Coinbase, 블록체인을 위한 포스트-양자 암호화 탐구

양자 컴퓨터는 상업적으로 유용한 규모가 몇 년 안에 구축될 것으로 예상되며, 추정치와 목표 용량에 따라 2028년부터 2030년대 중반까지가 될 수 있습니다.

이는 반도체, 항공우주, 배터리 분야의 재료 과학 문제를 해결하거나, 단백질 3D 구조를 풀거나, 새로운 생명을 구하는 의약품을 발견하는 등 매우 복잡한 수학 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

하지만 같은 계산 능력은 현대 세계가 기반으로 하는 암호화 방식을 깨는 데에도 사용될 수 있습니다. 그래서 예를 들어, 미국의 모든 주요 은행이 양자 내성을 가진 격자 기반 암호채택을 가속화하도록 강제되고 있습니다, 이는 양자 공격에 견딜 수 있는 방법으로 여겨집니다.

마찬가지로, 암호화폐도 현재 보안을 유지하는 암호가 갑자기 깨질 경우 위험에 처할 수 있습니다.

특히 미래의 양자 컴퓨터가 현재 수집된 데이터의 암호를 깨뜨릴 수 있기 때문에 문제가 더욱 심각합니다. 아직은 깨지지 않더라도 나중에 해독될 수 있는, 일명 “Harvest Now, Decrypt Later”(HNDL) 방식이 존재합니다.

이러한 맥락에서, 블록체인 및 암호화폐 분야의 주요 기업들도 양자 컴퓨터의 등장에 대비해 빠르게 움직이고 있습니다.

그 중 하나가 Coinbase이며, 이들은 “Quantum Computing & Blockchain ”라는 보고서를 발표해 이러한 우려를 다루고 블록체인 커뮤니티가 실질적인 보안 문제를 피하기 위해 시기에 맞춰 채택할 수 있는 가능한 솔루션을 모색했습니다.

우리는 대규모 오류 허용 양자 컴퓨터(FTQC)가 결국 구축될 것이라고 높은 확신을 가지고 있습니다. 따라서 블록체인과 광범위한 암호 생태계는 이 상황에 대비해야 합니다.

Coinbase의 양자 보고서 개요

이 보고서의 개요에서 Coinbase는 국가표준기술연구소(NIST)가 포스트-양자(PQ) 전환을 2035년까지 수행할 것을 권고한다는 점을 상기시킵니다. 또한 준비 기간이 9년밖에 남지 않는 이 일정이 낙관적일 수도 있다고 지적합니다.

우리는 최근 연구가 일정이 더 짧아질 가능성을 제시함에 따라, 암호학적으로 중요한 양자 컴퓨터(CRQC)가 2035년 혹은 그 이후에도 존재하지 않을 것이라고 확신하지 못합니다.

보고서는 6개의 주요 섹션과 “추가 읽을거리” 부록으로 나뉘며, 주제를 광범위하게 다룹니다:

1. 양자 컴퓨팅 개요 및 현재 기술 수준
2. 포스트-양자 암호학(PQC)
3. 포스트-양자 암호학과 합의 레이어
4. 포스트-양자 암호학과 실행 레이어
5. 주요 블록체인에 대한 포스트-양자 계획
6. 서명 외 포스트-양자 보안

양자 컴퓨팅 개요

이 첫 번째 부분은 양자 컴퓨터가 무엇이며, 무엇을 할 수 있는지, 그리고 지금까지 기술이 어떻게 발전했는지를 요약합니다.

간단히 말해, 양자 컴퓨터는 중첩 및 기타 양자 효과를 이용해 각 추가 “큐비트”(일반 컴퓨터 비트의 양자 대응)마다 연산 능력을 선형이 아닌 지수적으로 증가시킵니다.

양자 컴퓨터의 성능은 N개의 큐비트로 중첩을 설명하기 위해 2^N개의 매개변수 목록이 필요하다는 사실과 직접적으로 연관됩니다. 예를 들어 N=1000이라면, 이는 관측 가능한 우주에 기록될 수 있는 매개변수보다 더 많습니다.

