양자 컴퓨터는 비트코인을 무너뜨릴 수 있나? [2025년]

구글이 자체 개발한 양자 칩 ‘윌로우'(Willow)를 장착한 양자컴퓨터를 개발했다고 발표했습니다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터의 연산 능력을 훨등히 능가하는 성능을 갖추고 있습니다. 이는 곧 블록체인의 암호화 기능을 해체하는 위협으로도 해석될 수도 있습니다. 이러한 우려 때문에 비트코인 가격도 9만 7000달러대에서 9만 4000달러대까지 단기간 하락하기도 했습니다.

그렇다면, 양자 컴퓨터는 블록체인 산업에 어떠한 영향을 끼칠 수 있을까요? 그리고 암호화폐 산업은 이를 위한 대비를 어떻게 하고 있을까요. 이번 글에서는 양자 컴퓨터가 어떻게 발전해 왔고, 어떠한 기능을 갖추고 있는지 등에 대해 살펴보겠습니다.

양자 컴퓨터란 무엇인가요?

양자 컴퓨터는 양자역학의 원리를 활용하여 정보를 처리하는 컴퓨터입니다. 전통적인 컴퓨터는 비트를 사용해 정보를 저장하고 처리하는 반면, 양자 컴퓨터는 큐비트(quantum bit)를 사용합니다. 큐비트는 고전적인 비트처럼 0 또는 1의 값을 가질 수 있지만, 양자역학적 특성 덕분에 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태를 가질 수 있습니다. 이를 통해 양자 컴퓨터는 동시에 여러 계산을 처리할 수 있습니다. 일반 컴퓨터보다 연산 속도가 훨씬 높아집니다. 양자 컴퓨터의 주요 특징은 다음과 같습니다.

중첩: 고전 컴퓨터의 비트는 0 또는 1 중 하나의 상태만 가질 수 있지만, 큐비트는 0과 1 상태가 동시에 존재할 수 있습니다. 이 중첩 상태 덕분에 양자 컴퓨터는 여러 상태를 동시에 계산할 수 있어 더 빠른 처리가 가능합니다.

얽힘: 양자 얽힘은 두 큐비트가 서로 강하게 연결되어 하나의 큐비트 상태가 다른 큐비트의 상태에 영향을 미치는 현상입니다. 이 특성 덕분에 양자 컴퓨터는 멀리 떨어져 있는 큐비트들 간에도 정보를 빠르게 전송하고 처리할 수 있습니다.

간섭:양자 컴퓨터는 큐비트들이 서로 간섭을 일으켜 계산 결과를 최적화하는 방식으로 작업합니다. 이는 양자 알고리즘이 문제를 해결하는 데 있어 중요한 역할을 합니다.

양자 컴퓨터는 고전적인 컴퓨터로는 해결하기 어려운 문제를 더 빠르고 효율적으로 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 암호 해독과 약물 개발, 최적화 문제 등에서 탁월한 성능을 보일 수 있습니다.

하지만 양자 컴퓨터는 아직 상용화되지는 않았으며, 기술적인 도전 과제가 많습니다. 큐비트의 안정성을 유지하고 오류를 줄이는 문제가 해결되어야 실제로 널리 사용될 수 있습니다.

양자 컴퓨터의 역사

미국의 이론 물리학자이자 노벨 물리학상 수상자로 유명한 리처드 파인만(1918-1988) 박사가 처음 양자 컴퓨터 개념을 창안했습니다. 파인만 박사는 1981년 미국 캘리포니아에서 열린 물리학자 회의에서 양자 컴퓨터라는 아이디어를 처음 언급했습니다. 그는 당시 “우리가 자연의 법칙을 이해하기 위해서는 양자 시스템을 시뮬레이션할 수 있는 방법이 필요하다”고 주장했습니다.

그는 고전적인 컴퓨터가 양자 현상을 시뮬레이션할 수 없다는 점에서 출발했습니다. 이를 위해 새로운 형태의 컴퓨터가 필요하다고 주장했고, 이때 양자 컴퓨터의 개념이 등장했습니다. 이어 그는 양자 비트(큐비트)를 이용한 계산이 가능하다고 주장했습니다. 큐비트는 고전적인 비트와는 달리 0과 1 상태가 동시에 존재할 수 있는 특성을 지니며, 이로 인해 양자 컴퓨터는 고전적인 컴퓨터보다 훨씬 더 복잡하고 효율적인 계산을 수행할 수 있다고 말했습니다.

