블록체인 보안을 강화하는 디지털 서명의 핵심 기술과 그 장점

서명은 일상에서 경험하는 흔한 작업입니다. 예를 들어 카드 결제를 하거나 계약서에 서명할 때 우리는 서명을 사용하게 됩니다. 서명이 주는 주요 효과는 크게 인증과 부인 방지 두 가지로 나눌 수 있습니다. 만약 여러분이 졸업한 학교에서 발급한 졸업 증명서를 회사에 제출해야 한다고 가정하면 이 증명서에는 학교의 공식 직인이나 서명이 포함되어 있습니다. 회사는 이 서명을 보고 해당 증명서가 학교에서 진짜로 발급된 것인지 확인할 수 있습니다. 여러분의 입장에서는 회사가 증명서의 유효성을 신뢰할 수 있도록 돕는 역할을 하는 것입니다. 이것이 바로 인증의 예입니다.

 

부인 방지의 예로는 인터넷 뱅킹에서 거래를 할 때 서명을 사용하는 경우를 들 수 있습니다. 이때 서명은 은행 측에서 여러분이 해당 거래를 승인했다는 사실을 확인하는 용도로 사용됩니다. 이렇게 하면 나중에 "내가 돈을 보낸 적이 없다"라고 부인할 수 없게 됩니다. 은행 입장에서는 고객이 승인한 거래를 나중에 부인할 수 없게 하는 부인 방지가 중요한데, 만약 고객이 부인할 수 있다면 은행 기록의 신뢰성이 떨어지기 때문입니다.

 

위와 유사한 맥락으로 디지털 서명은 블록체인에서 신뢰성과 보안을 보장하는 핵심적인 기술 중 하나입니다. 디지털 서명은 사용자가 블록체인 네트워크에서 특정 거래를 승인하거나 데이터를 인증하는 데 사용되며, 이를 통해 거래가 진정한 발신자로부터 왔음을 보장합니다. 이 글에서는 디지털 서명의 개념, 사용 방법, 블록체인에서의 역할과 이점, 그리고 주요 알고리즘을 깊이 있게 살펴보겠습니다.

 

디지털 서명이란?

 

디지털 서명(Digital Signature)은 암호화 알고리즘을 사용하여 문서, 메시지 또는 데이터의 무결성과 인증을 확인하는 전자적인 서명 방식입니다. 이는 일반적으로 #개인키(Private Key)와 #공개키(Public Key)라는 암호 키를 쌍으로 사용하여 이루어집니다. 즉 발신자는 자신의 개인키로 데이터를 서명하고 수신자는 발신자의 공개키로 서명을 검증하여 데이터의 신뢰성을 확인할 수 있습니다.

 

디지털 서명은 특히 데이터를 변경할 수 없도록 보호하고 데이터가 전송 중이나 저장 중에 변경되지 않았음을 보장합니다. 블록체인에서는 이러한 특성이 거래의 신뢰성을 높이고 분산형 네트워크의 보안을 강화하는 데 큰 역할을 합니다.

 

블록체인에서의 디지털 서명의 역할

 

블록체인은 기본적으로 탈중앙화된 분산 네트워크로 사용자 간의 거래를 중앙화된 기관의 개입 없이 완료하는 것을 목표로 합니다. 이때 디지털 서명은 각 사용자가 자신의 거래를 증명하고 검증할 수 있는 수단을 제공합니다. 디지털 서명을 통해 사용자는 블록체인 네트워크에 거래를 전송할 때 해당 거래가 디지털 자산의 소유자이고 자신에 의해 생성되었음을 보장할 수 있습니다. 이를 통해 블록체인은 신뢰할 수 없는 환경(중앙화된 기관의 개입 없이)에서도 각 사용자 간의 거래를 성사시킬 수 있습니다.

 

• 비트코인과 디지털 서명: 비트코인 네트워크에서 디지털 서명은 거래의 무결성과 인증을 보장하는 핵심 요소로 사용됩니다. 비트코인 거래는 특정 사용자 주소에서 다른 사용자 주소로 코인을 이동시키는 과정이며 이 과정에서 디지털 서명이 필수적입니다. 비트코인은 #ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)를 사용하여 사용자가 각 거래를 서명하고, 다른 사용자들이 이를 검증할 수 있도록 합니다.

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  스마트 컨트랙트와 디지털 서명: 스마트 컨트랙트는 자동화된 계약 조건을 실행하는 코드이며, 주로 이더리움과 같은 블록체인 플랫폼에서 사용됩니다. 스마트 컨트랙트는 특정 조건이 충족될 때 자동으로 실행되며, 이때 디지털 서명은 스마트 컨트랙트에 입력된 데이터의 신뢰성을 보장하는 역할을 합니다. 예를 들어 특정 사용자가 스마트 컨트랙트에 자금을 송금할 때 해당 사용자의 디지털 서명이 필요합니다. 이를 통해 스마트 컨트랙트는 계약 조건을 이행할 수 있으며, 계약 이행 과정에서 발생할 수 있는 위변조나 오해를 방지할 수 있습니다.

 

디지털 서명의 작동 원리

 

디지털 서명은 해시 함수(Hash Function)와 비대칭 키 암호화(Asymmetric Key Encryption)를 조합하여 작동합니다. 해시 함수는 데이터의 고유한 지문 역할을 하는 고정된 길이의 값을 생성하고 이 값을 원본 데이터와 비교하여 데이터의 무결성을 확인할 수 있습니다.

