비트코인의 위기 - 양자컴퓨터의 상용화(Bitcoin crisis - commercialization of quantum computers)

안녕하세요. 이번 포스팅의 주제는 양자컴퓨터가 암호화폐에 미치는 영향을 생각해보고 그 대안 화폐로 나온 화폐에는 어떤 화폐가 있는지 소개하도록 하겠습니다.

i. 양자컴퓨터의 등장과 암호화 패러다임의 변화
먼저 양자컴퓨터라는 단어가 생소하게 들리지는 않으실텐데요. 여기서는 소개수준으로만 이야기하고 넘어가보도록 하겠습니다. 위키에서는 양자컴퓨터를 아래와 같이 정의하고 있습니다.
"양자 컴퓨팅(量子 - , quantum computing) 또는 양자 컴퓨터(quantum computer)는 얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 이용하여 자료를 처리하는 계산 기계이다. 고전적인(전통적인) 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정된다. 양자 컴퓨터에서 자료의 양은 큐비트로 측정된다. 양자 계산의 기본적인 원칙은 입자의 양자적 특성이 자료를 나타내고 구조화할 수 있다는 것과 양자적 메카니즘이 고안되어 이러한 자료들에 대한 연산을 수행할 수 있도록 만들어질 수 있다는 것에 기한다."
양자 중첩 현상이란 양자가 측정되기 전까지 전자가 자신의 스핀 방향의 임의성을 유지하는 것이고, 양자 얽힘 현상은 얽혀 있는 양자들 중 하나가 관측되면 거리에 무관하게 나머지 양자들도 고정되는 것인데요. 좀더 풀어서 설명하면.. 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger)의 '고양이'라는 유명한 예를 들어보겠습니다.

-슈뢰딩거의 고양이-

고양이가 밀폐된 상자에 갇혀 있고, 그 안에 청산가리가 있다면 우리는 상자를 열어 보기 전까지는 고양이의 생사를 알 수 없습니다. 하지만 상자를 열어 보면 고양이가 죽었는지 살았는지 알게 되죠. 즉 관측과 동시에 상황은 고정된다는 것입니다.

-큐비트의 연산 방식-

앞서 언급한 두 원리를 바탕으로 양자 컴퓨터는 ‘큐비트(Qubit)’라는 양자적 상태의 조합을 이용해 연산을 진행합니다. 기존 컴퓨터에서 정보의 기본단위인 비트의 상태는 0 아니면 1 인데요. 양자 컴퓨터의 정보 단위인 큐비트는 0과 1 두 개의 상태를 동시에 가질 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 0인지 1인지 확정 지을 수 없는 상태, 중첩된 상태로 연산을 진행하기 때문인데요. 따라서 두 개의 큐비트는 4개의 상태(00, 01, 10, 11)를 동시에 가질 수 있으며, 3개의 큐비트가 얽히면 8개, 4개의 큐비트가 얽히면 16개의 상태를 동시에 가질 수 있습니다. 즉, 양자 컴퓨터의 연산 속도는 병렬 처리를 통해 큐비트 개수당 2의 n제곱배로 증가하는 것입니다. 만약 큐비트가 512개라면 2의 512제곱배라는 상상할 수 없을 정도의 속도로 연산이 가능한 것이죠.

-양자컴퓨터의 개발 경과-

제작년 12월8일, 미국 항공우주국(NASA)와 구글 퀀텀 인공지능 연구소에서는 기자회견을 열어 최신형 위 사진에서 보이는 양자컴퓨터 ‘D웨이브 2X’ 실물을 공개했습니다. 이 자리에서 연구팀은 일반 싱글코어 컴퓨터에 비해 1억배 이상 빠른 처리 속도를 구현해냈다고 발표했었죠.

양자컴퓨터는 그 특성상 속도의 지수함수적 향상이 가능하므로 연산 속도에 혁명이 발생할 수도 있습니다. 그 첫 번째가 암호화 분야일 것입니다. 현재 널리 쓰이고 있는 공인인증서 및 PKI(공개키암호화), 구간암호화통신(SSL) 등에는 RSA라는 암호화 알고리즘이 들어가 있으며 현존하는 컴퓨팅 파워가 이를 해독하는데 몇 십년 길게는 몇 백년이 걸리도록하는 이는 소인수분해의 계산상 난점을 기반으로 하고 있습니다. 그러나 양자컴퓨터는 향상된 속도를 바탕으로 일반컴퓨터가 수백년에 걸쳐 풀어야만 풀 수 있는 소인수분해 계산을 단시간 안에 끝낼 수 있습니다.
1994년, 수학자피터 쇼어(Peter Shor)는 양자컴퓨터를 이용한 새로운 소인수분해 알고리즘을 개발했습니다. 쇼어는 양자푸리에 변환을 이용해 소인수 분해 문제를 푸는 데 걸리는 시간을 혁신적으로 단축했습니다. 양자컴퓨터에서만 사용할 수 있는 이 알고리즘을 이용하면 현재 세계 전반에서 사용되고 있는 모든 보안을 손쉽게 뚫을 수 있습니다. 은행의 전산망, 국가 기록 보관소 등세계의 모든 정보에 자유롭게 접근할 수 있는 것은 물론이고 암호화폐에도 영향을 미칠 것입니다.