파인만이 던진 이러한 아이디어는 이후 연구자들이 발전시켰습니다. 큰 흐름은 다음과 같습니다.

1. 양자 알고리즘의 개발 (1980~1990년대)

• 1985년: 데이비드 도이치가 양자 컴퓨터에서 계산이 가능한 범위에 대한 이론적 기초를 마련했습니다. 그는 양자 튜링(Turing) 기계 모델을 제시하며, 양자 컴퓨터의 계산 능력이 고전적인 컴퓨터를 초과할 수 있음을 이론적으로 입증했습니다.
• 1994년: 피터 쇼어가 쇼어(Shor) 알고리즘을 발표했습니다. 이 알고리즘은 큰 수의 소인수 분해 문제를 고전적인 알고리즘보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있다는 것을 보여주었고, 이는 양자 컴퓨터가 암호학에 미치는 잠재적인 영향을 강조한 중요한 발견이었습니다.
• 1996년: 로브 그로버가 그로버(Grover) 알고리즘을 발표했으며, 이 알고리즘은 데이터베이스 검색 문제를 고전적인 방법보다 빠르게 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 양자 컴퓨터의 실용적인 가능성을 더욱 부각시킨 중요한 이론적 발전이었습니다.

2. 양자 컴퓨터 하드웨어 개발 (2000년대)

• 2000년대 초반에는 양자 컴퓨터 하드웨어에 대한 연구가 활발히 진행되었으며, 여러 가지 양자 시스템이 실험적으로 구현되었습니다. 대표적인 연구 방식으로는 이온 트랩, 초전도 큐비트, 양자 도약 기술 등이 있었습니다.
• 2009년: IBM, 구글, 인텔 등 대기업들이 양자 컴퓨터 개발에 투자하기 시작했고, 초기 양자 컴퓨터 프로토타입이 발표되었습니다.
• 2011년: IBM이 세계 최초로 상용화 가능한 양자 컴퓨터 시스템을 발표하였고, 여러 연구기관이 이 기술을 발전시키기 시작했습니다.

3. 양자 컴퓨터의 상용화 및 실용화 단계 (2010년대)

• 2010년대에는 양자 컴퓨터가 점차 실험적인 프로토타입에서 상용화 가능성이 있는 단계로 나아갔습니다. 일부 기업은 양자 컴퓨터를 클라우드 기반으로 제공하기 시작했으며, 예를 들어 IBM의 ‘IBM 퀀텀’ 플랫폼이나 구글의 ‘퀀텀 AI’ 등이 있습니다.
• 2019년: 구글은 양자 우위를 주장하며, 53큐비트를 이용한 양자 컴퓨터가 고전적인 컴퓨터보다 특정 계산을 더 빠르게 해결할 수 있다는 실험 결과를 발표했습니다. 이는 양자 컴퓨터가 실제로 고전적인 컴퓨터를 능가할 수 있는 가능성을 실증한 중요한 사건이었습니다.
• 이 시기에 양자 컴퓨터 개발이 활발히 이루어졌고, 기업과 연구기관들이 양자 소프트웨어와 양자 알고리즘 개발에 집중하기 시작했습니다.

4. 양자 오류 수정 및 안정성 문제 (2020년대)

• 양자 컴퓨터의 큐비트는 매우 불안정하여 양자 오류 수정이 중요한 연구 분야로 떠오르게 되었습니다. 오류를 수정하는 기술이 발전하면서 실용적인 양자 컴퓨터로 가는 길이 열리고 있습니다.
• 2020년대 초반: 여러 기업들은 양자 오류 수정을 해결하기 위한 방법을 모색하고 있으며, 초전도 큐비트나 이온 트랩 기술 등의 안정성을 높이는 연구가 이어지고 있습니다.