 

• 해싱(Hashing): 해싱은 데이터를 고정된 길이의 해시 값으로 변환하는 과정입니다. 예를 들어, '블록체인'이라는 단어를 해시 알고리즘에 입력하면 입력 데이터의 길이와 상관없이 항상 256비트(32바이트) 길이의 고유한 해시 값이 생성됩니다. 인터넷에서 제공되는 SHA-256 암호화 온라인 도구를 사용하면 입력 데이터를 손쉽게 해시 값으로 변환할 수 있습니다.

   

  아래 예시에서 알 수 있듯이, 어떤 단어나 조합을 입력하더라도 해시 값의 길이는 항상 동일합니다. 또한, 원본 데이터가 조금이라도 변경되면 완전히 다른 해시 값이 생성되어 데이터의 무결성을 보장합니다.

입력정보 Input Information	해시값 Hash Value
블록체인 Blockchain	5318D781B12CE55AA421737BC6C7906DB0717D0302E654670D54FE048C82B041
블록체인지갑 디센트 Blockchain Wallet D’CENT	93669F91D8CA4D83E97E3F1172BD1EE71753373FAEF2AC3F5B9A298745C53ABD

 

• 비대칭 키 암호화: 비대칭 키 암호화는 두 개의 키(개인 키와 공개 키)를 사용하는 암호화 방식입니다. 개인 키는 사용자가 비밀로 유지해야 하는 정보이며, 공개 키는 은행 계좌번호 같이 모든 사람에게 공개될 수 있는 정보입니다. 디지털 서명 과정에서 발신자는 개인 키로 데이터를 서명하고 수신자는 공개 키로 서명을 검증합니다. 이 과정을 통해 데이터가 실제로 발신자에 의해 생성되었는지 확인할 수 있습니다.

 

주요 디지털 서명 알고리즘

 

• #ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm): ECDSA는 타원 곡선 암호학을 기반으로 하는 디지털 서명 알고리즘으로 비트코인 및 다른 블록체인 네트워크에서 널리 사용됩니다. ECDSA는 기존 RSA 알고리즘보다 짧은 키 길이로 높은 보안을 제공하고 이를 통해 서명과 검증 과정에서의 연산 속도가 빨라집니다.

 

• #RSA (Rivest-Shamir-Adleman): RSA는 가장 오래된 비대칭 키 암호화 알고리즘 중 하나로 공개 키 암호화와 디지털 서명에 널리 사용됩니다. RSA는 큰 소수를 기반으로 한 알고리즘으로, 보안성이 높으나 타원 곡선 알고리즘에 비해 키 길이가 길어져 블록체인 네트워크에서는 상대적으로 덜 사용됩니다.

 

• #슈노르(Schnorr) 서명: 슈노르 서명은 비트코인에 도입된 최신 서명 방식 중 하나로, ECDSA와 유사한 방식으로 작동하지만 더 빠르고 효율적입니다. 슈노르 서명은 다중 서명(multi-signature)을 더 효율적으로 처리할 수 있어 블록체인 네트워크의 트랜잭션 처리 속도를 높이고 보안을 강화할 수 있습니다.

 

블록체인에서 디지털 서명의 장점

 

• 무결성 보장: 디지털 서명을 사용하면 데이터가 전송 중에 정보가 변경되지 않았음을 보장할 수 있습니다. 예를 들어, A 사용자가 B 사용자에게 비트코인을 송금할 때 해시 함수와 개인키로 서명된 데이터를 사용하면 이 거래가 네트워크를 통해 전송되면서 변경되지 않았음을 보장합니다.

 

• 인증: 디지털 서명은 발신자가 해당 데이터를 만들었음을 보장합니다. 블록체인 네트워크에서 사용자들은 거래의 신뢰를 보증하는 중앙화된 주체가 없기 때문에 각 거래의 진정성을 증명하는 것이 매우 중요합니다. 이때 디지털 서명을 통해 거래의 발신자가 진짜 사용자임을 증명할 수 있습니다.

 

• 방지 및 보안: 디지털 서명은 사용자들의 사기 및 정보의 무단 변경을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 어떤 사용자가 블록체인 네트워크에서 다른 사용자의 정보를 탈취하여 불법적인 거래를 시도하려고 해도 해당 거래에 대한 유효한 서명이 없다면 거래가 거부됩니다. 이를 통해 블록체인은 보안성을 강화하고 불법 행위를 방지할 수 있습니다.

 

디지털 서명의 미래 전망

 

디지털 서명은 블록체인의 발전과 함께 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 특히, 양자 컴퓨팅의 발전으로 인해 기존 암호화 방식의 보안에 대한 우려가 높아지고 있는 상황에서 더욱 강력하고 효율적인 디지털 서명 알고리즘이 개발될 것으로 예상하고 있습니다. 양자 저항성(Quantum Resistance)을 갖춘 디지털 서명 방식은 미래의 블록체인 네트워크에서 중요한 보안 요소로 자리 잡을 것입니다.

 

또한, 다양한 블록체인 플랫폼에서 디지털 서명 알고리즘을 최적화하고 다중 서명 및 집합 서명과 같은 새로운 방식들이 도입됨으로써 디지털 서명 기술은 더욱 발전할 것입니다. 이로 인해 블록체인은 더욱 안전하고 신뢰성 있는 시스템으로 발전할 것입니다.