미 에너지부, 비트코인(BTC) 보안 겨냥 2억 1,500만 달러 양자 경연대회 출범

퀀텀 제네시스 Q 대회, 2억 1,500만 달러 규모로 문 열다

미국이 언젠가 Bitcoin의 암호학을 시험할 수 있는 기계에 연방 자금을 걸었다. 목요일, 미 에너지부는 최대 2억 1,500만 달러 규모의 자금이 뒷받침되는 '퀀텀 제네시스 Q 경연대회(Quantum Genesis Q Competition)'를 개최했다. 대회의 목표는 실험실 단계의 가능성에 머물러 있던 양자컴퓨팅을 실제 작동하는 하드웨어로 전진시키는 것이다. 이 이니셔티브를 알리는 글에서 백악관 과학기술정책실은 퀀텀 제네시스의 Q 경연대회를 양자컴퓨팅을 주류 실용 단계로 끌어올리는 다음 단계로 규정했으며, 에너지부가 기술적 추진을 주도한다고 밝혔다.

이번 대회는 민간 기업들에게 주최 측이 말하는 '과학적으로 의미 있는' 내결함성(fault-tolerant) 양자컴퓨터를 시연할 것을 요구한다. 기술적 최소 기준은 명확하다. 최소 100개의 논리 큐비트(logical qubit), 더불어 수억 회에 이르는 신뢰할 수 있는 연산의 지속 실행이다. 논리 큐비트는 오늘날 하드웨어 내부의 잡음이 심한 물리적 큐비트와 달리 오류 정정이 적용된 양자 정보 단위다. 그리고 내결함성은 긴 계산이 잡음 속에서 무너지지 않게 유지하는 기술이다. 현재의 기계는 빠르게 성능이 열화되어 본격적인 과학 연구에 쓰기 어렵다. 이 때문에 이 문턱을 넘는다는 것은 대규모 오류 정정 양자 연산이 파편화된 실험이 아니라 의미 있는 규모로 구동될 수 있음을 처음으로 증명하는 일이 된다.

더 넓은 프로그램이 담고 있는 더 중대한 표식은 2028년 배치라는 일정이다. 이것은 고정된 달력상의 날짜이며, Bitcoin을 둘러싼 양자 위험 논쟁이 지금까지 한 번도 가져본 적 없는 것이다. 그동안 양자 위험 논의는 기한 없이 열린 채로 존재했다. 즉, 일정표 없는 위협이었다. 자금이 지원되는 연방 대회에 배치 목표가 붙으면서 논쟁의 형태가 달라졌다. 추상적 우려가 외부인이 추적할 수 있는 이정표를 가진 공학 로드맵으로 바뀐 것이다. 다만 백악관과 에너지부 모두 프로젝트별 자금 배분 내역은 공개하지 않았고, 제출 마감일도 공지에 명시되지 않았다.

큐비트 격차와 노출된 604만 BTC

이 소식이 Bitcoin에 중요한 이유는 결국 하나의 알고리즘으로 귀결된다. Bitcoin은 타원곡선 암호학으로 소유권을 증명한다. 네트워크는 공개 키(public key)를 기준으로 서명을 검증하며, 유효한 서명은 대응하는 개인 키(private key)만이 만들어낼 수 있다. 충분히 강력한 양자 기계가 쇼어(Shor) 알고리즘을 구동하면 이 관계를 뒤집을 수 있다. 즉, 이미 네트워크에 공개된 공개 키로부터 개인 키를 역산해내는 것이다.

구글(Google)의 연구진은 올해 초, Bitcoin이 사용하는 256비트 타원곡선 체계를 깨는 데 기계 설계에 따라 대략 1,200~1,450개의 논리 큐비트가 필요하다고 추산했다. 에너지부가 제시한 최소 기준인 100개는 이 선보다 훨씬 아래다. 그러나 이 문턱을 달성하면 오류 정정 아키텍처가 확장 가능하다는 사실, 곧 모든 위험 추산이 전제하는 선행 조건이 확립된다.

노출 규모는 가정이 아니다. 5월에 공개된 온체인 분석에 따르면 약 604만 BTC, 발행량의 30.2%에 해당하는 코인이 공개 키가 이미 온체인에 드러난 출력물에 보관돼 있었다. 최초의 사토시 시대 보유분을 포함한 이 코인들은 양자 키 해독이 실용화되는 순간 가장 뚜렷한 표적이 된다. 그래서 Bitcoin maximalism에 헌신하는 진영조차 이 주제를 단순한 배경 소음 이상으로 다룬다.

개발자들이 백지 상태에서 시작하는 것도 아니다. 초안 제안 BIP 360과 BIP 361은 공개 키 노출을 줄이고 나아가 오늘날의 취약한 서명 방식에서 벗어나는 경로를 그리고 있다. 이런 범위의 마이그레이션은 지갑, 거래소, 커스터디, 일반 사용자를 동시에 건드린다. Segregated Witness 같은 과거 프로토콜 변경의 속도를 감안하면 완료까지 수년이 걸릴 수 있다. 이 노력은 이제 네트워크를 둘러싼 기술·정책 쟁점 목록에 합류했다. Bitcoin이 약 7만 6,000달러선을 유지하던 시기 연구자들이 촉구했던 AI 핵 사용 레드라인 논의와 나란히이다.

2028 마감이 마이그레이션 논쟁을 바꾼다

이번 대회가 Bitcoin의 proof-of-work 설계나 mining 계층을 위험에 빠뜨리는 것은 아니다. 블록 생성을 보호하는 것은 서명이 아니라 해싱이다. 취약점은 키 노출이다. 이번 주 달라진 것은 워싱턴이 지금까지도 없던 예산과 날짜를, 그동안 둘 다 없던 위협에 붙였다는 점이다. 이번 공지에 대한 우리의 판단은 이렇다. 큐비트 격차는 수천 개 규모로 측정되는 만큼 수학적 우위는 여전히 Bitcoin에 있다. 그러나 2028 표식을 단 자금 지원 연방 로드맵은 잠들어 있던 BIP 360 논쟁을 점점 더 방치하기 어렵게 만들 것이다.