
문제는 크기와 비용입니다. 양자내성 서명은 오늘날의 서명보다 클 수 있으며, 이는 거래 크기, 대역폭, 수수료, 모바일 지갑 및 하드웨어 지갑에 영향을 미칩니다.
새로운 주소 및 키 형식
새 암호화에는 흔히 새 키와 주소가 필요합니다. 사용자는 이전 형식에서 더 안전한 형식으로 이동할 명확한 전환 경로가 필요합니다.
전환은 지갑에서 간단해야 합니다. 대부분의 사용자는 안전을 유지하기 위해 모든 암호학적 세부 사항을 이해할 필요가 없어야 합니다.
프라이버시를 보존하는 전환
전환은 Zcash에서 특히 민감합니다. 많은 사용자가 명백한 패턴으로 이전 풀에서 새 풀로 자금을 이동하면, 전환 자체가 정보를 유출할 수 있습니다.
좋은 전환 계획은 다음을 보호해야 합니다.
- 사용자 자금
- 사용자 프라이버시
- 지갑 호환성
- 거래소 지원
- 하드웨어 지갑 지원
- 네트워크 합의 안전성
양자내성 증명 시스템 검토
서명 교체만으로는 충분하지 않습니다. Zcash의 차폐 설계는 영지식 증명과 커밋먼트에도 의존합니다.
향후 작업에서는 다음을 검토하거나 교체해야 할 수 있습니다.
- zk-SNARK 가정
- 다항식 커밋먼트
- Fiat-Shamir 챌린지 해시
- 노트 커밋먼트
- 널리파이어 구성
- 머클 트리 가정
- 노트 암호화 및 뷰잉 키 동작
일부 구성 요소는 조정된 매개변수로도 허용될 수 있습니다. 다른 구성 요소에는 새로운 설계가 필요할 수 있습니다.
초보자 예시
예시 1: 오래된 자물쇠
오늘날에는 강력한 자물쇠가 달린 금고를 상상해 보세요. 미래에 발명된 새 도구는 그 오래된 자물쇠를 빠르게 열 수 있습니다.
양자내성 암호화는 새 도구가 해독할 것으로 예상되지 않는 설계로 자물쇠를 교체하는 것과 같습니다.
블록체인에서 자물쇠를 교체하기 어려운 이유는 모든 지갑, 노드, 거래소 및 하드웨어 장치가 새 설계를 이해해야 하기 때문입니다.
예시 2: 공개 영수증 상자
투명 블록체인 데이터는 모든 영수증을 영원히 공개 상자에 넣는 것과 같습니다. 오늘날 아무도 모든 패턴을 읽을 수 없더라도 미래의 도구는 나중에 더 많은 것을 알아낼 수 있습니다.
차폐된 Zcash는 애초에 그러한 영수증을 공개하지 않으려 합니다. 이는 장기적 프라이버시에 도움이 되지만, 차폐 시스템을 보호하는 자물쇠 역시 양자 시대를 위해 검토되어야 합니다.
예시 3: 탈출 계획
복구 가능성은 화재가 나기 전에 탈출 경로를 계획하는 것과 같습니다. 필요하지 않기를 바라지만, 비상 상황 중에 설계하는 것보다 일찍 설계하는 편이 훨씬 안전합니다.
ZIP 2005는 Orchard 노트에 대해 이 개념에 부합합니다.
오늘날 사용자가 할 수 있는 일
사용자는 당황할 필요가 없습니다. 배포된 블록체인 암호화를 해독할 수 있는 대규모 공개 양자 컴퓨터는 오늘날 उपलब्ध하지 않습니다.
좋은 습관은 여전히 도움이 됩니다.
- 가능하면 차폐된 Zcash 사용을 선호하세요.
- 주소 재사용을 피하세요.
- 지갑을 최신 상태로 유지하세요.
- Zcash 네트워크 업그레이드 공지를 따르세요.
- 복구 가능성 또는 전환에 관한 ZIP와 지갑 지침을 살펴보세요.
- 투명 활동이 비공개라고 가정하지 마세요.
- 소문을 바탕으로 자금을 이동하지 말고, 신뢰할 수 있는 Zcash 개발자와 지갑 팀의 명확한 지침을 기다리세요.
과제
양자내성 업그레이드는 모든 블록체인에 어렵습니다.
일반적인 과제는 다음과 같습니다.
- 더 큰 키와 서명
- 더 큰 거래
- 더 높은 검증 비용
- 더 많은 대역폭 사용
- 새로운 보안 감사
- 하드웨어 지갑 지원
- 모바일 지갑 성능
- 거래소 및 수탁 통합
- 전환 중 프라이버시 유출
- 합의 변경에 대한 커뮤니티 합의
Zcash에서 가장 어려운 부분은 코인을 지출 가능하게 유지하는 것만이 아닙니다. Zcash를 차별화하는 프라이버시를 보존하면서 코인을 지출 가능하게 유지하는 것이 어려운 부분입니다.
요약
양자 컴퓨터는 결국 블록체인에서 사용되는 일부 암호화를 위협할 수 있습니다. 양자내성 암호화가 장기적인 해답이지만, 신중하게 배포되어야 합니다.
Zcash는 오늘날 완전히 양자내성이 아닙니다. 하지만 Zcash에는 유용한 강점이 있습니다. 차폐 거래는 공개 노출을 줄이고, 네트워크는 암호학적 업그레이드의 역사를 지니며, ZIP 2005와 Project Tachyon 같은 현재 연구는 이미 미래의 양자 위험을 목표로 하고 있습니다.
초보자를 위한 핵심 개념은 간단합니다. 오늘날의 프라이버시는 미래의 데이터 노출을 줄이며, 신중한 업그레이드는 사용성을 희생하지 않고 Zcash가 더 강력한 양자 시대 보안을 향해 나아가도록 도울 수 있습니다.
관련 페이지
참고 자료
