원문: Before Bitcoin Pt.1 — 70s “Public Key Saga” by pet3rpan (2018년 3월 24일)
이 시리즈는 Bankless에서 오디오로도 들을 수 있습니다.
https://shows.banklesshq.com/p/-before-bitcoin-pet3rpan
1부를 시작하며
비트코인이나 암호화폐가 어디에서 왔느냐고 물으면 사람마다 제각기 다른 답을 내놓습니다. 어느 정도 맞는 답일지라도 대개는 진실의 언저리를 막연히 짚는 데 그칩니다. 많은 사람이 놓치는 사실이 있습니다. 비트코인은 사이퍼펑크 운동[1]에서 태어났습니다. 1970년대에 싹튼 이 운동은 1990년대에 이르러 뚜렷한 모습을 갖췄습니다. 사이퍼펑크들은 디지털 자유를 억압하는 미국 정부에 맞서 싸웠고, 오늘날 우리가 누리는 개인정보 보호의 길을 열었습니다.
물론 구글 검색만으로 사이퍼펑크를 이해해 보려 할 수도 있습니다. 하지만 이 운동이 태어난 맥락을 모르면 전체 그림을 제대로 이해하기 어렵습니다. 시야를 넓혀 더 큰 질문을 던져야 합니다. 누가 사이퍼펑크 운동의 씨앗을 뿌렸을까요? 그 생각들은 모두 어디에서 시작되었을까요?
《비트코인은 어디서 왔을까?》 는 암호화폐를 낳은 기술과 철학을 역사 속에서 살펴보는 시리즈입니다.
이를 위해 모든 암호화폐의 바탕이 되는 암호 기술과 시대에 따라 변화해 온 프라이버시 철학을 중심으로 이야기를 풀어갑니다. 전체 분량은 4부 또는 5부이며, 1970년대부터 2000년대까지 차례로 살펴봅니다. 각 부에서 다룰 내용은 다음과 같습니다.
- 1부 — 1970년대: 공개키 암호학이 발표되면서 암호 지식은 어떻게 대중에게 공개되었을까요?
- 2부 — 1980년대: 탈중앙화 서비스와 익명 통신망, 디지털 현금은 어떻게 시작되었을까요?
- 3부 — 1990년대: 사이퍼펑크 운동은 어떻게 태어났을까요?
- 4부 — 2000년대: 사이퍼펑크 운동에서는 어떤 기술이 탄생했을까요?
- 5부 — 비트코인: 비트코인의 초기 설계와 초기 포크를 살펴봅니다.
이 시리즈는 긴 글이 될 것입니다. 마케터가 쓴 300단어짜리 홍보물을 미디엄 기사처럼 포장한 글도, 어디서나 볼 수 있는 짧고 자극적인 글도 아닙니다. 무언가를 제대로 이해하려면 역사적 맥락이 필요합니다. 그 맥락을 이해하는 데 쓰는 시간은 충분히 가치 있는 투자입니다. 이 글은 독자에게 바로 그 맥락을 제공하고자 합니다.
서론
이제 암호화폐와 그 역사를 이해해 보고자 합니다.
어디서부터 시작해야 할까요?
먼저 1970년대, 공개키 암호학(public key cryptography)이 탄생한 시점으로 돌아가 보겠습니다. 저도 처음 암호학 기술을 조사할 때 그랬듯, 독자 여러분도 먼지 쌓인 1970년대의 흑백사진을 떠올리며 지루하다고 생각할지 모릅니다. 하지만 그때는 1970년대가 얼마나 중요한 시기인지 미처 몰랐습니다.
1970년대 이전까지 암호 기술은 주로 군사 통신을 보호하는 데 쓰였습니다. 연구 역시 대부분 정보기관(GCHQ, NSA 등)이나 정부의 허가를 받아 IBM 같은 기업이 운영하는 연구소에서 이루어졌습니다. 암호 기술은 상업적으로도 사용됐지만, 일반인은 관련 지식에 거의 접근할 수 없었습니다. 그러나 마틴 헬먼, 휫필드 디피, 랠프 머클이 공개키 암호학을 세상에 발표하면서 현대 암호학 기술을 독점하던 체제에 균열이 생겼습니다. 이들의 연구를 계기로 암호 기술은 처음으로 대중의 큰 관심을 받기 시작했습니다.