5. 양자 컴퓨터의 상용화와 산업 적용 (현재 진행 중)

• 2020년대 중반부터 양자 컴퓨터는 실제 산업에 적용될 수 있는 가능성을 가지기 시작했습니다. 예를 들어, 양자 화학, 물류 최적화, 암호 해독, 약물 개발 등 다양한 분야에서 양자 컴퓨터가 활용될 수 있는 연구가 진행되고 있습니다.
• 2023년: IBM, 구글, 마이크로소프트 등 주요 기업들이 양자 컴퓨터의 상용화에 더욱 가까워지고 있으며, 양자 컴퓨터의 클라우드 서비스를 제공하여 기업들이 실험적인 양자 알고리즘을 사용할 수 있도록 지원하고 있습니다.
• 2024년 12월 10일: 구글은 자체 개발한 양자 칩 윌로(Willow)를 장착한 양자컴퓨터가 10셉틸리언(septillion·10자)년 걸리는 문제를 5분 만에 풀었다고 밝혔습니다. 다만, 이번 연산에서는 테스트용 알고리즘을 사용했고 실제 적용 사례는 없습니다. 이 소식으로 비트코인 해킹 우려가 높아지면서 비트코인 가격이 이날 소폭 하락했습니다.

구글의 양자 컴퓨터와 윌로우 칩

2024년 12월 9일, 구글은 10셉틸리언(10의 24제곱·septillion)년 걸려야 풀리는 문제를 단 몇 분 만에 푸는 양자컴퓨터를 개발했다고 발표했습니다. 셉틸리언은 우주의 나이보다 훨씬 더 오래 걸리는 시간입니다. 구글은 불과 5년 전에는 1만 년 걸리는 문제를 몇 분 안에 풀 수 있는 슈퍼 컴퓨터를 개발했다고 발표했는데요. 그 발전 속도가 어마어마하게 빨라졌습니다.

구글의 이번 슈퍼컴퓨터에는 양자 칩 ‘윌로우'(Willow)를 장착했습니다. 구글은 이것으로 현존 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터인 프론티어를 능가했다고 밝혔습니다. 프런티어가 10셉틸리언년을 10자년에 걸쳐 풀 수 있지만, 이번 윌로우 칩을 장착한 양자 컴퓨터는 단 5분만에 문제를 풀었다고 강조했습니다.

다만, 이번 실험은 성능 테스트였고 실제 사용된 사례는 없습니다. 이에 대해, 구글은 기존 컴퓨터가 풀지 못하는 문제를 풀어 2025년 발표하겠다고 덧붙였습니다.

암호화폐 가격 일제히 하락

이 소식에 암호화폐 가격이 단기간 일제히 하락했습니다. 11일 비트코인 가격은 9만 7000달러대에서 9만 4000달러대까지 폭락했습니다. 같은 기간 리플과 솔라나, 도지코인은 각각 19.7%, 9%, 15% 급락했습니다. 다만, 비트코인은 다시 안정세를 찾고 9만 7000달러대를 회복했습니다.

암호화폐 산업계는 구글의 슈퍼 컴퓨터가 암호화폐의 보안을 뚫을 수 있다는 우려가 제기됐습니다. 그러면서도 일각에서는 암호화폐 보안을 뚫기에는 아직 힘들다고 주장했습니다. 비트코인 낙관론자이자 기업가인 벤 시그먼은 “비트코인은 두 가지 주요 유형의 암호화를 사용한다. 이 두 가지를 모두 풀기 위해서는 수백만 개의 큐비트가 필요하다. 이는 윌로우의 105개의 큐비트가 비트코인을 해독하기에는 상당히 멀리 뒤처졌음을 의미한다”고 지적했습니다.

다만, 이날 암호화폐 전문 매체인 코인게이프에서는 “(양자 컴퓨터) 기술이 빠르게 발전하고 있어 10~20년 후에는 현실적인 위협이 될 수 있다. 비트코인을 비롯한 암호화폐 업계의 대비는 여전히 중요한 초점이 될 것”이라고 언급했습니다. 

