Coinbase 후량자 비트코인 업그레이드 구상

주안 문：David Christopher, Bankless

편집：Saoirse, Foresight News

10월 21일, Brian Armstrong은 Coinbase가 양자 컴퓨터 공격에 대응하고 비트코인 보안을 강화하기 위한 최신 아이디어를 공개했습니다.

관련 준비 작업은 올해 1월에 시작되었습니다: Coinbase는 독립 양자 자문 위원회를 설립하였으며, 위원회 구성원에는 Scott Aaronson, Dan Boneh, Justin Drake 등의 암호학 연구자가 포함되어 있습니다. 같은 해 7월, Coinbase는 블랙록, 피델리티, 전략 등 기관과 함께 비트코인 보안 연합을 공동 설립하였으며, 향후 3년 내에 비트코인 보안 분야 연구를 위해 1500만 달러를 투자할 것을 약속했습니다. 현재 Coinbase는 양자 저항 비트코인을 구축하기 위한 전체 구상을 완전히 설명하였으며, 새로운 주소, 서명 방식 및 자산 이전 계획을 포함하고 있습니다.

설계 가능한 업그레이드 기반 솔루션

Coinbase의 핵심 아이디어: 비트코인을 저장하는 주소 컨테이너와 자산을 잠금 해제하는 서명 메커니즘을 분리하는 것입니다. 주소 컨테이너는 비트코인을 저장하는 데 사용되며, 서명 메커니즘은 자산의 잠금을 해제하는 방법입니다.

현재 누구도 장기적으로 어떤 양자 저항 서명 방식이 최고의 보안성과 실용성을 갖출 것인지 예측할 수 없습니다. 따라서 Coinbase는 다양한 서명 알고리즘과 호환될 수 있는 주소 유형을 설계하고자 합니다; 이후 암호학적 방안을 변경할 때 전체 주소 시스템을 다시 개발할 필요가 없습니다.

Coinbase는 두 가지 대체 기술 경로를 제안했습니다: BIP-360(P2MR), 이 업그레이드 초안은 새로운 비트코인 주소를 도입하여 양자 공격의 노출 위험을 줄입니다; 또 다른 방안은 P2TRv2로, 이 주소 구조는 양자 저항 서명을 지원할 수 있습니다.

두 가지 방안 모두 Coinbase가 추구하는 유연성을 충족할 수 있지만, 단독으로 사용하기에는 완전한 해결책이 아닙니다. 특히 BIP-360은 여전히 추가 업그레이드가 필요하여 양자 저항 서명을 지원할 수 있습니다.

Coinbase는 혼합 주소 구상을 제안했습니다: 사용자는 기존 서명을 계속 사용할 수 있으며, 양자 저항 서명을 사용하여 동일한 자금을 사용할 수도 있습니다. 그러나 이 방안에는 단점이 있습니다: 이전 서명 방식이 여전히 사용 가능하다면, 이 자금은 여전히 양자 공격의 위협에 직면하게 됩니다. 혼합 주소는 단지 과도기적인 수단일 뿐, 장기적인 해결책이 아닙니다.

적합한 서명 알고리즘 선택

주소 설계가 유연성을 갖추어야 한다는 핵심 원칙을 확정한 후, 다음으로 중요한 문제는 비트코인이 어떤 양자 저항 서명 알고리즘을 선택해야 하는가입니다.

Coinbase는 네 가지 후보 방안을 나열했습니다:

· ML-DSA: 격자 기반 암호로, 표준화가 완료되었으며, 종합 성능이 균형 잡혀 있습니다; 단점은 서명 데이터의 크기가 상대적으로 큽니다.

· SLH-DSA: 역시 표준화가 완료되었으며, 성숙한 해시 함수를 기반으로 구축되었습니다; 서명 크기는 ML-DSA보다 더 큽니다.

· FN-DSA(팔콘): 서명 크기가 더 작지만, 보안 구현의 난이도가 높고, 아직 표준화가 완료되지 않았습니다.

· SHRINCS: 비트코인을 위해 설계된 실험적 방안으로, 서명 크기가 작지만 키 관리에 대한 요구가 매우 엄격합니다.

Coinbase는 비트코인 평가를 위한 4가지 양자 저항 서명 후보 알고리즘을 제안했습니다: 격자 기반의 ML-DSA, FN-DSA(팔콘), 해시 기반의 SLH-DSA, SHRINCS는 각각 서명 크기, 구현 난이도, NIST 표준 여부에서 장단점이 있습니다.

방안 선택에서 가장 큰 모순은 서명 크기에서 발생합니다. 양자 저항 서명의 데이터 크기는 현재 비트코인이 사용하는 서명보다 훨씬 크며, 더 많은 블록 공간을 차지하게 되어 네트워크 거래 처리량을 감소시키고 거래 수수료를 증가시킬 수 있습니다.

따라서 Coinbase는 보안성, 사용 비용, 처리 속도, 하드웨어 지갑 호환성, 고위험 비트코인 자산 이전 주기 등 여러 측면에서 다양한 방안을 평가할 것을 제안합니다.

또 다른 고려해야 할 요소는 키 관리 방식입니다.

