미국 대학 연구진이 비트코인(BTC) 결제 특화 레이어2 네트워크인 라이트닝 네트워크에 양자내성 암호기술을 적용한 구현체를 공개했다.

크립토브리핑에 따르면 이스트텍사스 A&M대학교 연구진은 최근 ‘PQLN(Post-Quantum Lightning Network)’을 개발하고 관련 소스코드와 연구 결과를 공개했다.

PQLN은 기존 라이트닝 네트워크에서 사용되는 일부 타원곡선 기반 암호기술을 양자컴퓨터의 공격에도 견딜 수 있도록 설계된 암호기술과 결합한 하이브리드 보안 구조다.

연구진은 미국 국립표준기술연구소(NIST)가 표준화한 격자 기반 알고리즘인 ML-DSA와 ML-KEM을 활용했다.

기존 암호방식을 즉시 제거하지 않고 양자내성 알고리즘을 함께 적용해 현재 네트워크와의 호환성을 유지하는 데 초점을 맞췄다.

적용 범위에는 노드 간 통신과 네트워크 정보 전파, 결제 인보이스, 오퍼, 결제 경로를 감추는 어니언 라우팅 등이 포함됐다.

비트코인 기본 네트워크가 양자내성 체계로 전환되더라도 라이트닝 네트워크의 오프체인 통신 영역에는 별도의 보호가 필요하다는 것이 연구진의 설명이다.

연구진은 주요 라이트닝 네트워크 구현체 가운데 하나인 ‘러스트 라이트닝(rust-lightning)’에 PQLN을 적용했다.

실제 라이트닝 노드를 이용한 시험에서는 PQLN 노드가 수정되지 않은 기존 노드와 함께 작동했으며 결제가 중단되지 않는 것을 확인했다고 밝혔다.

양자내성 암호 연산에 추가로 소요된 시간은 최대 0.33밀리초에 그친 것으로 나타났다. 연산 지연 자체는 제한적이었지만 기존 암호기술보다 큰 키와 서명 데이터를 사용하면서 통신량이 증가하는 문제가 확인됐다.

ML-DSA를 적용했을 때 네트워크 정보를 공유하는 가십 데이터는 기존보다 약 10배 늘었다. 상대적으로 크기가 작은 팔콘(Falcon) 서명 방식을 적용하더라도 약 4배 증가한 것으로 분석됐다.

연구진은 양자내성 데이터를 기존 라이트닝 메시지 형식과 크기 제한에 담기 위한 별도 기법을 제안했다.

PQLN은 양자컴퓨터가 현재 비트코인이나 라이트닝 네트워크의 보안을 실제로 무력화했다는 의미는 아니다.

암호학적으로 유의미한 수준의 양자컴퓨터가 미래에 등장할 가능성에 대비해 전환 방법을 미리 시험한 연구 성과에 가깝다.

연구진은 공격자가 현재 암호화된 라이트닝 통신을 저장한 뒤 미래의 양자컴퓨터를 이용해 해독하는 이른바 ‘선수집·후해독’ 공격에도 대비할 필요가 있다고 지적했다. PQLN은 노드 사칭과 인보이스 위조, 결제정보 노출 등의 잠재적 위험을 줄이는 것을 목표로 한다.

다만 이번 구현체가 비트코인 기본 네트워크의 서명 방식까지 양자내성 체계로 바꾼 것은 아니다. 현재 공개된 연구 역시 초기 구현과 시험 단계로, 실제 라이트닝 네트워크에 광범위하게 적용하려면 추가 검증과 개발자 간 합의, 프로토콜 표준화가 필요하다.

연구진은 PQLN이 라이트닝 네트워크를 대상으로 설계·구현하고 실제 노드 환경에서 평가한 최초의 종합적인 양자내성 보안 방안이라고 설명했다. 관련 논문은 사전 공개 논문 저장소 아카이브(arXiv)에 게재됐다.