양자 컴퓨터가 암호화폐에 미치는 위협

양자 컴퓨터가 암호화폐와 블록체인 기술에 중요한 위협을 미칠 수 있습니다. 특히, 현재의 암호화폐 시스템에서 사용되는 암호화 알고리즘은 양자 컴퓨터의 성능에 취약할 수 있기 때문에, 양자 컴퓨터의 발전은 암호화폐의 보안성을 위협할 수 있습니다. 주요 위협 요소는 다음과 같습니다.

소인수 분해와 쇼어(Shor)의 알고리즘

• 대부분 암호화폐는 RSA나 ECDSA(타원곡선 디지털 서명 알고리즘)와 같은 암호화 기법을 사용하여 거래를 안전하게 보호합니다. 이들 알고리즘의 보안성은 소인수 분해와 타원곡선 이산 로그 문제의 수학적 난도에 의존합니다.
• 쇼어(Shor)의 알고리즘은 양자 컴퓨터에서 소인수 분해 및 이산 로그 문제를 고전적인 알고리즘보다 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 알고리즘입니다. 즉, 양자 컴퓨터가 충분히 발전하면 현재 사용되는 공개키 암호 시스템이 손쉽게 깨질 수 있습니다.
• 이로 인해, 양자 컴퓨터가 등장하면 비트코인, 이더리움 등의 암호화폐에서 사용되는 서명 시스템이 무력화되어 거래의 무결성이 깨질 위험이 있습니다.
• 또 이러한 기술을 활용해 공개키에서 개인키를 찾아낼 수 있습니다. 이는 양자 컴퓨터를 가진 사람이 누군가의 지갑에 직접 접근해 자산을 가로챌 수 있다는 이야기입니다.

서명과 거래 검증의 취약성

• 암호화폐에서는 디지털 서명을 사용하여 거래의 유효성을 검증합니다. 비트코인 같은 시스템에서 사용되는 서명은 현재 양자 컴퓨터의 공격을 막기 어렵습니다.
• 양자 컴퓨터가 발전하면, 디지털 서명의 비밀 키를 빠르게 추출할 수 있게 되어, 거래의 승인 및 검증이 어려워질 수 있습니다.

채굴 및 네트워크 보안 위험성

• 양자 컴퓨터는 해시 충돌 공격(hash collision)에서도 위협을 미칠 수 있습니다. 해시 함수는 암호화폐 채굴에서 중요한 역할을 하며, 블록체인에서 거래가 제대로 기록되도록 보장합니다. 양자 컴퓨터가 충분한 성능을 갖추면, 해시 함수의 취약성을 이용하여 거래를 조작하거나 변경할 가능성이 존재합니다.
• 양자 컴퓨터는 쇼어 알고리즘(Shor’s Algorithm)을 사용하여 소인수 분해와 이산 로그 문제를 해결할 수 있기 때문에, 현재 채굴에 사용되는 해시 함수가 양자 컴퓨터에 의해 더 쉽게 공격당할 수 있습니다.
• 양자 컴퓨터가 등장하면, 작업 증명(Proof of Work) 시스템을 통한 보안이 취약해질 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 해시 계산을 빠르게 해결할 수 있기 때문에, 공격자는 블록체인 네트워크에 대해 51% 공격을 더 쉽게 수행할 수 있을 가능성이 있습니다. 이는 네트워크의 무결성과 안전성을 위협하게 됩니다.

양자 컴퓨터 vs 블록체인: 암호화 문제

그러나 양자 컴퓨터의 등장이 블록체인 기술의 종말이 될 수는 없을 것입니다. 블록체인 기술에서 암호화, 데이터 무결성 및 보안을 위해 사용되는 해시 함수는 양자 컴퓨터에 대한 내성이 더 강합니다.

해시 함수는 수학 알고리즘을 사용하여 가변적인 수의 문자를 고정된 수의 문자로 변환합니다. 예를 들어, 비밀번호와 같은 데이터를 믹서기에 넣고 혼합하여 해시라고 하는 고유한 출력을 생성하는 것과 같습니다.

해시 함수는 소인수 분해와 같은 양자 컴퓨터가 뚫을 수 없는 수학적 문제를 이용하지 않기 때문에 양자 컴퓨터에 저항력이 있는 것으로 여겨집니다. 그러나 그로버 알고리즘이 해시 함수를 위협할 수 있다는 이론도 있습니다.