ii. 양자컴퓨터가 가상화폐에 미칠 영향
[51% 공격]
블록체인을 공부하신 분들은 대부분이 아시는 이야기이지만 네트워크에 존재하는 51%의 합의를 통해 블록이 검증되고 생성된다는 점에서 보안성이 보장되어왔습니다.
현존하는 슈퍼컴퓨터 성능상위 500대로 공격해도 그 네트워크 컴퓨팅 파워의 51%를 따라 갈 수 없었거든요.
하지만 양자컴퓨터는 그에 도전장을 내밀 수 있습니다.
다만 그 컴퓨팅 파워로 나머지 코인을 채굴하고 그 네트워크의 보안성을 강화하는 것이 이득이냐 아니면 51%를 능가하여 전체 시스템을 엎어버리는 것이 이득이 될 것이냐에 따라 선택은 달라지겠군요.
하지만 그 선택권 자체가 나의 결정이 아니라는 점은 큰 위험으로 보입니다.

[지갑의 개인키 도출]
우리가 일반적으로 지갑 주소라고 하는 값들이 있습니다. QR로 보여주기도 하는데요. 이 값은 지갑의 PublicKey로 RSA알고리즘에서 외부에 노출되어도 상관없는 키입니다.
앞서 설명한 소인수분해의 계산의 난이성때문인데요. 양자컴퓨터는 지갑의 PublicKey에서 PrivateKey를 빠른 시간안에 도출해낼 수 있게 됩니다.
즉, 다른 사람의 지갑을 탈취할 수 있다는 이야기가 됩니다.
이미 다른 사람의 지갑을 탈취한 해킹 사건은 여러번 있었습니다. 물론 RSA알고리즘을 깨서 PrivateKey를 도출한 방식은 아니었구요.
Bitfinex의 해킹 사례와 같이 거래소의 보안 취약점을 통해 PrivateKey를 탈취한 케이스가 있었습니다.

iii. 양자컴퓨팅에 맞선 가상화폐 - Byteball과 QRL(Quantum Resistant Ledger)
양자컴퓨터 시대에 해킹으로부터 방어하기 위해 개발한 최초의 코인은 바이트볼코인(Byteball)입니다.
바이트볼은 블록체인 기술이 아닌 완전 새로운 방식으로 러시아출신 기업가겸 개발자를 주축으로 개발되었으며,
국제 ico도 진행하지 않고, BTC보유분 증명시 기가바이트(GBYTE)를 지급하는 방식을 택하여 1년간 진행중에 있습니다.
해당 코인의 방어 원리는 다음 포스팅에서 설명하도록 하겠습니다.
아래 차트를 보시면 최근들어 급상승하였음을 볼 수 있습니다.

Byteball이 너무 많이 올라 대체제를 보신다면 QRL이라는 화폐도 있습니다.
아직까지는 호재도 없는 상태라 많이 오르진 않았고 국내외 소개된 내용이 거의 없지만 개발 로드맵을 공유해드리면 아래와 같습니다.
https://theqrl.org/roadmap.html

iv. 맺는 말
저는 개인적으로 이미 양자컴퓨터는 언론에 알려진 것보다 더 많이 발전해 있고 보이지 않는 곳(미국의 일부 기관)에서 이미 사용되고 있을 것이라 생각하고 있습니다.(D-Wave이전부터 수십년을 연구해왔으며 D-Wave는 그 연구 결과의 일부일 뿐입니다.) 만약 소수가 양자컴퓨터를 소유하게 된다면 양자컴퓨터가 상용화되지 않은 현재 시점에서 핵폭탄 투하보다 더 큰 혼란을 초래할 수 있습니다. 현재 모든 IT인프라 기술을 신뢰하기 어려워지고 인터넷과 연결된 거의 대부분의 산업 및 개인들의 연결은 신뢰성을 잃게 될 것입니다. 결국 곧 다가올 2020년내에 암호화폐의 미래는 양자컴퓨팅에 대항할 수 있는 화폐가 될 것입니다.

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The subject of this posting is to consider the impact of quantum computers on cryptography, and let me introduce what currencies are in the currencies.

I. The emergence of quantum computers and the change of encryption paradigm
First, the word quantum computer is not unheard of. I will talk about it only at the introduction level. The wiki defines a quantum computer as follows.
"Quantum computing or a quantum computer is a computational machine that processes data using quantum mechanical phenomena such as entanglement or superposition. In a classical (traditional) computer, The basic principle of quantum computation is that quantum properties of a particle can represent and structure data and quantum mechanics are devised, so that the computation of these data To be able to do so. "
The quantum superposition phenomenon is that the electron maintains its randomness in the spin direction until the quantum is measured, and the quantum entanglement phenomenon fixes the remaining quantum regardless of the distance when one of the entangled quantum is observed. Let's take a closer look at the famous example of Austrian physicist Erwin Schrodinger's 'cat'.

