포스트 양자 보안
QoreChain은 **제네시스 단계부터 포스트 양자 암호화(PQC)**를 기반으로 구축되었으며 — 업그레이드로 사후 적용된 것이 아닙니다. x/pqc 모듈은 격자 기반 디지털 서명과 키 캡슐화를 기본 암호화 프리미티브로 제공하며, 장기적 회복력을 위한 거버넌스 제어 알고리즘 민첩성 프레임워크를 갖추고 있습니다.
전체 PQC 베이스라인 — Dilithium-5 (서명) + ML-KEM-1024 (KEM) + SHAKE-256 (해시) — 은 이제 완성되었으며 네트워크 기본값입니다. 현재 체인 버전(v3.1.85) 기준으로, cosmos 트랜잭션 경로에서 하이브리드 서명이 기본적으로 필수입니다: hybrid_signature_mode = required 및 allow_classical_fallback = false. 모든 cosmos 경로 트랜잭션은 고전적인 secp256k1 서명과 함께 Dilithium-5 서명을 포함해야 합니다; PQC 계정에서 발생한 고전적 전용 트랜잭션은 거부되며, 고전적 다운그레이드 경로는 닫혀 있습니다.
설계 원칙
- PQC 기본 필수: 포스트 양자 서명은 cosmos 경로에서 필수입니다. 고전적 secp256k1 서명만으로는 더 이상 충분하지 않습니다 —
allow_classical_fallback = false. - 기본 하이브리드: cosmos 트랜잭션은 고전적 secp256k1 서명과 Dilithium-5 PQC 서명을 동시에 포함합니다. 고전적 전용 폴백은 닫혀 있습니다.
- 알고리즘 민첩성: 암호화 알고리즘 레지스트리는 거버넌스 제어되어, 네트워크가 하드포크 없이 새로운 알고리즘을 채택하거나 손상된 알고리즘을 폐기할 수 있습니다.
- 결정론적 검증: 모든 서명 검증은 결정론적이며 검증자 노드 전반에서 재현 가능합니다.
지원 알고리즘
| 알고리즘 | 표준 | 카테고리 | NIST 레벨 | 공개 키 | 개인 키 | 서명 / 암호문 | 공유 비밀 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dilithium-5 | ML-DSA-87 (FIPS 204) | Signature | 5 | 2,592 bytes | 4,896 bytes | 4,627 bytes | -- |
| ML-KEM-1024 | FIPS 203 | Key Encapsulation | 5 | 1,568 bytes | 3,168 bytes | 1,568 bytes | 32 bytes |
두 알고리즘 모두 표준화된 최고 보안 카테고리인 NIST 보안 레벨 5에서 동작하며, 고전적 및 양자 공격자 모두에 대해 AES-256과 동등한 보호를 제공합니다.
암호화 백엔드
PQC 작업은 격자 기반 서명, 검증, 키 캡슐화를 QoreChain 런타임에 노출하는 고성능 메모리 안전 암호화 백엔드에서 구현됩니다. 백엔드는 다음을 제공합니다:
알고리즘별 작업:
- Dilithium-5 키 생성, 서명, 검증
- ML-KEM-1024 키 생성, 캡슐화, 역캡슐화
- 결정론적 랜덤 비콘 생성 (
seed,epoch)
알고리즘 인식 작업:
Keygen(algorithmID)— 등록된 모든 알고리즘에 대한 키페어 생성Sign(algorithmID, privkey, message)— 서명 생성Verify(algorithmID, pubkey, message, signature)— 서명 검증AlgorithmInfo(algorithmID)— 키/출력 크기 조회ListAlgorithms()— 지원되는 모든 알고리즘 열거
모든 서명 및 검증 작업은 결정론적이며 모든 검증자 노드와 지원 플랫폼에서 동일한 결과를 생성합니다.