공개키 암호학이란 무엇일까요?
암호학 기술(cryptography)은 ‘적’이나 정보를 볼 권한이 없는 사람으로부터 정보를 안전하게 보호하는 방법입니다. 정보가 진짜인지, 중간에 훼손되지는 않았는지를 확인하는 토대이며, 궁극적으로 블록체인과 암호화폐를 가능하게 한 기술이기도 합니다.
공개키 암호학[2]은 암호학 기술의 쓰임을 바꿔 놓은 전환점이었으며, 오늘날 대부분의 암호화폐 프로토콜을 보호합니다.
어떤 원리로 작동할까요?
원리는 이렇습니다. 공개키 암호학를 사용하면 안전하지 않은 통신망을 통해서도 공개 주소로 암호화된 정보를 보낼 수 있습니다. 그 정보를 풀어 볼 수 있는 사람은 그 공개 주소와 짝을 이루는 개인키를 가진 사람뿐입니다. 개인키는 전송하는 정보에 서명하고 이를 인증해, 그 정보가 정당한 출처에서 왔음을 확인하는 데도 사용됩니다.
암호화폐를 예로 들면, 누구나 공개 주소로 비트코인을 보낼 수 있으며 그 주소의 잔액도 확인할 수 있습니다. 그러나 비트코인을 사용하거나 거래에 서명할 수 있는 사람은 그 주소와 짝을 이루는 개인키를 가진 사람뿐입니다.[3]
공개키 암호학은 암호학 기술의 역사에서 획기적인 발상이었습니다. 이 개념을 계기로 암호학 기술은 학계와 대중의 관심을 본격적으로 받기 시작했습니다.
그 변화의 중심에는 마틴 헬먼, 휫필드 디피, 랠프 머클(Martin Hellman, Whitfield Diffie and Ralph Merkle)이라는 세 암호학자가 있었습니다. 세 사람의 이야기는 그 자체로도 무척 흥미롭습니다.
그렇다면 세 연구자는 정부가 강력한 암호 지식을 통제하던 체제를 어떻게 무너뜨렸을까요?
먼저 암호학자 마틴 헬먼의 이야기부터 살펴보겠습니다.
마틴 헬먼, 야심으로 가득했던 젊은이
헬먼은 이른바 ‘과학광’으로 자랐습니다. 지역 고등학교에서 물리학을 가르친 아버지 덕분에 어릴 때부터 과학을 가까이했습니다. 그는 어린 시절을 이렇게 회상합니다.
“아버지의 책장에는 제가 꺼내 이것저것 읽곤 했던 책이 여러 권 있었습니다. 그중에서도 《가노의 물리학(Ganot’s Physics)》이 기억납니다. 아버지가 사 두신 1890년대의 오래된 물리학 교재였습니다. 아버지에게도 이미 골동품이나 다름없는 책이었습니다. 제가 7학년 때 과학 전람회에 출품한 작품도 그 책에서 아이디어를 얻었습니다. 그렇게 과학에 관심을 갖게 되었습니다. 특별히 암호 기술에 관심이 있었던 것은 아니지만 수학도 무척 좋아했습니다.”
초기 경력
그는 관심을 따라 뉴욕대학교에서 전기공학을 공부했고, 1967년 스탠퍼드대학교에서 전기공학 석사 학위를 받았습니다. 공부에 소질이 있었던 그는 좋은 성과를 거두었고 학교생활도 즐겼습니다.
그가 이때 이미 암호 기술을 공부했으리라 생각하기 쉽지만, 한동안은 컴퓨터과학의 해당 분야와 거의 인연이 없었습니다. 대신 젊은 헬먼은 성공에 대한 열망이 강했습니다. 일찌감치 자신의 인생 계획을 세워 두었을 정도였습니다.
그의 계획은 서른다섯 살에 결혼하는 것이었습니다. 그전까지 세계를 여행하며 대기업의 경영 분야에서 경력을 쌓을 생각이었습니다.
