양자 암호 공격 사례 및 기법

쇼어(Shor) 알고리즘을 이용한 암호화폐 서명 공격:

사례: 현재 대부분의 암호화폐(비트코인, 이더리움 등)에서 사용되는 RSA, ECC(타원 곡선 암호)와 같은 공개키 암호화 방식은 소인수분해 및 이산 로그 문제의 어려움에 기반합니다. 쇼어 알고리즘은 양자 컴퓨터를 사용하여 이 문제를 효율적으로 해결할 수 있어, 이론적으로 암호화폐 지갑의 개인키를 탈취하여 거래를 위조하거나 자산을 유출할 수 있습니다. 이는 스테이블코인의 무결성과 소유권에 직접적인 위협이 됩니다.

기법: 양자 푸리에 변환(QFT)을 활용하여 대규모 정수의 소인수분해 및 이산 로그를 빠르게 계산.

그로버(Grover) 알고리즘을 이용한 해시 충돌 공격:

사례: 암호화폐 채굴 및 블록체인 무결성 검증에 사용되는 해시 함수(예: SHA-256)는 입력값의 작은 변화에도 완전히 다른 출력값을 생성하며, 역으로 출력값으로부터 입력값을 추론하기 어렵다는 특성을 가집니다. 그로버 알고리즘은 무차별 대입 공격(Brute-force attack)의 속도를 제곱근만큼 향상시켜, 해시 충돌을 찾거나 특정 해시값을 만족하는 입력값을 찾는 데 필요한 시간을 단축시킬 수 있습니다. 이는 블록체인의 작업 증명(PoW) 보안을 약화시키고, 스테이블코인 거래의 이중 지불 공격 가능성을 높일 수 있습니다.

기법: 비정렬 데이터베이스 검색을 가속화하여 해시 함수의 역함수를 찾는 효율성을 높임.

양자 컴퓨터를 이용한 스테이블코인 거래 안정성 교란:

사례: 스테이블코인의 안정성은 담보 자산(법정화폐, 다른 암호화폐 등)의 가치와 연동되어 유지됩니다. 양자 컴퓨터가 기존 암호 체계를 무력화하면, 담보 자산의 이동 및 관리 시스템, 또는 스테이블코인 발행 및 소각 메커니즘을 보호하는 암호화된 통신 및 서명 시스템이 위협받을 수 있습니다. 이는 스테이블코인 발행사의 자산 유용, 오라클(Oracle) 공격, 그리고 궁극적으로 스테이블코인의 페그(Peg) 유지를 어렵게 만들어 거래 안정성을 심각하게 흔들 수 있습니다.

기법: 핵심 인프라(담보 관리 시스템, 오라클 등)의 암호화된 통신 채널 탈취, 스마트 컨트랙트의 서명 무력화, 거래 검증 시스템 우회.

양자 키 분배(QKD) 시스템 우회 공격 (인프라 취약점):

사례: 양자 암호 공격에 대비하여 양자 키 분배(QKD)와 같은 기술이 논의되고 있지만, QKD 자체의 구현이나 인프라에 취약점이 존재할 수 있습니다. 예를 들어, QKD 시스템의 물리적 구현 오류, 사이드 채널 공격, 또는 중계 노드(Relay Node)에 대한 공격을 통해 양자적으로 안전한 키 교환 과정이 무력화될 수 있습니다. 이는 스테이블코인 거래의 종단간(End-to-End) 보안을 훼손할 수 있습니다.

기법: QKD 프로토콜의 물리적 취약점 악용, 중간자 공격을 통한 키 정보 탈취.

양자 내성 암호 (PQC) 방어 기법

• 격자 기반 암호 (Lattice-based Cryptography) 적용:
• • 설명: 격자 문제의 계산 복잡성에 기반한 암호 방식으로, 양자 컴퓨터로도 효율적으로 풀기 어렵다고 알려져 있습니다. NIST(미국 국립 표준 기술 연구소)의 PQC 표준화 과정에서 가장 유망한 후보 중 하나입니다. 스테이블코인 거래 서명, 키 교환 등에 적용하여 양자 공격에 대한 보안을 강화할 수 있습니다.
  • 활용: 양자 내성 디지털 서명(Dilithium), 양자 내성 키 교환(Kyber).
• 해시 기반 서명 (Hash-based Signatures) 도입:
• • 설명: 해시 함수의 보안성에 기반한 서명 방식으로, 양자 컴퓨터 공격에 대해 비교적 잘 이해되고 검증된 보안을 제공합니다. 특히 일회성 서명(OTS) 방식은 양자 내성이 입증되었으나, 서명 크기가 크고 키 관리가 복잡하다는 단점이 있습니다. XMSS, SPHINCS+ 등이 대표적입니다.
  • 활용: 장기 보관이 필요한 중요 데이터의 무결성 검증, 펌웨어 업데이트 서명 등.
• 동형 암호 (Homomorphic Encryption) 활용:
• • 설명: 암호화된 상태에서도 데이터를 연산할 수 있게 하는 암호 기술입니다. 양자 컴퓨터의 위협으로부터 민감한 데이터를 보호하면서도 클라우드 환경 등에서 데이터 분석 및 처리가 가능하게 합니다. 스테이블코인 관련 민감 데이터의 온체인 분석이나 프라이버시 보호에 활용될 수 있습니다.
  • 활용: 프라이빗한 온체인 데이터 분석, 규제 준수를 위한 감사 데이터 보호.
• 코드 기반 암호 (Code-based Cryptography) 적용:
• • 설명: 오류 정정 코드(Error-correcting codes)의 어려움에 기반한 암호 방식으로, 양자 컴퓨터에 강건하다고 알려져 있습니다. McEliece 암호 시스템이 대표적이며, 공개키 크기가 크다는 단점이 있습니다.
  • 활용: 장기 보안이 요구되는 데이터 암호화, 특정 보안 통신 채널.
• 다변수 다항식 기반 암호 (Multivariate Polynomial Cryptography) 적용:
• • 설명: 다변수 다항식 시스템을 푸는 문제의 어려움에 기반한 암호 방식으로, 디지털 서명에 주로 활용됩니다. 양자 컴퓨터 공격에 대한 저항력을 가지며, 비교적 작은 서명 크기를 제공할 수 있습니다.
  • 활용: 블록체인 트랜잭션 서명, 스마트 컨트랙트 인증.