암호화폐는 암호화 기술을 어떻게 사용하나요?

2009년 비트코인 프로토콜이 출시되면서, 세상은 전통적인 화폐와는 완전히 다른 방식으로 보안되고 발행되는 새로운 유형의 통화 시스템을 접하게 되었습니다.

미국 달러나 일본 엔화와 같은 법정화폐는 기존 은행 시스템에 대한 신뢰로 보호되며 각국의 중앙은행에 의해 발행됩니다. 새로운 통화는 각국 정부가 결정하는 유연한 통화 정책에 따라 유통됩니다. 어떤 의미에서 법정화폐는 개별 국가의 재정적 힘과 그 힘을 보호하는 군대에 대한 신뢰를 바탕으로 합니다.

반면에 비트코인과 비트코인 출시 이후 생성된 모든 암호화폐는 “암호학”이라는 과학적 방식을 사용하여 보안되고 발행됩니다. 

궁극적으로 비트코인은 어떤 개인, 회사 또는 정부도 변경할 수 없는 미리 정해진 컴퓨터 제어 통화 정책에 따라 작동합니다. 비트코인 사용자는 정부나 기관에 대한 신뢰 대신, 시장 가격이나 시장 정서에 관계없이 안정적으로 작동할 수 있도록 하는 암호학과 프로토콜의 투명한 규칙 집합에 대한 신뢰를 가집니다.

암호학은 정보를 암호화하고 해독하는 학문입니다. 간단히 말해, 메시지를 변경하여 발신자와 의도된 수신자만 이해할 수 있도록 하는 기술입니다.

암호화된 메시지가 의도된 수신자 외의 다른 사람에게 가로채이더라도, 암호학은 가로챈 사람이 그 메시지에 담긴 정보를 이해하는 것을 거의 불가능하게 만듭니다.

암호학의 가장 초기 사례 중 하나는 기원전 7세기로 거슬러 올라갑니다. 고대 그리스인들은 비밀 메시지가 적힌 가죽 띠를 막대기에 감았는데, 이는 스키탈레(scytale)라고 알려진 암호화 방식입니다. 풀었을 때 가죽 띠에는 비슷한 지름의 막대기를 가진 사람만이 해독할 수 있는 글자들이 새겨져 있었습니다.

전쟁 중에는 암호학이 분산된 부대 간에 가로채일 수 있는 통신을 보호하는 데 중요한 역할을 했습니다. 제2차 세계 대전에서는 암호학을 사용하여 에니그마 암호 기계에서 암호화된 나치 무선 전송을 해독한 것이 유럽 침공을 종식시키는 데 결정적인 역할을 했습니다.

오늘날 암호학은 비트코인과 같은 암호화폐의 보안 및 발행에 근본적인 역할을 합니다. 

암호학은 암호화폐의 중요한 구성 요소이며 다음 용도로 사용됩니다. 

• 암호화폐 지갑 키 쌍 생성
• 채굴 과정을 통한 새로운 비트코인 발행
• 거래 메시지 디지털 서명

비트코인 채굴에 투입되는 전체 컴퓨팅 자원의 합계는 사이버 공격으로부터 네트워크를 보호하는 데 도움이 됩니다. 이를 통칭하여 네트워크의 “해시율”이라고 합니다. 네트워크에 채굴자가 많을수록 해시율이 높아지고, 51%의 다수로 네트워크를 압도하는 데 필요한 컴퓨팅 파워의 양이 더 커집니다.

51% 공격은 공개 블록체인 네트워크에 대한 가장 큰 위협 중 하나입니다. 블록체인 해시율의 최소 51%를 제어할 수 있을 만큼 충분한 자원을 모을 수 있는 악의적인 행위자는 수신 거래를 차단하고, 거래 순서를 변경하며, 자금을 이중 지불할 수 있는 능력을 얻게 됩니다. 그러나 비트코인 네트워크는 이 과정을 계산적으로 어렵게 만듦으로써 악의적인 행위자가 네트워크를 장악하는 것을 방지합니다.