스물두 살이 된 그는 ‘의사결정 논리’라는 난해한 사고 체계를 연구하며 박사과정에 들어갔습니다. 헬먼은 박사 학위가 경영 분야에서 일하기에는 너무 어리다는 자신의 약점을 ‘상쇄’해 줄 것이라고 생각했습니다. 그의 계산은 이러했습니다.
박사 학위가 있다면 “이 어린 친구가 과연 뭘 할 수 있을까요?”라는 의문을 잠재우는 데 도움이 될 것입니다.
공교롭게도 그는 박사과정 첫해에 결혼했습니다. 하지만 결혼도 그의 질주를 늦추지는 못했습니다. 박사과정을 시작한 지 2년 만인 스물네 살에 첫 번째 큰 성과를 거두었고, 박사 학위 논문 《유한 기억을 이용한 학습》을 발표했습니다.
그는 원대한 인생 계획을 포기하지 않은 채 꿈을 따라 IBM으로 향했습니다.
한동안 그는 학생을 가르칠지 기업에서 일할지를 두고 고민했습니다. 그러나 세계 곳곳을 여행할 수 있다는 매력과 더 높은 보수에 이끌려 결국 이렇게 결론 내렸습니다.
“됐습니다. 가난하게 살고 싶지는 않습니다.”
해리 파이스텔[4]과 피터 일라이어스가 끼친 영향
헬먼은 뉴욕에 있는 IBM 토머스 J. 왓슨 연구센터로 향했습니다. 패턴 인식 부서에서 일하며 사진 속 숫자를 인식하는 기계를 만들었습니다. 요즘 말로 하면 캡차 같은 것이었습니다(^^).
헬먼의 업무는 암호 기술과 무관했지만, IBM에는 암호 연구를 전담하는 부서가 따로 있었습니다. 그곳에서 독일 출신 연구원 호르스트 파이스텔을 만났습니다. 두 사람은 친구가 되었고, 파이스텔은 헬먼을 암호학의 세계로 이끌었습니다. 함께 점심을 먹으며 암호 시스템과 좀처럼 풀리지 않는 문제를 자주 논의했습니다. 헬먼은 파이스텔을 자신의 연구 초기에 가장 큰 영향을 준 인물 가운데 한 명으로 꼽습니다. 파이스텔은 훗날 미국 정부의 데이터 암호 표준인 DES를 설계하게 됩니다.
생각이 성숙해지고 아내가 임신하자 헬먼은 자신의 삶을 다시 돌아보게 되었습니다.
‘저는 정말 세계를 떠돌며 살고 싶은 걸까요? 아니면 가족과 더 많은 시간을 보내고 싶은 걸까요?’
인류가 오랫동안 되풀이해 온 딜레마였습니다. 아내와 아이를 택할 것인가, 돈을 택할 것인가.
가족을 택한 헬먼은 MIT 전자공학과 조교수가 되었습니다. 그곳에서 학과장 피터 일라이어스를 만났습니다. 일라이어스는 ‘정보이론의 아버지’로 불리는 클로드 섀넌과 함께 연구한 인물이었습니다. 이 이름이 낯설다면, 섀넌은 제2차 세계대전에 쓰인 현대 암호학을 사실상 발명한 인물이라고 생각하면 됩니다.[5]
일라이어스는 헬먼에게 섀넌의 기념비적인 논문 「통신의 수학적 이론」(1948)을 건넸습니다. 이 논문은 헬먼에게 또 한 번 큰 영향을 미쳤고, 암호 기술을 수학적으로 이해하는 토대가 되었습니다.
헬먼은 일라이어스와 가까운 친구가 되었습니다. 시간이 흐르면서 암호 기술에 대한 관심과 지식도 깊어졌습니다. 헬먼은 일라이어스가 자신의 암호학 철학을 형성하는 데 결정적인 역할을 했다고 평가했습니다.
암호학 연구에 뛰어들다
1971년 헬먼은 조교수가 되어 스탠퍼드로 돌아왔습니다. 의사결정에 관한 연구를 이어 가는 한편, 그해 말부터 본격적으로 암호학 연구에 뛰어들었습니다.