-The cat of Schrodinger-

If the cat is trapped in a sealed box and there is a cyanide in it, we can not know the life and death of the cat until we open the box. But when I open the box, I see that the cat is dead or alive. That is, the situation is fixed at the same time as the observation.

-Operation method of qubits-
https://steemitimages.com/DQmcEWCY46uffzwHLtzsV8AGQMopN8zU6bCc4CjxP6Y76Mx/q%20 (1) _bcc26e13-5540-4a91-9996-36e17a86693e.jpg
Based on the two principles mentioned above, quantum computers operate using a combination of quantum states called 'Qubit'. The state of a bit which is the basic unit of information in an existing computer is 0 or 1. A cubic, the information unit of a quantum computer, can have two states, 0 and 1 at the same time. This is because the quantum computer is in a state where it can not be determined whether it is 0 or 1, and the computation proceeds in a nested state. Therefore, two cubes can have 4 states (00, 01, 10, 11) at the same time. If 3 qubits are entangled, 8 qubits and 4 qubits can have 16 states simultaneously. In other words, the computational speed of a quantum computer increases by n times the number of qubits per square bit through parallel processing. If the number of qubits is 512, it can be computed at an unimaginable speed of 512 times 2.

-Development progress of quantum computer-

On December 8, NASA and Google Quantum Artificial Intelligence Labs held a press conference to unveil a quantum computer 'D Wave 2X' in the latest photo above. At this point, the research team announced that it had achieved a processing speed of more than 100 million times faster than a typical single-core computer.

A quantum computer can revolutionize the computation speed because of its exponential improvement in speed. The first is encryption. Currently widely used public certificates, PKI (Public Key Cryptography), and interval encrypted communication (SSL) contain encryption algorithms called RSA, and the existing computing power will take several decades to decipher it, Based on the calculation difficulty. However, quantum computers are able to finish counting factoring decomposition in a short period of time, which can be solved only if the ordinary computer has to solve it for several hundred years.
In 1994, mathematician Peter Shor developed a new sub-prime resolution algorithm using quantum computers. Shore has revolutionized the time it takes to solve the factoring problem using quantum Fourier transforms. This algorithm, which can only be used with quantum computers, makes it easy to penetrate all the security that is currently used around the world. It will not only give you free access to all the world's information such as the bank's computer network and state archives, but it will also affect your passwords.

Ii. How Quantum Computers Affect Virtual Money
[51% Attack]
Most people who have studied the block chain know that the block has been verified and generated through the 51% agreement in the network.
The attack on the top 500 of existing supercomputers did not follow 51% of the network computing power.
However, quantum computers can challenge him.
But the choice will depend on whether it is beneficial to mine the rest of the coin with that computing power and to strengthen the security of the network, or to overcome the overall system by over 51%.
But the fact that the option itself is not my decision is a great danger.

[Deriving the private key of the wallet]
There are values ​​that we commonly call Wallet addresses. I also show it as QR. This value is a key in the wallet's PublicKey, which may be exposed outside by the RSA algorithm.
This is due to the difficulty of calculating the factorization described above. A quantum computer will be able to derive PrivateKey from your wallet's PublicKey in a fraction of the time.
In other words, it is a story that you can take another person's wallet.
There have been many hacking cases that have already taken someone else's wallet. Of course, I did not break the RSA algorithm and derive the PrivateKey.
There have been cases where the company has taken PrivateKey through the exchange's security vulnerabilities, such as Bitfinex's hacking example.

Iii. Virtual currency against quantum computing - Byteball and Quantum Resistant Ledger (QRL)
The first coin developed to defend against hacking in the quantum computer age is Byte Ball Coin.
Bite Ball is not a block chain technology but a completely new way, developed by Russian entrepreneurs and developers,
We do not proceed with international ico, and we have chosen to pay Gigabyte (GBYTE) for the proof of BTC holdings.
I will explain the principle in the next post.
If you look at the chart below, you can see that it has soared recently.

If you see too many Byteballs and alternatives, there is a currency called QRL.
So far, there has been no good news, so there is not much that has been introduced in Korea and abroad, but if you share the development road map, it is as follows.
Https://theqrl.org/roadmap.html

Iv. A conclusion
I personally think that quantum computers are already more developed than what is known in the press and have already been used in places that are not visible (some parts of the United States). (D-Wave has been studying for decades before D-Wave, It is only part of the study.) If a minority owns a quantum computer, it can cause more confusion than the atomic bombing at the present moment when the quantum computer is not commercially available. At present, all IT infrastructure technology becomes unreliable, and the connection of most industries and individuals connected to the Internet will lose credibility. In the near future, the future of cryptography in the coming 2020 will be money that can fight against quantum computing.