SHA-256 해싱은 블록체인 기반 거래를 불변하게 만드는 역할도 합니다. 

거래가 새로운 블록으로 묶이고 네트워크의 다른 모든 자원봉사자들에 의해 검증되면, 각 거래 메시지는 SHA-256 암호화 알고리즘을 사용하여 해시됩니다. 

이렇게 이미 해시된 거래들은 “머클 트리”라고 알려진 것을 만들기 위해 쌍으로 체계적으로 해시됩니다. 블록 내의 모든 거래가 단일 해시 값으로 표현될 때까지 거래 쌍이 함께 해시됩니다. 이 단일 값은 머클 루트가 되어 블록 헤더에 저장됩니다.

해시는 결정론적이기 때문에(즉, 동일한 입력은 항상 동일한 고유한 출력 값을 생성함) 악의적인 행위자가 거래 블록을 변경하려는 시도는 완전히 새로운 머클 루트 값을 초래할 것입니다. 시스템의 다른 자원봉사자들은 유효한 블록과 비교하여 변경된 머클 루트를 확인하고 이를 거부하여 만장일치로 손상을 방지할 수 있습니다.

암호화 알고리즘의 결정론적 특성 덕분에 네트워크 사용자는 신뢰할 수 있는 중개자가 결제를 확인하고 처리할 필요 없이 비트코인을 거래할 수 있습니다.

탈중앙화 상태를 유지하고 인간의 개입을 제거함으로써 거래는 훨씬 더 빠르게 처리될 수 있으며 수수료는 종종 전통적인 은행 솔루션보다 훨씬 저렴합니다.

비트코인은 타원 곡선 암호학(ECC)과 보안 해시 알고리즘 256(SHA-256)을 사용하여 각 개인 키로부터 공개 키를 생성합니다.

공개 키는 수신 거래를 위한 암호화폐 지갑 주소를 생성하는 데 사용되며, 개인 키는 거래에 서명하고 자금 소유권을 증명하는 데 필요합니다.

개인 키를 은행 PIN 번호처럼, 공개 키를 은행 계좌 번호처럼 생각할 수 있습니다. 해커는 귀하의 재정에 해를 끼치기 위해 이 둘 모두가 필요합니다.

개인 키는 키 쌍의 중요한 부분이며 암호화폐 지갑에 저장됩니다. 기술적으로 암호화폐 지갑은 실제 암호화폐 자체가 아니라 개인이 자신의 암호화폐 자금에 접근할 수 있는 권한을 저장합니다. 자금 자체는 블록체인에 기록된 단순한 데이터 항목이며, 지갑에 저장된 키를 사용하여 식별하고 잠금 해제할 수 있습니다. 

ECC는 수평적으로 대칭인 특수한 수학적 곡선을 사용하는 것입니다. 이 곡선을 가로지르는 어떤 선을 그리더라도 최대 세 번까지 도형과 교차합니다. ECC는 암호화폐의 중요한 부분이며 사용자가 공개 키를 생성할 수 있도록 합니다.

비트코인 키 쌍을 생성하려면 먼저 개인 키를 생성해야 합니다.

비트코인 개인 키는 무작위로 생성된 256비트 숫자(1과 2²⁵⁶ 사이, 즉 2의 256제곱으로 엄청나게 큰 숫자입니다!)입니다. Kraken과 같은 서비스에서는 새로운 암호화폐 지갑을 설정할 때 이 숫자가 자동으로 생성됩니다.

공개 키는 타원 곡선 곱셈을 사용하여 이 숫자로부터 생성됩니다. 이는 타원 곡선상의 시작점(생성점이라고 함)을 가져와 무작위 개인 키 숫자로 곱하여 곡선상의 새로운 점을 생성하는 것을 포함합니다.

이 새로운 점은 특정 x 및 y 좌표를 가진 공개 키가 됩니다. 공개 키를 알고 개인 키를 찾는 것은 무작위 256비트 숫자를 추측하는 것이 얼마나 어려운지 때문에 거의 불가능합니다. 올바른 숫자를 맞출 확률은 약 150,000조 조 조 조 조 조 조 조 분의 1입니다.