상태 기반 서명: 사용자가 각 서명 키의 사용 기록을 기록해야 합니다. 만약 이전 지갑 백업에서 복원한 후 실수로 키를 중복 사용하면, 공격자는 서명을 위조하고 자산을 탈취할 수 있습니다. 위험이 존재하는데 왜 고려해야 할까요? 장점은 효율성입니다. 상태 기반 서명의 크기는 더 작게 만들 수 있어 낮은 수수료를 유지할 수 있지만, 위험이 증가합니다. 따라서 Coinbase는 비트코인이 상태 없는 서명도 동시에 지원할 것을 제안합니다.

이외에도 Coinbase는 서명 방안이 기관 위탁 서비스 제공업체와 호환될 수 있기를 희망합니다. 많은 기관 위탁 비즈니스는 다중 서명 구조를 채택하고 있으며, 개인 키는 여러 서버에 분산 저장됩니다. 일부 격자 기반 암호 방안은 이러한 구조에 더 적합하며, 호환성 또한 중요한 평가 기준입니다.

물론, Coinbase 자체에도 상업적 고려가 있습니다. 비트코인 규모가 가장 큰 위탁 기관 중 하나로서, 업그레이드 방안이 자사의 보안 인프라와 호환되기를 희망합니다. 그러나 기관이 보유한 대량의 비트코인은 전체 비트코인 생태계에 대해서도 무시할 수 없는 요구입니다.

단계별 자산 이전 추진

서명 방안을 선택한 후, Coinbase의 목표는 비트코인 자산을 점진적으로 양자 저항 주소로 이전하기 위한 명확한 로드맵을 수립하는 것입니다.

이 방안은 다섯 가지 잠재적 구현 단계를 계획하고 있습니다:

· 초기 시험 단계: 사용자가 자발적으로 자산을 양자 저항 주소로 이전할 수 있도록 허용합니다.

· 혼합 주소 단계: 혼합 주소를 활성화하여 전통적인 서명과 양자 저항 서명을 동시에 호환하여 부드럽고 점진적인 전환을 실현합니다.

· 안전한 이전 단계: 전송 시 공개 키를 숨기는 기술 수단을 탐색하여 양자 공격의 노출 면을 줄입니다.

· 새로운 규칙 시행 단계: 보안 위험이 있는 이전 주소로의 전송을 점진적으로 제한하고, 최종적으로 이전 주소에서 자산 사용을 금지합니다.

· 최종 마무리 단계: 이전 주소 내 잔여 자산의 처분 규칙을 수립하며, 선택 가능한 방법으로는 이전 마감 시간 설정, 자산 동결, 거래 한도 제한 또는 자산 복구 메커니즘 구축이 포함됩니다.

Coinbase가 제안한 비트코인을 양자 저항 주소로 이전하기 위한 5단계 대체 방안: 사용자 자발적 업그레이드, 혼합 주소 전환, 공개 키 숨기기 위험 감소, 이전 주소 제한 점진적 시행, 마지막으로 잔여 이전 주소 자산의 처분 방식 결정.

Coinbase는 어떤 최종 방안도 확정하지 않았습니다. 현재 단계에서 가장 중요한 작업은 다양한 방안의 실행 가능성을 평가하는 것이며, 업그레이드되지 않은 지갑과 노드의 호환성 성능을 평가한 후 최종 방안을 결정할 것입니다.

휴면 및 분실된 비트코인 개별 처리

다음은 가장 논란이 되는 주제입니다: 장기간 정지된 비트코인을 어떻게 처리해야 할까요?

수백만 개의 비트코인이 공개 키가 유출된 이전 주소에 저장되어 있으며, 여기에는 사토시가 채굴한 블록 보상이 포함되어 있습니다. 일부는 장기 보유자에게 속하고, 다른 일부는 영구적으로 분실되었을 수 있습니다.

이러한 자산은 양자 공격의 주요 목표입니다. 누군가 고성능 양자 컴퓨터를 비밀리에 개발한다면, 전체 산업이 위험을 인지하기 전에 이러한 비트코인을 탈취할 수 있습니다.

Coinbase는 직접적으로 동결하거나 강제로 회수할 것을 주장하지 않으며, 방치할 것을 권장하지도 않습니다. 반대로, Coinbase는 휴면 비트코인 논의와 서명 업그레이드를 분리하여 논의할 것을 제안하며, 휴면 비트코인에 대한 분쟁이 전체 사용자의 양자 보안 업그레이드 프로세스를 지연시키지 않도록 합니다.

자산 복구 메커니즘을 구축하려면, Coinbase는 두 가지 필수 전제를 제시했습니다:

· 메커니즘 자체는 양자 저항 특성을 가져야 합니다: 공격자는 유출된 공개 키만으로 이 복구 메커니즘을 통해 자산을 탈취할 수 없습니다.

· 다양한 극단적인 상황을 포괄해야 합니다: 보유자가 복구 증명을 분실하거나, 시스템이 과부하되거나, 사용자가 마감 기한을 놓치는 경우 등에 대한 대응 계획이 필요합니다.

결론적으로, Coinbase는 이 제안을 공개 토론의 참고 자료로 간주하며, 최종 실행 계획이 아닙니다. 어떤 기업이나 개발자도 비트코인의 발전 방향을 단독으로 결정할 수 없으며, 전체 생태계에서 합의에 도달하는 난이도는 심지어 암호학 기술 자체의 개발보다 더 큽니다.