양자 채굴기를 이용한 작은 규모의 51% 공격

핵심 개념

단일 양자 채굴기가 상대적으로 낮은 해시 파워로도 51% 공격과 동일한 영향을 미칠 수 있다.

초록

이 논문은 단일 양자 채굴기가 상대적으로 낮은 해시 파워로도 51% 공격과 동일한 영향을 미칠 수 있는 전략을 제시한다.
주요 내용은 다음과 같다:

양자 채굴기는 블록 타임스탬프를 조작하여 난이도를 c배 증가시킬 수 있다. 이때 기존 체인 선택 규칙에 따라 증가된 난이도의 블록은 c배의 가중치로 계산된다.
그로버 알고리즘을 사용하면 양자 채굴기는 난이도가 c배 증가해도 √c배만 더 어려워진다.
충분히 큰 c 값을 선택하면 양자 채굴기는 더 적은 수의 블록으로 더 많은 누적 작업 증명을 가진 체인을 만들 수 있다.
이 공격은 대부분의 작업 증명 기반 암호화폐에 적용될 수 있지만, 현재로서는 매우 빠르고 오류 없는 양자 컴퓨터가 필요하므로 실행하기 어려운 상황이다.

통계

양자 채굴기가 블록을 생성하는 데 걸리는 시간은 고전 채굴기의 1/4 수준이다.
난이도를 64배 증가시키면 고전 채굴기에게는 64배 더 어려워지지만, 양자 채굴기에게는 √64 = 8배만 더 어려워진다.
양자 채굴기가 첫 번째 목표를 달성하는 데 걸리는 시간은 8주이고, 두 번째 목표를 달성하는 데 걸리는 시간은 32주이다.
양자 채굴기가 총 36주 동안 작업하여 누적 작업 증명이 고전 채굴기의 예상 누적 작업 증명보다 1/r^2 더 많아진다.

인용구

"단일 양자 채굴기는 비트코인의 보안에 위협이 되지 않는다"는 기존 견해와 달리, 본 논문은 그 반대가 사실임을 보여준다.
"작업 증명 기반 암호화폐에서 가장 중요한 통찰은 다음과 같다: 난이도가 c배 증가하면 고전 채굴기에게는 c배 더 어려워지지만, 양자 채굴기에게는 √c배만 더 어려워진다."

핵심 통찰 요약

51% Attack via Difficulty Increase with a Small Quantum Miner

by Bolton Baile... 게시일 arxiv.org 03-14-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.08023.pdf

더 깊은 질문

본 논문에서 다루지 않은 다른 작업 증명 기반 합의 메커니즘에서도 이와 유사한 공격이 가능한지 탐구해볼 필요가 있다.

본 논문에서 다룬 공격은 작업 증명(PoW) 기반의 합의 메커니즘에서 난이도 조정을 이용한 공격을 다루고 있습니다. 다른 PoW 기반 합의 메커니즘에서도 난이도 조정을 통한 이와 유사한 공격이 가능할 수 있습니다. 예를 들어, 다른 암호화폐에서도 난이도 조정이 핵심적인 역할을 하는 경우, 공격자가 난이도를 조정하여 블록 생성 속도를 조작하고 블록체인을 공격할 수 있을 것입니다. 따라서, 다른 PoW 기반 합의 메커니즘에서도 난이도 조정을 통한 공격 가능성을 탐구하는 연구가 필요할 것입니다.