서문: 구글은 현재 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 10^25년이 걸리는 컴퓨팅 작업을 5분 만에 완료할 수 있는 양자 칩 윌로우를 출시했다. 블록체인의 반양자적 이동은 위협이 될 뿐만 아니라 암호화폐 보안 시스템에 새로운 과제를 제기하기도 합니다. AntChain OpenLabs 암호화 전문가들은 이 블랙 기술이 블록체인에 미치는 영향을 자세히 설명합니다.
구글, 새로운 양자 칩 윌로우(Willow) 출시
12월 10일, 구글은 최신 양자 컴퓨팅 칩인 윌로우(Willow) 출시를 발표했습니다. 이 혁신적인 기술은 구글이 2019년 양자칩 시카모어(Sycamore)를 출시해 처음으로 '양자 헤게모니'를 달성한 이후 또 다른 돌파구다. 이 결과는 네이처(Nature)지에 긴급 게재되었으며, 그림 1과 2에서 볼 수 있듯이 세계 최고 부자 엘론 머스크(Elon Musk)와 OpenAI CEO 샘 알트만(Sam Altman)이 소셜미디어에서 극찬한 바 있다.
그림 1[1]
그림 2[2]
새로운 칩인 Willow는 105큐비트를 가지며 양자 오류 수정 및 무작위 회로 샘플링 벤치마크 테스트 모두에서 동급 최고의 성능을 달성했습니다. 그중 무작위 회로 샘플링 벤치마크 테스트에서 윌로우 칩은 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 완료하는 데 10^25년이 걸리는 컴퓨팅 작업을 5분 이내에 완료했으며, 이 수치는 알려진 우주의 나이를 훨씬 뛰어 넘는 시간입니다. 물리학으로 알려져 있습니다.
일반적으로 양자 컴퓨팅 하드웨어 측면에서 보면 큐비트 수가 증가할수록 계산 프로세스에서 오류가 발생하기 쉽습니다. 그러나 Willow는 오류율을 기하급수적으로 줄이고 오류율을 특정 임계값 아래로 유지할 수 있었습니다. 이는 종종 양자 컴퓨팅의 실제 타당성을 위한 중요한 전제 조건입니다.
Willow 연구개발팀의 Google Quantum AI 책임자인 Hartmut Neven은 이것이 최초의 하위 임계값 시스템으로서 현재까지 확장 가능한 논리 큐비트의 가장 설득력 있는 프로토타입이며 Willow가 대규모의 실용적인 양자 컴퓨터가 가능함을 보여준다고 말했습니다. .
암호화폐에 미치는 영향
Google의 이러한 성과는 양자 컴퓨팅의 발전을 촉진할 뿐만 아니라 여러 산업, 특히 블록체인 및 암호화폐 분야에 지대한 영향을 미칩니다. 예를 들어, ECDSA(타원 곡선 디지털 서명 알고리즘) 및 해시 함수 SHA-256은 비트코인과 같은 암호화폐 거래에 널리 사용되며, ECDSA는 거래 서명 및 확인에 사용되고, SHA-256은 데이터 무결성을 보장하는 데 사용됩니다. . 연구에 따르면 학자 Grover [3]가 제안한 양자 알고리즘은 SHA-256을 해독할 수 있지만 많은 큐비트, 즉 수억 개의 큐비트가 필요합니다. 그러나 1994년 학자 Shor가 제안한 양자 알고리즘[4]은 ECDSA를 완전히 해독할 수 있으며 단 100만 큐비트만 필요합니다.
비트코인 거래에서 비트코인은 한 지갑 주소에서 다른 지갑 주소로 전송됩니다. 비트코인 지갑 주소는 다음 두 가지 범주로 나뉩니다.
- 첫 번째 유형의 지갑 주소는 수취인의 ECDSA 공개 키를 직접 사용하며 해당 거래 유형을 "공개 키 지불"(p2pk)이라고 합니다.
- 두 번째 유형의 지갑 주소는 수취인의 ECDSA 공개 키의 해시 값을 사용합니다. 해당 거래 유형을 "공개 키 해시에 대한 결제"(p2pkh)라고 하지만 거래가 수행될 때 공개 키가 노출됩니다.
이 두 가지 유형의 거래 중에서 p2pkh 거래가 가장 큰 비율을 차지합니다. 모든 비트코인 거래는 공개되므로 누구나 p2pk 기록 거래에서 수신자의 ECDSA 공개 키를 얻을 수 있습니다. 비트코인의 블록 간격은 약 10분이며, 이 기간 동안 모든 사람은 활성 p2pkh 거래에서 수취인의 ECDSA 공개 키를 얻을 수 있습니다. 양자 컴퓨터를 사용하는 공격자가 ECDSA 공개 키를 획득하면 양자 컴퓨터에서 Shor의 양자 알고리즘을 실행하여 ECDSA 공개 키에서 해당 ECDSA 개인 키를 파생시켜 개인 키의 비트코인을 모두 점유할 수 있습니다. p2pkh 트랜잭션에 10분의 기간만 있는 경우에도 Shor의 양자 알고리즘이 개인 키를 파생하는 데 충분합니다.
Google의 Willow 칩이 달성한 105 큐비트는 비트코인 암호화 알고리즘을 해독하는 데 필요한 큐비트보다 훨씬 작지만, 그럼에도 불구하고 Willow의 출현은 그림 3에서 볼 수 있듯이 대규모의 실용적인 양자 컴퓨터를 구축할 수 있는 광범위한 길을 예고합니다. 최신 성과에 따르면, 암호화 알고리즘을 해독할 수 있는 양자 컴퓨터의 잠재력은 여전히 우려의 대상입니다.