이와 동일한 프리미티브 — ML-DSA (FIPS-204), ML-KEM (FIPS-203), SHAKE-256 (FIPS-202) — 은 오픈소스 qorechain-pqc 라이브러리를 통해 지갑 및 통합자에게 제공되며, 이 라이브러리는 6개 언어(JavaScript/TypeScript, Rust, Go, C, Python, Java)에 걸쳐 일관되고 바이트 호환되는 단일 API를 제공합니다. Post-Quantum Signing을 참조하세요.
키 등록
계정은 MsgRegisterPQCKey(레거시, 기본값 Dilithium-5) 또는 MsgRegisterPQCKeyV2(알고리즘 인식)를 통해 PQC 키를 등록합니다. 각 메시지는 다음을 포함합니다:
- Sender: 키를 등록하는 계정 주소.
- PublicKey: PQC 공개 키 바이트.
- AlgorithmID: PQC 알고리즘 식별자(v2 전용).
- KeyType: 세 가지 등록 모드 중 하나:
| 키 유형 | 설명 |
|---|---|
hybrid | 고전적(ECDSA) 및 PQC 키 모두. 트랜잭션은 이중 서명을 포함합니다. |
pqc_only | PQC 키 전용. 고전적 서명은 필요하지 않습니다. |
classical_only | 고전적 키 전용. PQC 보호 없음(권장하지 않음). |
하이브리드 서명
하이브리드 서명 시스템은 cosmos 경로 트랜잭션이 고전적 서명과 PQC 서명을 둘 다 동시에 포함하도록 요구합니다. 이는 심층 방어를 제공합니다: 한 기법이 깨지더라도 다른 기법이 트랜잭션을 보호합니다.
hybrid_signature_mode = required라는 네트워크 기본값에서, 모든 cosmos 경로 트랜잭션은 secp256k1 서명과 함께 Dilithium-5 확장을 포함해야 합니다. 유일한 예외(부트스트랩용)는 **제네시스 gentxs(높이 0)**와 PQC 키 등록/마이그레이션 트랜잭션(MsgRegisterPQCKey, MsgRegisterPQCKeyV2, MsgMigratePQCKey)으로, 계정이 첫 PQC 키를 등록할 수 있도록 고전적 전용이 허용됩니다.
EVM 트랜잭션은 영향을 받지 않습니다. EVM 트랜잭션은 별도의 eth_secp256k1 ante 경로(QoreChain EVM Engine 경로)에서 인증되며 하이브리드 PQC 확장을 절대 요구하지 않습니다. 하이브리드 요구사항은 cosmos 트랜잭션 경로에만 적용됩니다.
공동 서명 흐름
규정에 맞는 cosmos 트랜잭션을 생성하려면, 고전적 secp256k1 서명이 표준 서명 바이트(PQC 확장을 제외함)에 대해 계산되고, Dilithium-5 서명이 계산되어 PQCHybridSignature 확장으로 첨부됩니다. 표준 CosmJS / 릴레이어 도구는 cosmos 경로에서 트랜잭션을 처리하기 위해 이 확장을 생성해야 합니다. 현재 이것은 다음을 통해 수행됩니다:
qorechaind tx pqc gen-key— Dilithium-5 키를 생성합니다.qorechaind tx pqc cosign— Dilithium-5 공동 서명을 트랜잭션에 첨부합니다.- QoreChain SDK의 하이브리드 서명 —
includePqcPublicKey와 함께buildHybridTx(첫 사용 시 자동 등록을 위해 PQC 공개 키를 임베드함).
secp256k1(ECDSA)과 ML-DSA-87(Dilithium-5)로 서명된 트랜잭션은 체인 전체 강제 모드 하에서 ante 핸들러에 의해 검증됩니다.
TX 확장 형식
PQC 서명은 타입 URL /qorechain.pqc.v1.PQCHybridSignature를 가진 TX 확장으로 트랜잭션에 첨부됩니다:
{
"algorithm_id": 1,
"pqc_signature": "<4627 bytes for Dilithium-5>",
"pqc_public_key": "<2592 bytes, optional>"
}
pqc_public_key 필드는 선택 사항입니다. 존재하고 계정에 등록된 PQC 키가 없는 경우, ante 핸들러는 첫 사용 시 키를 자동 등록합니다.