이론적으로 말하면, 이 숫자를 하루 만에 찾으려면 1,300만 개 이상의 물리적 큐비트를 가진 양자 컴퓨터가 필요할 것입니다. 현재까지 세계에서 가장 진보된 양자 컴퓨터 중 하나인 IBM Eagle 프로세서는 127개의 큐비트(필요한 큐비트 양의 0.00097%)만을 보유하고 있습니다.

다시 말해, 암호화폐가 사용하는 시스템은 적어도 현재로서는 완전히 안전합니다.

비트코인 지갑 주소를 생성하기 위해 x 및 y 좌표는 SHA-256 알고리즘을 거칩니다. 

이 암호화 해시 함수는 2001년 미국 국가안보국(NSA)에 의해 개발 및 발표되었으며, 본질적으로 모든 입력(이 경우 공개 키 좌표)을 고유한 고정 길이 256비트 코드로 변환합니다.

이 코드는 숫자 0부터 9와 문자 A-F가 혼합된 64자 16진수 형식으로 표시됩니다.

ECC 및 SHA-256 암호화 함수는 “트랩도어” 또는 “결정론적” 함수로 알려져 있습니다. 이는 한 방향으로만 작동하며 원래 입력을 드러내기 위해 역변환될 수 없음을 의미합니다.

개인 키로부터 공개 키를 생성하는 것은 가능하지만, 그 과정을 역변환하여 개인 키를 드러내는 것은 불가능합니다. 비트코인 지갑 주소를 생성하는 데 어떤 공개 키가 사용되었는지 알아내려는 시도도 마찬가지입니다. 공개 키 소유자만이 해당 정보를 가지고 있으며 이를 사용하여 비트코인 지갑 주소의 소유권을 증명할 수 있습니다.

이를 더 잘 이해할 수 있는 방법이 필요하신가요? 누군가가 이전에 언급했듯이 150,000조 조 조 조 조 조 조 조 가지 옵션 중에서 다양한 색상의 페인트를 섞어 하나의 고유한 색상을 만들었다고 상상해 보세요. 

올바른 페인트의 정확한 양을 알고 있다면 정확히 동일한 색상을 재현할 수 있을 것입니다. 하지만 그렇지 않다면 어떨까요? 그 과정을 역변환하려는 시도는 거의 불가능할 것입니다. 

이것이 본질적으로 이러한 트랩도어 암호화 함수가 작동하는 방식이며, 입력이 출력과 비교했을 때 인식할 수 없도록 하는 이유입니다.

새로운 비트코인 단위는 유통 과정에서 채굴이라는 과정을 통해 발행됩니다.

채굴은 비트코인 블록체인이 새로운 데이터 블록을 추가할 정직한 참여자를 선택하기 위해 사용하는 작업 증명 합의 메커니즘의 일부입니다.

이는 SHA-256 해싱을 통해 이루어집니다. 채굴 노드로 알려진 수천 명의 네트워크 자원봉사자들은 초당 수조 개의 해시를 생성하도록 특별히 제작된 컴퓨터를 사용하여 서로 경쟁합니다.

채굴자들은 먼저 체인의 가장 최근 블록에서 블록 헤더(타임스탬프, 채굴자가 달성해야 할 목표 값 및 기타 주요 구성 요소를 포함한 블록에 대한 모든 최상위 정보를 포함하는 부분)를 가져와 논스(nonce)라고 불리는 숫자를 조정합니다. 

논스는 한 번만 사용되는 숫자를 나타내는 니모닉입니다. 이는 새로운 해시 값을 생성하기 위해 변경될 수 있는 블록 헤더의 일부입니다.

암호학 기반 채굴 경쟁의 목표는 간단합니다. 채굴자들은 자신의 기계를 사용하여 블록 헤더의 논스 숫자를 자동으로 조정하고 SHA-256 해싱 알고리즘을 통해 값을 생성합니다.