비트코인과 같은 암호화폐는 대규모 양자 컴퓨터가 출현할 때까지 거래 기능을 계속 유지할 수 있습니다. 기존 컴퓨터가 ECDSA 개인 키를 해독하려면 300조 년이 걸리기 때문입니다. 구글의 작업은 아직 현실에서 사용되는 RSA, ECDSA 등의 알고리즘에 위협을 가할 수는 없지만, 구글의 윌로우 칩이 암호화폐 보안 시스템에 새로운 도전을 제기했다고 볼 수 있다. 양자 컴퓨팅의 영향 하에서 암호화폐의 보안을 어떻게 보호할 것인가는 기술계와 금융계의 공통 관심사가 될 것이며, 이는 본질적으로 양자 저항성 블록체인 기술에 달려 있습니다. 이는 또한 암호화폐의 보안과 안정성을 보장하기 위해 양자 저항성 블록체인 기술의 개발, 특히 기존 블록체인의 양자 저항성 업그레이드를 최우선 과제로 삼고 있습니다.
그림 3[5]
양자 저항성 블록체인
PQC(포스트 양자 암호화)[6]는 양자 컴퓨팅 공격에 저항할 수 있는 새로운 유형의 암호화 알고리즘입니다. Shor 양자 알고리즘과 Grover 양자 알고리즘은 현재 블록체인 및 암호화폐에서 널리 사용되는 ECDSA와 같은 고전적인 암호화 알고리즘을 해독할 수 있지만 포스트퀀텀 암호화 알고리즘은 해독할 수 없습니다. 이를 통해 양자 시대가 도래하더라도 포스트 양자 암호화 알고리즘의 보안을 유지할 수 있습니다. 블록체인을 양자 저항 수준으로 마이그레이션하는 것은 최첨단 기술을 탐구할 뿐만 아니라 미래 블록체인의 장기적으로 강력한 보안을 보장하는 것입니다.
AntChain OpenLabs는 이전에 전체 블록체인 프로세스에 대한 포스트 양자 암호화 기능 구축을 완료했으며 OpenSSL[7]을 기반으로 하는 암호화 라이브러리의 포스트 양자 버전을 변환하여 여러 NIST 표준 포스트 양자 암호화 알고리즘[8]을 지원합니다. 포스트퀀텀 TLS 통신. 동시에, 포스트 양자 서명은 ECDSA에 비해 40배 이상의 저장 확장이 있다는 문제를 고려하여 합의 프로세스를 최적화하고 메모리 읽기 대기 시간을 줄임으로써 양자 저항 블록체인의 TPS는 약 50배에 달할 수 있습니다. 원래 체인의 %. 이 암호화 라이브러리는 블록체인의 양자 이후 마이그레이션과 정부 업무 및 금융과 같은 기타 시나리오를 촉진하기 위한 미들웨어로 사용될 수 있습니다.
동시에 AntChain OpenLabs는 풍부한 기능의 암호화 알고리즘의 포스트퀀텀 마이그레이션 계획을 세웠으며 NIST 포스트퀀텀 서명 표준 알고리즘 Dilithium을 위한 분산 키 관리 프로토콜 개발에 참여했습니다. 임의의 임계값을 지원할 수 없는 업계의 포스트 양자 암호화 방식의 단점을 극복할 수 있는 최초의 효율적인 포스트 양자 분배 임계값 서명 프로토콜은 동시에 업계 방식에 비해 성능이 10배 이상 향상되었습니다. . 관련 연구는 최고의 보안 저널인 IEEE Transactions on Information Forensics and Security [9]에 게재되었습니다.
참조
[1] https://x.com/sundarpichai/status/1866167562373124420
[2] https://x.com/sama/status/1866210243992269271
[3] Grover L K. 데이터베이스 검색을 위한 빠른 양자 역학 알고리즘[C]//1996년 컴퓨팅 이론에 관한 제28회 연례 ACM 심포지엄 진행: 212-219.
[4] Shor P W. 양자 계산을 위한 알고리즘: 이산 로그 및 인수분해[C]//1994년 컴퓨터 과학 기초에 관한 제35회 연례 심포지엄: 124-134.
[5] https://blog.google/technology/research/google-willow-퀀텀-칩/
[6] Bernstein DJ, Lange T. 포스트 양자 암호화[J] Nature, 2017, 549(7671): 188-194.
[7] https://github.com/openssl/openssl
[8] https://csrc.nist.gov/News/2022/pqc-candidates-to-be-standardized-and-round-4
[9] Tang G, Pang B, Chen L, Zhang Z. 기능적 상호 교환성을 갖춘 효율적인 격자 기반 임계값 서명[J] 정보 법의학 및 보안에 관한 IEEE 거래 2023, 18: 4173-4187.
[10] Cozzo D, Smart N. LUOV 공유: 임계값 포스트 양자 서명[C]// 암호화 및 코딩에 관한 제17회 IMA 컨퍼런스 진행 - IMACC: 128–153.
이 기사는 AntChain OpenLabs에 의해 작성되었으며 ZAN(X 계정 @zan_team )은 AntChain OpenLabs를 기반으로 하는 TrustBase 오픈 소스 개방형 기술 시스템입니다.