PQCHybridVerifyDecorator
PQCHybridVerifyDecorator ante 핸들러는 3방향 검증 로직으로 하이브리드 서명을 처리합니다:
| 시나리오 | 계정에 PQC 키 있음 | 확장 존재 | 확장 내 공개 키 | 결과 |
|---|---|---|---|---|
| Path 1 | 예 | 예 | -- | 등록된 키에 대해 PQC 서명 검증 |
| Path 2 | 아니오 | 예 | 예 | 키 자동 등록, 서명 검증 |
| Path 3a | 아니오 | 아니오 | -- | Optional 모드: 고전적 전용 트랜잭션 허용 |
| Path 3b | 아니오 | 아니오 | -- | Required 모드: 트랜잭션 거부 |
| Path 4 | 예 | 아니오 | -- | 표준 PQCVerifyDecorator에 의해 처리됨 |
하이브리드 서명 모드
체인 전체 하이브리드 강제 수준은 거버넌스로 구성 가능합니다. **현재 네트워크 기본값은 required**입니다:
| 모드 | ID | 기본값 | 동작 |
|---|---|---|---|
| Disabled | 0 | 아니오 | 고전적 서명만. PQC 확장은 무시됩니다. |
| Optional | 1 | 아니오 | PQC 확장은 존재하면 검증됩니다. PQC 키가 없는 계정은 고전적 서명만으로 트랜잭션을 처리할 수 있습니다. |
| Required | 2 | 예 | 모든 cosmos 경로 트랜잭션은 고전적 서명과 PQC 서명을 모두 포함해야 합니다. PQC 확장이 없는 트랜잭션은 거부됩니다. |
네트워크는 마이그레이션을 완료했습니다: Optional(제네시스) → Required(v3.1.71 이후 현재 기본값, allow_classical_fallback = false). 세 가지 모드는 거버넌스 제어 상태로 유지되며 제안을 통해 조정할 수 있습니다.
알고리즘 민첩성 프레임워크
알고리즘 민첩성 프레임워크는 PQC 알고리즘을 위한 거버넌스 제어 레지스트리를 제공하여, 네트워크가 새로운 알고리즘을 추가하고, 취약한 알고리즘을 폐기하고, 계정을 마이그레이션할 수 있게 합니다 — 모두 하드포크 없이.
알고리즘 수명 주기
각 등록된 알고리즘은 수명 주기 상태를 가집니다:
active --> migrating --> deprecated --> disabled
| 상태 | 설명 |
|---|---|
| Active | 완전히 작동. 새로운 키 등록 및 검증이 수락됩니다. |
| Migrating | 이중 서명 기간이 활성 상태. 계정은 대체 알고리즘으로 마이그레이션하도록 권장됩니다. 이전 및 새 서명이 모두 수락됩니다. |
| Deprecated | 기존 서명은 여전히 검증될 수 있지만, 새로운 키 등록은 수락되지 않습니다. |
| Disabled | 긴급 킬 스위치. 알고리즘은 어떤 서명도 검증할 수 없습니다. 취약점이 발견되었을 때 사용됩니다. |
이중 서명 마이그레이션
알고리즘이 폐기되면, 마이그레이션 기간이 시작됩니다(기본값: 1,000,000 블록, 블록당 6초 기준 약 69일). 이 기간 동안:
- 폐기된 알고리즘을 사용하는 키를 가진 계정은 대체 알고리즘으로 마이그레이션해야 합니다.
- 마이그레이션에는 이중 서명(
MsgMigratePQCKey)이 필요합니다: 이전 키에서 하나, 새 키에서 하나로, 둘 다의 소유권을 증명합니다. - 마이그레이션 기간 내내 두 알고리즘 모두 검증을 위해 수락됩니다.