목표 값과 비교하여 앞에 동일하거나 더 많은 0을 가진 값을 생성하는 채굴자가 경쟁에서 승리합니다. 값이 목표 값을 넘지 못하면 채굴자들은 논스 숫자를 다시 조정하고 블록 헤더를 다시 해시하여 새로운 값을 생성합니다.

이 과정은 누군가가 성공할 때까지 반복됩니다.

새로 채굴된 비트코인은 비트코인 창시자인 사토시 나카모토가 비트코인 소스 코드에 미리 프로그래밍한 고정 발행 일정에 따라 각 성공적인 채굴자에게 보상으로 주어집니다. 

암호학은 비트코인 거래를 처리하고 채굴 과정을 통해 네트워크를 안전하게 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. Kraken Learn Center의 기사 비트코인 채굴이란 무엇인가요?를 통해 더 자세히 알아볼 수 있습니다.

디지털 서명은 발신자가 자신의 개인 키를 다른 사람에게 공개하지 않고도 특정 공개 키에 대한 해당 개인 키를 소유하고 있음을 증명할 수 있도록 하는 데 중요합니다.

비트코인은 타원 곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDSA)을 사용하여 암호화폐 지갑에서 거래를 암호학적으로 승인하고 전송합니다.

이는 발신자가 해시된 거래 메시지(수신자의 지갑 주소, 전송되는 BTC 금액, 첨부된 수수료 및 비트코인의 원래 출처로 구성됨)를 가져와 자신의 개인 키를 추가하고 다른 단방향 수학적 프로세스를 사용하여 디지털 서명을 생성하는 것을 포함합니다.

더 구체적으로 말하면, 이는 몇 가지 추가 단계를 거쳐 앞서 언급한 개인 키로부터 공개 키를 생성하는 과정과 유사합니다.

무작위 숫자(개인 키와 유사)가 생성된 다음, 지갑의 공개 키를 생성하는 데 사용된 동일한 생성점과 곱해져 타원 곡선상의 새로운 점을 생성합니다. 이를 점 A라고 부르겠습니다. 

점 A의 X 좌표는 발신자의 개인 키와 곱해진 다음 해시된 거래 메시지에 추가됩니다. 이 모든 것은 시작 시 생성된 무작위 숫자로 나누어져 새로운 값을 생성합니다. 이 값은 디지털 서명 역할을 합니다.

디지털 서명을 확인하기 위해 수신자는 타원 곡선상의 두 점을 도출합니다. 먼저 메시지는 디지털 서명 값으로 나누어져 생성점을 얻습니다. 그런 다음 생성점의 X 좌표는 디지털 서명 값으로 나누어져 곡선상의 두 번째 점을 드러냅니다.

마지막으로, 이 두 점을 통과하는 선을 그리면 타원 곡선상의 세 번째이자 최종 점이 생성됩니다. 이 최종 점은 점 A와 정확히 동일한 X 좌표를 가져야 하며, 이를 통해 디지털 서명이 올바른 해당 개인 키를 사용하여 생성되었음을 증명합니다.

다행히도 디지털 암호화폐 지갑은 사용자로부터 어떤 입력도 필요 없이 이 모든 확인 과정을 자동으로 수행합니다.

암호학은 암호화폐 네트워크를 손상으로부터 보호할 뿐만 아니라, 사용자가 민감한 개인 키 정보를 포기하도록 강요하지 않고도 자금 소유권을 증명할 수 있는 반박할 수 없는 수단을 제공하는 데 필수적인 역할을 합니다.

암호학이 없다면 암호화폐 네트워크는 정보를 보호하고 결제를 용이하게 하기 위해 신뢰할 수 있는 중앙 집중식 중개자에 의존해야 할 가능성이 높으며, 이는 공개 블록체인 기반 암호화폐의 탈중앙화 특성과 완전히 모순됩니다.

이제 암호화폐를 구동하는 기술을 이해했으니, 가장 투명하고 신뢰할 수 있는 디지털 자산 거래소와 함께 다음 단계를 시작할 때입니다.

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