양자 컴퓨팅, AI 및 DeFi: 기술 패러다임 전환을 위한 준비
글: Kava Labs
AI 기반 리스크 평가에 관한 이전 글에서 우리는 AI가 이상 탐지와 예측 분석을 통해 사이버 보안을 어떻게 강화하는지 살펴보았다. 그러나 만약 탈중앙화 금융(DeFi) 분야에서 새로운 기술 패러다임 전환을 일으킬 수 있는 또 다른 독립적인 혁신 기술이 등장한다면 어떨까? 그리고 이 기술이 암호화 기술을 무력화시켜 DeFi의 근간을 뒤흔든다면, 그때는 어떤 일이 벌어질까?
양자 컴퓨팅의 발전과 함께 많은 전문가들은 미래에 대한 우려를 표하고 있다. 암호화폐의 초기 단계부터 이러한 우려는 존재했으며, 사실 암호학 자체가 탄생한 이래로 지속되어 왔다. 하지만 2024년 4분기 구글이 최신 양자 컴퓨터 칩 Willow 출시를 발표하면서 이러한 우려는 더욱 커졌다.
따라서 본 글에서는 양자 컴퓨팅의 원리, 그것이 DeFi에 미칠 수 있는 잠재적 위협, 그리고 업계가 앞으로 이러한 문제에 경계를 늦추지 않아야 하는지를 살펴보고자 한다.
전통 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅의 비교
양자 컴퓨팅의 위협을 논의하기에 앞서, 우리가 익히 알고 있는 기존 컴퓨팅 시스템과 근본적으로 다르다는 점을 이해해야 한다. 이를 이해하기 위해 디지털 정보의 가장 작은 단위인 비트(bit)로 거슬러 올라가야 한다. 비트는 모든 현대 컴퓨팅 기술의 기본 구성 요소이며, 역사적으로 0 또는 1로 표현되어 왔다.
이 기본 단위 덕분에 현대 컴퓨팅 기술은 그 위에 구조적 발전을 이룰 수 있었다. 이진법 시스템의 강력함은 견고한 기반을 마련해주며, 더 크고 복잡한 시스템을 구축할 수 있게 해준다.
양자 컴퓨팅은 이 계산 단위의 대체 형태를 만들어냄으로써 이진법 시스템의 본질에 도전한다. 양자 컴퓨팅에서는 큐비트(qubit)라는 대체 단위가 사용되며, 전통적인 비트가 가질 수 있는 상태 외에도 1 또는 0로 인코딩될 수 있는 여러 현실 가능성을 동시에 갖는다.
중첩 상태(Superposition)
중첩 상태는 양자 컴퓨팅의 기초 중 하나지만 매우 추상적이며, 일부 사람들에게는 이해하기 어려울 수 있다. 전통 컴퓨팅에서 비트의 상태는 항상 100% 확정적이며, 1이거나 0이다. 반면 양자 컴퓨팅에서 큐비트는 1과 0을 동시에 나타낼 수 있다. 즉, 어떤 것이 동시에 "예"이면서도 "아니오"일 수 있다는 것이다. 이는 전통적인 사고방식이나 고전적 모델에서는 납득하기 어려워 보인다.
이 현상을 설명하는 가장 쉬운 방법은 20세기 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)와 그의 양자역학 불확정성 원리에 관한 이론을 들여다보는 것이다. 아마도 '슈뢰딩거의 고양이' 실험을 들어본 적 있을 것이다. 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리와 게이거 계수기, 방사성 물질이 들어있고, 방사성 붕괴 시 독가스가 방출되는 장치를 상상해보자는 것이다. 이론적으로 방사성 물질의 붕괴는 불확정적이므로, 상자를 열어 보기 전까지는 고양이가 생존해 있기도 하고 죽어 있기도 하다는 '중첩 상태'에 있다고 할 수 있다. 큐비트 역시 계산을 수행하도록 강제되기 전까지는 '살아 있으면서도 죽어 있는' 상태에 있다.