거버넌스 메시지
| 메시지 | 설명 |
|---|---|
MsgAddAlgorithm | 레지스트리에 새 PQC 알고리즘 추가를 제안합니다. 전체 AlgorithmInfo(이름, 카테고리, NIST 레벨, 키 크기)를 포함합니다. 거버넌스를 통해 제출되어야 합니다. |
MsgDeprecateAlgorithm | 알고리즘에 대한 폐기 프로세스를 시작합니다. 대체 알고리즘과 블록 단위 마이그레이션 기간을 지정합니다. |
MsgDisableAlgorithm | 알고리즘을 즉시 긴급 비활성화합니다. 이유 문자열이 필요합니다. 암호화 취약점이 발견되었을 때 사용됩니다. |
확장성
새 알고리즘을 추가하려면 다음이 필요합니다:
- 통합된 서명 및 검증 인터페이스 뒤에서 암호화 백엔드에 알고리즘을 구현.
- 알고리즘 메타데이터와 함께
MsgAddAlgorithm거버넌스 제안 제출. - 승인되면, 알고리즘이 키 등록 및 검증에 사용 가능해집니다.
SHAKE-256 해시
v3.1.73 기준으로, SHAKE-256(SHA-3 확장 출력 함수)은 QoreChain 전반의 기본 애플리케이션 해시입니다 — qorehash 패키지가 제공하며 — Dilithium-5 서명 및 ML-KEM-1024 키 캡슐화와 함께 양자 저항 암호화 베이스라인을 완성합니다. x/pqc 모듈은 순수 Go SHAKE-256 유틸리티를 제공합니다:
| 함수 | 설명 | 출력 |
|---|---|---|
SHAKE256Hash(data, outputLen) | 가변 길이 SHAKE-256 다이제스트 | 임의 길이 |
SHAKE256Hash32(data) | 표준 256비트 SHAKE-256 다이제스트 | 32 bytes |
SHAKE256ConcatHash(left, right) | 연결된 입력의 해시 | 32 bytes |
SHAKE256DomainHash(domain, data) | 도메인 분리 해시 | 32 bytes |
이러한 유틸리티는 기본 애플리케이션 해시를 뒷받침하며 다음에 사용됩니다:
- 머클 트리 노드 해싱
- 교차 계층 어테스테이션의 해시 커밋먼트
- 서로 다른 해시 컨텍스트를 위한 도메인 분리(예:
"leaf:"대"node:")
브리지 PQC
모든 교차 체인 브리지 어테스테이션과 상태 커밋먼트는 Dilithium-5 서명을 사용합니다. x/multilayer 모듈은 모든 MsgAnchorState 제출에 대해 PQC 집계 서명을 요구하며, ML-KEM 커밋먼트는 브리지 릴레이어 간의 키 교환 채널을 보호합니다.
이는 브리지 인프라에서 고전적 암호화를 사용함으로써 교차 체인 보안이 저하되지 않도록 보장하여, 전체 프로토콜 스택에 걸쳐 양자 저항성을 유지합니다.
모듈 파라미터
| 파라미터 | 타입 | 기본값 | 설명 |
|---|---|---|---|
pqc_primary | bool | true | PQC가 기본 서명 기법 |
allow_classical_fallback | bool | false | 고전적 전용 폴백이 닫힘; cosmos 트랜잭션은 하이브리드여야 함 |
min_security_level | int32 | 5 | 수락되는 알고리즘의 최소 NIST 보안 레벨 |
default_migration_blocks | int64 | 1,000,000 | 기본 이중 서명 마이그레이션 기간(블록) |
default_signature_algo | AlgorithmID | 1 (Dilithium-5) | 새 키 등록을 위한 기본 서명 알고리즘 |
hybrid_signature_mode | HybridSignatureMode | 2 (Required) | 체인 전체 하이브리드 서명 강제 수준 |
관련 문서
- Post-Quantum Signing — 이러한 프리미티브와 하이브리드 서명을 위한 오픈소스
qorechain-pqc라이브러리(6개 언어). - Wallet Setup — PQC 기반 계정 생성 및 관리.
- SDK Accounts & PQC signing — 코드에서의 키 및 포스트 양자 서명.
- Chain Parameters — 기본 알고리즘 및 마이그레이션 설정.
- Bridge Architecture — 교차 체인 패킷에서의 PQC 검증.