앞서 언급했듯이, 이러한 컴퓨터는 물리 세계 시뮬레이션 및 암호 해독에 이상적이며, 인공지능을 보다 효율적으로 학습시키는 데에도 활용될 수 있습니다. 이는 우리가 이전 기사 “양자 컴퓨팅이 실제 세계에서 첫 사용 사례를 갖는가”에서 다룬 주제이기도 합니다.

양자 컴퓨터 구축의 주요 제한은 하드웨어이며, 이는 제조가 매우 어렵고 큐비트가 신뢰할 수 있게 충분히 오래 양자 상태를 유지하도록 하는 것이 어렵습니다.

이는 두 가지 측면에서 개선될 수 있습니다: 2-큐비트 게이트의 물리적 오류율을 낮추고, 더 높은 오류율을 견딜 수 있는 오류 허용 설계 방식을 도입하는 것입니다.

오류 허용 양자 계산(FTQC)을 수행하려면 물리적 큐비트를 지속적으로 측정하여 오류가 발생한 위치와 이를 수정하기 위해 필요한 조치를 파악해야 합니다.

최근 오류 정정 기술의 개선으로 99.9% 정확도의 2-큐비트 게이트가

충분할 수 있으며, 초기 예상치(99.9999%)보다 훨씬 낮고 현실적으로 달성 가능한 수치입니다. 더 중요한 점은 Quantinuum( Honeywell의 일부 (HON ), 관련 투자 보고서는 링크를 따라 확인하세요)과 Google이 개별 큐비트에 대해 이미 이를 달성했다는 것입니다.

이 정확도가 수만에서 수십만 개의 물리적 큐비트로 확장될 때도 유지된다면, 이론적으로 FTQC에 충분할 것입니다.

보고서는 또한 양자 컴퓨팅 기업 및 연구자들이 탐구하고 있는 주요 하드웨어 유형을 개요합니다:

• 초전도
• 트랩 이온
• 중성 원자
• 광자
• 위상

결론적으로, 이 글은 양자 컴퓨터가 아직 즉시 사용 가능하지는 않지만, 현재 최고 수준의 암호를 깨지 못할 이유가 없으며, 블록체인 및 암호화폐가 존재하지 않을 것이라고 가정할 이유도 없다고 지적합니다.

포스트-양자 암호학 (PQC)

포스트-양자 암호학은 금융 시스템 전체와 군사 시스템이 양자 컴퓨터로부터 안전을 유지하려면 필수적입니다.

이러한 암호 방식은 일반 설계와 용량의 컴퓨터에서도 실행될 수 있어야 합니다.

포스트-양자 암호학은 고전 컴퓨터에서 실행되며 양자 공격자에 대해 안전합니다. 이는 양자 시스템을 사용해야 하는 QKD(양자 키 분배)와는 대조적입니다.

주요 방법 두 가지는 격자 기반과 해시 기반입니다:

• 격자 기반: RSA와 ECC와 같은 전통적인 암호 방식은 Shor 알고리즘이 효율적으로 “주기”를 찾아 해결할 수 있는 군의 주기적 구조에 기반합니다. 반면, 격자 기반 암호는 이러한 구조에 의존하지 않습니다.
• 해시 기반: 매우 안전하지만 계산 자원을 많이 소모하는 암호 방식입니다.

SLH-DSA 해시 기반 암호의 빠른 서명 변형은 서명 크기가 ECDSA보다 약 250배 크고 서명 시간은 약 1,000배 느립니다. 이러한 방식을 블록체인에 적용하는 것은 분명히 매우 어려울 것입니다.