얽힘 상태(Entanglement)
아직까지 읽고 계시다면, 축하한다. 양자 컴퓨팅 개념이 당신의 두뇌를 아직 파괴하지 않았다는 뜻이다. 이제 큐비트가 무엇인지, 어떻게 표현되는지 이해했으므로, 다음으로 각 큐비트 내부 입자들이 어떻게 서로 연결되는지 살펴볼 차례다. 이것이 바로 양자 컴퓨팅의 두 번째 기둥인 얽힘 상태이다.
우리는 이미 양자 컴퓨팅이 슈뢰딩거의 고양이 같은 사고실험 모델 위에서 어떻게 작동하는지를 살펴보았다. 그러나 얽힘 상태의 작용 하에서는 이 유추가 한 차원 더 높은 수준으로 나아간다. 양자 컴퓨팅은 단순히 두 가지 계산 상태를 동시에 유지하는 것을 넘어서, 여러 위치에서 상호작용하며 서로 영향을 주고받는 복합적 상황들을 포함한다. 미로 속에서 길을 찾는다고 상상해보자. 전통 컴퓨팅에서는 첫 번째 길이 막다른 골목이라면 그것은 0로 분류된다. 두 번째 시도도 실패하면 순차적으로 계속 진행되어 정답을 찾을 때까지 반복된다. 동일한 상황에서 양자 컴퓨팅은 모든 길을 동시에 매핑하며, 각각의 실패한 길과 성공한 길이 모두 다른 모든 경로에 영향을 미친다.
사고 실험이 아니라면?
양자 컴퓨팅 이론을 이해하려는 시도는 매우 어렵지만, 계산 능력의 획기적 향상을 고려한다면 반드시 필요한 일이다. 큐비트의 중첩과 얽힘 덕분에 양자 컴퓨팅은 우리가 오늘날 이해할 수 있는 어떤 것보다도 훨씬 더 큰 규모와 속도로 문제를 처리할 수 있다.
우리는 이전 기술 혁신의 한계 글에서 현대 디지털 정보의 다양한 크기를 소개했다. 다섯 페이지 분량의 문서 파일이 몇 KB를 차지하는지, 3분짜리 MP3 오디오 파일이 몇 MB를 차지하는지 아는 것은, 왜 비트에서 큐비트로의 기본 구성 요소 재구성이 이처럼 복합적인 효과를 가져오는지를 이해하는 데 핵심이다.
이 기준점을 바탕으로 우리는 양자 컴퓨팅의 강력함을 이해하기 시작할 수 있다. 구글은 새로 출시한 양자 칩 Willow가 단 5분 만에 해결할 수 있는 문제를 현재 시장에서 가장 빠른 전통 컴퓨터가 10^27년, 즉 천억 년이 걸릴 것이라고 주장한다. 5분 대비 10,000,000,000,000,000,000,000,000년. 그 차이는 명백하다.
현대 암호학의 종말인가?
이쯤에서 눈치챘겠지만, 양자 컴퓨팅은 탈중앙화 금융(DeFi) 산업에 시스템적인 위협이 될 가능성이 있다. 이렇게 강력한 계산 능력은 블록체인 생태계 전체를 떠받치고 있는 암호 보안을 대체할 수도 있다. 무차별 대입 공격(Brute-force attack)이 가능해져 순간적으로 개인키를 드러내고 사용자 계정을 훔쳐갈 수 있기 때문이다.
이전 글에서도 언급했듯이, AI와 블록체인의 상호 운용성 통합은 악의적인 행위자가 활동할 수 있는 '독약 효과(Poison Pill)'를 초래할 수 있다. 여기에 양자 컴퓨팅의 가능성을 더하면, 미래에는 DeFi 전체가 단 몇 분 만에 완전히 붕괴되는 상황도 쉽게 상상할 수 있다.