양자 내성 암호화폐란 무엇인가요?

기술은 계속 계발되고 있습니다. 양자 컴퓨터가 비트코인 이더리움 등 기존 암호화폐를 위협하는 가운데, 양자 내성 암호화폐(Post-Quantum Cryptography, PQC)가 개발되고 있습니다.

양자 내성 알고리즘(Post-Quantum Cryptography, PQC)은 양자 컴퓨터의 공격에 견딜 수 있도록 설계된 새로운 암호화 알고리즘을 의미합니다. 현재 사용되는 대부분의 암호화 기술은 양자 컴퓨터에 의해 빠르게 깨질 수 있는 취약점을 가지고 있기 때문에, 양자 컴퓨터가 상용화될 경우 이를 대체할 새로운 암호화 방식이 필요합니다. 양자 내성 알고리즘은 바로 그 역할을 합니다.

양자 내성 알고리즘은 양자 컴퓨터의 능력에 영향을 받지 않는 수학적 문제를 바탕으로 설계됩니다. 이러한 알고리즘은 양자 컴퓨터의 알고리즘(예: Shor의 알고리즘)으로도 해결할 수 없거나 해결하기 매우 어려운 문제를 기반으로 작동합니다.

양자 내성 알고리즘의 종류

양자 내성 알고리즘에는 여러 가지 종류가 있으며, 그 중 일부는 이미 연구되고 상용화 가능성에 대한 검토가 이루어지고 있습니다. 주요 알고리즘은 다음과 같습니다:

1. 격자 기반 암호화(Lattice-based cryptography): 격자 기반 문제는 양자 컴퓨터에게도 해결하기 매우 어려운 문제로 알려져 있습니다. 격자 기반 암호화는 NTRU나 Learning With Errors (LWE)와 같은 문제를 이용하여 설계됩니다. 이 방법은 양자 컴퓨터의 공격에 매우 강한 것으로 평가되고 있습니다.
2. 해시 기반 서명(Hash-based signatures): 해시 함수는 양자 컴퓨터에 의해 공격받기 어려운 성질을 가지고 있기 때문에, 해시 기반 서명은 양자 내성 서명 알고리즘으로 널리 연구되고 있습니다. 머클 트리(Merkle tree)를 사용하는 XMSS(eXtended Merkle Signature Scheme)와 같은 해시 기반 서명이 이에 속합니다.
3. 코드 기반 암호화(Code-based cryptography): 코드 기반 암호화는 리드-솔로몬 코드와 같은 오류 수정 코드를 기반으로 하며, 맥엘리스(McEliece) 암호가 대표적인 예입니다. 이 알고리즘은 양자 컴퓨터의 공격에 대한 내성이 뛰어나며, 효율적인 공개키 암호화 방식으로 연구되고 있습니다.
4. 다변량 다항식 암호화(Multivariate polynomial cryptography): 다변량 다항식 문제는 양자 컴퓨터에 의해서도 쉽게 풀리지 않으며, 레인보우(Rainbow)와 같은 알고리즘이 이에 해당합니다. 이는 주로 서명 시스템에 사용됩니다.
5. Isogeny-based 암호화: Isogeny-based cryptography는 타원곡선 사이의 함수(이소제니)로 암호화 기법을 만드는 방식입니다. SIDH(Supersingular Isogeny Diffie-Hellman)는 이 분야에서 연구되고 있는 중요한 알고리즘입니다.

그중 가장 주목할 만한 프로젝트는 양자 저항 원장(Quantum Resistant Ledger)(QRL)으로, 모든 기능을 갖춘 양자 저항 블록체인 프로토콜입니다. 이 프로토콜은 확장 머클 서명 체계(eXtended Merkle Signature Scheme, XMSS)라고 불리는 특별한 디지털 서명을 사용합니다. 양자 컴퓨터가 쉽게 해킹할 수 없는 일회용 자물쇠와 같은 것입니다. XMSS 서명은 한 번만 사용할 수 있기 때문에 거래를 할 때마다 새로운 서명(자물쇠)이 생성됩니다. 이 때문에 양자 컴퓨터로 파악하기가 어렵습니다.