출처: Coinbase

NIST는 여기서 중요한 역할을 합니다. 2024년, 국가표준기술연구소(NIST)는 세 가지 서로 다른 포스트-양자 암호학(PQC) 표준을 최종 확정했습니다:

• FIPS 203 – ML-KEM – 격자 암호에 기반한 키 캡슐화 메커니즘(KEM)으로, 양자 안전 키 설정(예: TLS 또는 VPN) 위한 주요 구성 요소로 의도되었습니다.
• FIPS 204 – ML-DSA – 주요 디지털 서명 스킴으로, 역시 격자 기반이며 소프트웨어 서명, 인증서, 인증 등 용도에 목표를 둡니다.
• FIPS 205 – SLH-DSA – 무상태 해시 기반 서명 스킴으로, 격자 기반 시스템에 대한 미래 연구가 약점을 드러낼 경우를 대비한 “백업”으로 의도되었습니다.

출처: NIST

포스트-양자 암호학과 합의 레이어

보고서의 이 섹션은 블록체인이 양자 내성 암호화에 의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지, 특히 합의 레이어에 초점을 맞춥니다.

일반적으로, 포스트-양자 안전성으로 전환할 때 주요 우려는 데이터 크기와 연산 비용입니다. 추가적인 과제로는 사용자가 암호 키를 적극적으로 전환하도록 조정하는 것이 있습니다.

주요 취약점은 Shor 알고리즘에서 비롯되며, 강력한 포스트-양자 컴퓨터가 이를 이용해 고전적인 공개키 암호를 깨뜨릴 수 있습니다.

에너지 집약적인 작업증명(Proof-of-Work)에서 벗어나 비잔틴 장애 허용(BFT) 문제 해결에 의존하는 블록체인은 더 취약할 수 있습니다. 여기서 주요 위협은 Shor 알고리즘이며, 이 방법의 수학적 원리는 양자 컴퓨터에 의해 해결될 수 있습니다.

합의를 위해 집계 및 임계값 서명에 의존하는 블록체인에서는 상황이 더욱 악화됩니다.

이 시스템은 특히 이더리움에서 사용되며, 검증자 서명을 전송하고 검증 및 저장하는 비용을 줄이기 위해 투표를 집계하거나 임계값을 적용할 수 있습니다. 이러한 블록체인들은 포스트-양자 보안을 위해 손쉽게 교체할 수 있는 플러그‑앤‑플레이 솔루션이 없습니다.

하지만 보고서는 비트코인의 작업증명 기반 나카모토 합의(NC)가 이론적으로는 해시 함수에 대한 Grover 공격이라는 다른 해독 방법에 의해 위협받을 수 있다고 설명했습니다.

실제로는 Grover의 이차 속도 향상이 현재 채굴에 사용되는 고도로 최적화된 ASIC에 비해 양자 컴퓨터의 큐비트 연산당 시간이 훨씬 느리기 때문에 퍼즐 크기에 대한 실제 속도 향상으로 이어지지 않습니다. 따라서 나카모토 합의 메커니즘은 본질적으로 포스트-양자 안전합니다.

포스트-양자 암호학과 실행 레이어

보고서의 이 섹션은 블록체인이 양자 내성 암호화에 의해 어떻게 영향을 받을 수 있는지, 특히 실행 레이어에 초점을 맞춥니다.

거래에 첨부된 암호 서명은 발신자를 인증하고 상태 변화를 승인합니다. ECDSA와 Schnorr와 같은 모든 컴팩트 서명 스킴은 포스트-양자 대안으로 교체되어야 합니다.

한 가지 위험은 새로운 포스트-양자 암호 시스템이 전통적인 시스템보다 시험 및 검증이 훨씬 적다는 점입니다.

ML-DSA나 FN-DSA와 같은 격자 기반 스킴에 관해서는, 우리는 실제로 보안을 낮추는 것이 될 수 있습니다. 왜냐하면 ECDSA와 EdDSA와 같은 스킴만큼 깊이 연구되지 않은, 사용 이력이 훨씬 적은 서명 스킴으로 이동하게 되기 때문입니다.