낙관할 이유
양자 컴퓨팅이 DeFi에 미치는 위협에 대해 걱정된다면, 여전히 낙관할 만한 이유가 여러 가지 있다. 첫째, 아직 인식하지 못했다면 말하지만, 양자 컴퓨팅은 극도로 복잡하고 어렵고 비싼 기술이다. 현재 실제로 존재하는 양자 컴퓨터는 극소수에 불과하며, 대부분 IBM, 구글, 아마존, 알리바바 등의 기업이 철저하게 관리하는 환경에서 개발되고 있다. 이들 기업은 DeFi의 암호 보안을 약화시킬 아무런 이익도 없다. 왜냐하면 그렇게 되면 전통 은행과 국가 방위 인프라(핵반응로 및 무기 시스템 포함)를 보호하는 데 사용되는 동일한 암호 보안도 무너지기 때문이다.
둘째, 우리는 우리 산업의 중요성을 종종 과소평가한다. 현재 DeFi 부문의 총 가치(TVL)는 1250억 달러 수준이다. 반면 화폐 시장 은행의 시가총액은 90조 9647억 달러를 넘어선다. 석유 및 가스 통합 산업의 시가총액도 1090억 달러를 초과한다. 비관적으로 들릴 수 있지만, 양자 컴퓨팅 기술이 가속화되어 위협이 된다면, DeFi는 공격하기 가장 매력 없는 목표가 될 것이다. 왜냐하면 세계의 다른 모든 분야도 동일하게, 혹은 더 취약하게 공격당할 것이기 때문이다. 설령 DeFi가 공격 대상이 된다 해도, 우리는 글로벌 공급망 붕괴, AGI(범용 인공지능), 핵무기 배치 등 더 시급한 문제들과 함께 양자 컴퓨팅 공격의 사회적 결과를 직면하게 될 것이다. 이때 DeFi와 개인키 보호는 더 이상 우리의 최우선 관심사가 아닐 수 있다.
또한 기술이 발전하고 새로운 위협이 등장하면, 그에 맞는 새로운 해결책도 함께 등장한다. 양자 이후 암호학(Post-Quantum Cryptography)은 현재 이 분야에서 중요한 주제이다. 개발자들은 양자 컴퓨팅이 충분한 보안 없이 방출될 경우 초래할 수 있는 위협을 깊이 인식하고 있다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 전 세계적인 양자 이후 암호 표준 수립을 주도하고 있다.
또한 양자 컴퓨팅의 등장은 긍정적인 힘이라는 점도 인정해야 한다. 양자 컴퓨팅 모델이 제공하는 강력한 계산 능력은 우주 여행에서부터 전 세계 사물인터넷(IoT), 인공지능 통합에 이르기까지 전례 없는 발견들을 촉진할 것이다. 시리즈 글을 통해 우리는 인공지능이 자율주행차, 의료 돌파구, 신약 개발 등 다양한 분야에서 혁신을 가속화하는 모습을 이미 보았다. 양자 컴퓨팅은 이러한 발견의 속도를 더욱 높이고 가속화할 것이며, 그 속도는 가장 낙관적인 미래학자들의 상상을 뛰어넘을 것이다.
마지막으로, 양자 컴퓨팅은 여전히 초기 단계에 있다는 점을 인정해야 한다. Willow 양자 컴퓨팅 칩이 출시되었다고 해도, 현실 세계에서의 실제 적용은 여전히 제한적이다. 완전히 작동 가능하고 현실 세계와 통합되기 위해서는 양자 컴퓨터가 현재의 디지털 환경을 광범위하게 색인화해야 한다. 산업 전반을 양자 컴퓨팅의 위협에 대비하거나, 단지 그 이점을 누릴 준비를 하는 것은 사회가 극복해야 할 어려운 과제가 될 것이다. 양자 컴퓨팅의 미래가 어떠하든 간에, 그것은 흥미롭고 파괴적인 여정이 될 것이며, DeFi, 인공지능, 양자 이후 암호학이 어떻게 대응할지는 21세기를 정의할 가장 중요한 시기 중 하나가 될 것이다.
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