여기서 기억해야 할 것은 양자 컴퓨터 큐비트는 환경에 매우 민감하며, 작은 변화만으로도 양자 속성을 잃는다는 것입니다. 양자 컴퓨터에 있어서는 이것이 극복해야 하는 가장 큰 과제 중 하나입니다.

양자 위협으로부터 암호화폐를 보호하는 방법

양자 컴퓨터는 무서운 존재입니다. 그렇다면 개인이 암호화폐를 보호하기 위해 할 수 있는 일은 무엇일까요?

• 블록체인 변경: 양자 저항 암호화폐로 이동하는 것이 양자 위협에 대한 최선의 보호책입니다. 세계가 양자 기술에 가까워짐에 따라, 이러한 암호화폐를 시장 추세에 앞서 보유하는 것이 강력한 투자 전략이 될 수도 있습니다.
• 다중 서명 지갑: 다중 서명 지갑은 암호화폐에 액세스하기 위해 여러 개의 암호화된 키를 노출해야 하므로 추가적인 보안 계층을 제공합니다.
• 콜드 스토리지: 콜드 스토리지와 같은 최상의 스토리지 방법을 활용하면 암호화폐를 오프라인 상태로 유지함으로써 취약성을 줄일 수 있습니다.
• 정기적인 업데이트: 보안 조치를 개선하기 위해 정기적으로 업데이트되는 지갑 펌웨어 업데이트를 놓치지 마십시오.
• 양자 저항성 지갑: 양자 저항성 장기 스토리지는 이미 개발 중이며, 예를 들어 앵커 월렛(Anchor Wallet)은 사람들이 양자 컴퓨터를 암호화폐 해킹에 사용하는 것을 막을 수 있습니다.

양자 세계에서 암호화폐의 미래

암호화폐가 암호화 방식을 바꾸지 않으면 위협을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 양자 컴퓨터와 비트코인은 서로 문제가 될 수 있습니다. 일부 연구에 따르면 비트코인은 양자 컴퓨터에 의해 단 30분 만에 해킹될 수 있다고 합니다. 상당한 자산가치가 저장돼 있는 암호화폐 산업계로서는 상상하기 힘든 일일 수 있습니다.

채굴 환경에도 큰 변화가 생길 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 상용화되면, 기존의 고전적인 채굴 장비(ASICs, GPUs)는 양자 컴퓨터에 비해 성능 면에서 크게 뒤처질 것입니다. 양자 컴퓨터는 해시 계산을 한 번에 여러 개 할 수 있기 때문에, 고전적인 채굴자들은 양자 채굴자들에게 밀리게 됩니다.따라서, 양자 컴퓨터에 적합한 새로운 채굴 방법이나 알고리즘을 개발하고, 기존의 채굴 방식을 양자 내성 방식으로 대체하는 작업이 중요해질 것입니다.

양자 내성 블록체인을 개발하기 위한 경쟁

양자 컴퓨터가 암호화폐에 어떤 영향을 미칠지는 정확히 알 수 없지만, 암호화폐에 대한 양자 컴퓨터의 위협을 과소평가해서는 안 됩니다. 현재 양자 컴퓨터은 아직 개발 단계에 있으며, 상용화 시기가 2030년에서 2050년 사이로 추정됩니다. 따라서 이 기술은 아직 완전히 준비되지 않았습니다. 따라서 암호화폐가 안전을 유지하기 위해 적응할 수 있는 시간이 필요합니다.

물론, 암호화폐 산업계도 양자 내성 기술 개발과 암호화 연구 분야의 양자 컴퓨터에 대한 투자를 늘려 이 문제에 대해 관심을 기울이고 있습니다. 이 문제는 전통적인 암호화 방법에 의존하는 은행과 정부를 포함한 모든 사이버 보안에 대한 위협이라는 사실을 잊어서는 안 됩니다.

따라서 양자 컴퓨터와 분산형 금융(DeFi), 그리고 전통적인 금융 간의 경쟁은 끊임 없이 이뤄질 것으로 보입니다.