포스트-양자 서명 채택을 위한 모든 스킴은 이상적으로 이 보고서에서 정의한 일련의 기준을 완전히 충족해야 합니다:

• P1: 전환이 현재 보안 태세를 손상시키지 않아야 합니다.
• P2: 새로운 스킴이 포스트-양자 보안을 제공해야 하며, 그대로이든 포스트-양자 보안으로 빠르게 전환할 수 있든 상관없습니다.
• P3: 새로운 스킴이 현재 작업 방식에 큰 비용을 추가하지 않아야 하며, 최소한 양자 위협이 임박하지 않은 한 그렇습니다.
• P4: 새로운 스킴이 블록체인 및 현재 작업 방식에 최소한의(가능하면 없는) 변경만을 요구해야 하며, 양자 위협이 임박하지 않은 경우에 해당합니다.

보고서는 이후 다양한 가능한 전략을 탐색하고 이를 비교합니다.

전략 1: 개인 키를 해시 출력으로 생성. 이 방법은 양자 위협이 다가올 때, 개인 키의 원상(preimage)을 소유자가 알고 있다는 기반으로 ECDSA 또는 EdDSA를 사용해 서명할 수 있게 합니다.

전략 2: 2-대-2 하이브리드/이중 서명으로 전환. 이 전략은 포스트-양자 서명 스킴을 추가하고 모든 거래에 ECDSA/EdDSA 서명과 포스트-양자 서명(예: ML-DSA)을 모두 포함하도록 요구합니다.

전략 3: 1-대-2(또는 그 이상) 서명으로 전환. 전략 2와 유사하지만, 두 서명을 모두 요구하는 대신 타원곡선 스킴이나 포스트-양자 스킴 중 하나의 서명만 제공하면 됩니다.

출처: Coinbase

이 모든 방법은 계정 보유자들이 포스트-양자 서명 스킴으로 보호되는 새로운 계정으로 잔액을 이전해야 하므로 자체적으로 문제가 될 것입니다.

수백만 개의 UTXO가 존재하며, 비트코인 및 이더리움과 같은 블록체인의 현재 거래 속도에서는 전환 거래량만 처리하는 데도 몇 달이 걸릴 수 있습니다.

전반적으로, Coinbase는 필요할 때까지 비용을 추가하지 않고 위협에 대응할 수 있는 “1-대-2 전환” 전략을 권장합니다.

주요 블록체인에 대한 포스트-양자 계획

Bitcoin

비트코인의 현재 접근 방식은 모든 UTXO 공개키를 해시 함수 뒤에 숨기는 것입니다. 이는 공개키 관리 방식을 변경함으로써 완화될 수 있습니다.

​BIP-360 제안은 Pay-to-Merkle-Root(P2MR)이라는 새로운 탭루트 출력 유형을 도입하여 이 공개키를 완전히 제거합니다. 이 제안이 비트코인 메인넷에서 활성화되면, P2TR 출력을 P2MR 출력으로 전환함으로써 이 취약점을 없앨 수 있습니다.

한편, 몇몇 핵심 비트코인 개발자들이 비트코인용 해시 기반 서명을 탐구하고 있습니다. 최소한 작업증명은 채굴 네트워크를 상당히 안전하게 만들며, 이는 양자 위험 관점에서 비트코인의 강점입니다.

하지만 현재는 대기 관찰 접근 방식이 주로 선호됩니다. Coinbase는 이것이 문제를 일으키지 않는 것은 아니며, 특히 사람들이 양자 관련 위험에 대해 우려하기 시작하면서 비트코인의 전망을 손상시킬 수 있다고 지적합니다.

우리는 대기 관찰 접근 방식이 시장 불확실성을 초래한다는 비용이 있음을 언급합니다. 따라서 정확한 전환 계획을 기다리는 것이 타당할 수 있지만, 필요 시 신속한 전환을 가능하게 하는 명확한 전략 선언과 준비가 동반되어야 합니다.

