공개키 암호

1.개요

공개키 암호(비대칭 암호)는 수학적으로 짝을 이루는 두 개의 키, 즉 누구에게나 공개할 수 있는 공개키(public key)와 소유자만 비밀로 보관하는 개인키를 사용하는 암호 방식이다. 하나의 비밀 키를 송신자와 수신자가 공유해야 하는 대칭키 방식과 달리, 두 키가 서로 다른 역할을 맡기 때문에 사전에 안전한 경로로 비밀을 나눠 가질 필요가 없다는 점이 핵심 차이다.

동작 방식은 크게 두 가지다. 첫째, 기밀 통신에서는 송신자가 수신자의 공개키로 메시지를 암호화하고, 수신자는 자신의 개인키로만 복호화할 수 있다. 둘째, 전자서명에서는 반대로 서명자가 자신의 개인키로 서명을 생성하고, 누구나 그의 공개키로 서명의 진위와 무결성을 검증한다. 이 두 방향의 성질 덕분에 기밀성뿐 아니라 인증과 부인 방지도 함께 달성할 수 있다.

안전성은 한 방향으로는 쉽지만 역방향으로는 사실상 계산이 불가능한 수학 문제에 기반한다. 대표적으로 RSA는 큰 정수의 소인수분해 난이도에, 타원곡선 암호(ECC)는 타원곡선 위 이산로그 문제에 안전성을 둔다. 공개키로부터 개인키를 역산하는 것이 현실적인 시간 안에 불가능하다는 가정이 무너지면 방식 전체의 안전성도 무너진다. 이 때문에 충분히 큰 키 길이를 쓰며, 양자컴퓨터가 기존 문제를 효율적으로 풀 수 있다는 우려에서 양자내성암호(PQC) 연구가 진행되고 있다.

공개키 암호는 오늘날 정보보안의 근간으로, 웹 통신을 보호하는 TLS/HTTPS, 이메일 암호화, 소프트웨어 서명, 인증서 기반 신원 확인 등 광범위하게 쓰인다.

2.블록체인에서의 활용

블록체인과 암호화폐는 공개키 암호를 신원과 소유권의 기반으로 삼는다. 사용자의 지갑은 개인키와 그로부터 파생된 공개키 쌍으로 이루어지며, 공개키(또는 그 해시)에서 지갑 주소가 만들어진다. 자금을 보내려면 소유자가 개인키로 거래에 전자서명을 하고, 네트워크의 노드들은 대응하는 공개키로 서명을 검증해 정당한 소유자의 거래임을 확인한다.

따라서 블록체인에서 자산의 통제권은 곧 개인키의 통제권이며, 개인키가 유출되면 자산도 탈취된다. 개인키를 사람이 기억·백업하기 쉽게 단어열로 표현한 것이 시드 구문이고, 하나의 거래에 여러 개인키의 서명을 요구해 보안을 높이는 방식이 다중서명이다.