Ethereum

양자 컴퓨터에 더 취약하지만, 이더리움 커뮤니티도 관련 문제를 완화하기 위한 상세 계획을 발표했습니다.

현재 계획은 합의 레이어와 실행 레이어 모두에 해시 기반 서명으로 전환하는 것입니다. 표준 암호 해시 함수를 사용한다면 이는 이더리움에 새로운 보안 가정을 도입하지 않습니다.

여전히 무상태와 상태 기반 서명 옵션 사이에 논쟁이 진행 중이며, 상태 기반의 짧은 서명이 합의 레이어에 더 적합하고 무상태 서명이 실행 레이어에 더 적합하여 계정 소유자를 상태 관리 실수로부터 보호합니다.

전반적으로, Coinbase는 “검증자들이 상태 기반 해시 서명 스킴을 사용해 각 블록을 인증하고, 특정 블록에 대한 모든 인증이 해시 기반 간결 증명 시스템을 이용해 단일 증명으로 집계되는” 포스트-양자 이더리움을 구상했습니다.

Solana

솔라나는 Solana Winternitz Vault라는 새로운 금고 유형을 만들었으며, 이는 관리 가능한 서명 크기를 가진 해시 기반 서명 스킴입니다(비록 서명 크기가 ECDSA 서명보다 두 자릿수 크게 큽니다).

솔라나 토큰 보유자가 새로운 Winternitz 기반 주소로 자산을 이동하면, 해당 자산은 더 이상 양자 공격자에게 노출되지 않습니다.

이 자체만으로도 솔라나는 양자 대비 측면에서 비트코인 및 이더리움보다 훨씬 앞서 있다는 큰 장점이 될 수 있습니다.

기타: Algorand, Sui, Aptos

Algorand 는 합의 메커니즘과 실행 레이어 모두에서 포스트-양자(PQ) 서명 스킴을 실제로 배포한 최초의 블록체인 플랫폼 중 하나입니다. 이는 아직 부분적으로 진행 중이지만, 블록체인 기술이 경우에 따라 빠르게 양자 대비가 가능함을 보여줍니다.

Aptos 는 사용자의 주소가 사용자의 공개키 해시에서 파생되지 않는 시스템을 사용합니다. 따라서 포스트-양자 보안을 원한다면 사용자는 인증 키를 포스트-양자 공개키로 업데이트하는 거래에 서명하기만 하면 되며, 새로운 계정으로 자산을 이동할 필요가 없습니다.

한편, Sui 는 포스트-양자 보안 체인으로 마이그레이션하기 위한 여러 전략을 제시했지만, 아직 어떤 전략이 실제로 적용될지는 명확하지 않습니다.

서명 외 포스트-양자 보안

거래 서명 및 블록체인 무결성은 양자 컴퓨터가 암호를 깨뜨려 혼란을 일으킬 수 있는 유일한 주제가 아닙니다.

예를 들어, 블록체인 생태계 전반에 걸쳐 서명 키를 보호하는 데 사용되는 임계값 서명이 있습니다.

이 경우, Schnorr 서명 스킴의 격자 기반 아날로그인 MLDSA를 사용할 수 있습니다. 또한 SLH-DSA의 두 변형 중 하나와 같은 해시 기반 서명 스킴도 더 강력한 보안 보증이 필요한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

또 다른 예는 충돌 저항 해시 함수이며, 이는 머클 트리, 패트리샤 트리 및 해시 기반 증명 시스템에 사용됩니다. 원칙적으로 이는 양자 컴퓨터가 위협이 되는 주제가 아니지만, 새로운 양자 알고리즘이 이를 바꿀 가능성이 있습니다.

양자 이전 TLS 프로토콜은 ‘Harvest-Now-Decrypt-Later’(HNDL)라는 공격에 노출될 위험이 있습니다. 다행히 포스트-양자 TLS는 이미 인터넷에 널리 배포되어 있습니다. 예를 들어 2026년 2월에 Cloudflare의 인터넷 트래픽 중 60% 이상이 하이브리드 포스트-양자 보안 암호 스위트 X25519MLKEM768을 사용했습니다.

한편, 프라이버시 시스템에 사용되는 영지식 증명 시스템은 영향을 받지 않을 것으로 보입니다. 영원히 숨겨져야 할 양자 취약 거래 데이터를 가진 다른 프라이버시 시스템은 Harvest-Now-Decrypt-Later 위협에 더 취약할 수 있습니다.

Coinbase 투자

Coinbase가 발표한 양자 위험 및 암호화폐와 블록체인 생태계의 준비 상황에 관한 이 보고서는 중요한 의미를 가지며, 업계 리더이자 혁신 주체로서 회사가 수행한 역할을 반영합니다. 이는 최근 몇 년간 회사가 차지한 규모와 중요성의 직접적인 결과입니다.

2025년, Coinbase는 800만 개의 활성 계정을 보유했으며, 240만 BTC를 보유한 세계 최대 비트코인 수탁자였습니다. 이는 전체 비트코인 공급량의 최소 12%에 해당합니다.

오늘날, Coinbase의 주요 앱 및 암호화폐 거래소 외에도, 회사는 다음과 같은 다양한 보완 서비스를 제공하고 있습니다:

• Coinbase One, 거래 수수료가 없고 스테이킹 보상이 강화되며 암호세 계산기, 암호 연구 등 파트너와의 혜택을 제공하는 프리미엄 멤버십 서비스.
• Coinbase Advanced, 전문 암호화폐 트레이더를 위한 서비스.
• Coinbase Wallet, 거래소 외에서 암호화폐와 NFT를 자체 보관할 수 있는 지갑.
• Coinbase Earn, 암호화폐 보유자가 자신의 암호를 잠궈 네트워크로부터 이자를 얻을 수 있는 스테이킹 서비스로, 2023년에 Coinbase 고객이 2억 3천만 달러를 벌어들였습니다.
• Coinbase Card, 암호화폐로 구매할 수 있는 Visa 직불 카드로, USD 결제 시 비트코인 1% 캐시백, ETH 결제 시 USDC 1.5% 캐시백을 제공합니다. 이 카드는 Visa 직불 카드가 받아들여지는 모든 곳에서 사용 가능합니다.
• USD Coin, USDC는 미국 달러와 동일한 가치를 갖는 디지털 스테이블코인으로, “디지털 달러”를 만들려 하고 있습니다.

Coinbase는 비트코인 ETF에 대한 주요 파트너이며, 비트코인을 보관함으로써 이 제품들에 있어 중요한 역할을 수행하고 있어 개인 및 기관 투자자들이 ETF를 보다 쉽게 보유할 수 있게 합니다.

최근 Coinbase는 주식(및 기타 증권)을 “토큰화”하는 작업을 활발히 진행하고 있으며, 현재 나스닥에 일반적으로 상장되어 있습니다.

초기부터 야심찬 시작을 한 Coinbase는 특히 미국 시장에서 비트코인 및 암호화폐 산업의 초석으로 성장했습니다.

하지만 이는 순탄한 여정이 아니었으며, Coinbase는 사이버 보안 공격, 불명확한 규제, SEC의 소송 등에 대응해야 했고, 고객 서비스와 안전 프로토콜이 회사 성장에 뒤처지는 모습을 보였습니다.

변동성과 위험은 암호화폐 분야(그리고 모든 투자)에서 당연한 것이며, 양자 컴퓨팅은 일부 혼란을 초래할 수 있습니다.

하지만 어쨌든 현재 보다 성숙하고 지배적인 Coinbase는 비트코인 ETF, 스테이블코인, 주식 토큰화와 같은 성장 추세를 통해 암호화폐가 점점 주류가 되는 것을 활용할 좋은 위치에 있습니다.

Coinbase에 대해 더 읽고 싶다면 당사 전용 투자 보고서.)

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