스탠퍼드의 동료와 친구들은 그의 결정을 지지하지 않았습니다.
“다들 제가 미쳤다고 했습니다.”
헬먼도 그들의 우려가 완전히 근거 없다고 생각하지는 않았습니다.
“미국의 핵심 암호 제작·해독 기관인 국가안보국조차 모르는 무언가를 제가 어떻게 발견할 수 있을까요? 게다가 그들은 모든 것을 극도로 철저하게 기밀로 분류했습니다. 우리가 쓸 만한 것을 하나라도 만들어 내면 그것마저 기밀로 묶어 버릴 터였습니다.”
그러나 암호 기술을 향한 지적 호기심은 그를 계속 앞으로 나아가게 했습니다. IBM과 MIT에서 만난 사람들의 영향도 컸습니다. 헬먼은 언젠가 암호 기술이 상업적으로 매우 중요해질 것이라고 믿었습니다.
그는 1973년 암호 기술을 주제로 첫 강연을 열고 첫 기술 보고서를 발표했습니다. 연구 결과는 빠르게 알려졌고 사람들의 관심을 끌기 시작했습니다. 그해 휫필드 디피라는 연구자가 헬먼에게 연락해 왔습니다.
지루해하던 청년, 휫필드 디피
헬먼과 달리 디피는 열 살 때 처음 암호학을 접했습니다. 역사학 교수였던 아버지가 동네 도서관에서 암호 관련 책을 빌려 온 것이 계기였습니다. 그는 수학을 사랑했지만 학교는 싫어했습니다. 주변 사람들은 디피가 “그럭저럭 해낼 만큼만 했고”, “아버지가 기대한 만큼 스스로 노력한 적은 없었다”고 평가했습니다. 결국 그는 가까스로 학교를 졸업했습니다.
학교 성적은 좋지 않았지만 MIT 입학시험을 거뜬히 통과할 만큼 영리했습니다. MIT에서는 수학을 공부했습니다. 그는 독학으로 프로그래밍을 배우려 했던 일을 회상하지만, 당시에는 프로그래밍을 “아주 하찮은 일”로 여겼습니다. 대학 생활 전반에 지루함을 느낀 그는 대부분의 시간을 순수수학 공부에 쏟았습니다.
본업보다 인공지능과 《코드 브레이커스》에 빠지다
디피가 졸업하자 미국 정부는 베트남전에 투입할 젊은이들을 징집하고 있었습니다. 기관총이 난무하고 베트콩의 함성이 울리는 전쟁터는 디피의 관심을 조금도 끌지 못했습니다. 그는 소프트웨어를 개발하며 자신이 이른바 “하찮은 일”이라고 부르던 업무를 하는 직장을 구했습니다. 동시에 MIT 프로젝트 MAC의 인공지능 연구소에서도 ‘시간제’로 일하기 시작했습니다. 연구소를 이끌던 사람은 마빈 민스키와 존 매카시라는 두 뛰어난 연구자였습니다.
디피는 매카시와 매우 돈독한 관계를 맺으며 많은 것을 배웠습니다. 당시 디피를 비롯한 많은 사람은 알지 못했지만, 매카시는 훗날 ‘인공지능의 아버지’로 불리게 됩니다. ‘AI’라는 용어를 만든 사람도 그였습니다. 널리 알려진 그의 주장은 다음과 같습니다.
“학습을 비롯한 지능의 모든 특징은 원칙적으로 충분히 정밀하게 설명할 수 있으며, 따라서 기계가 이를 모방하도록 만들 수도 있습니다.”
매카시는 놀라울 만큼 미래지향적인 사람이었습니다. 그는 그런 지능이 등장하기까지 “5년에서 500년”이 걸릴 것이라고 보았습니다. 디피는 매카시의 지도를 받으며 컴퓨터를 바라보는 그의 철학을 배웠고, 네트워크와 전자 키, 인증에 관해서도 깊이 이해하게 되었습니다. 이후 매카시를 따라 스탠퍼드로 옮겨 새로 설립된 인공지능 연구소 SAIL에 합류했습니다.[6]
스탠퍼드에 머무는 동안 디피는 데이비드 칸의 《코드브레이커스: 비밀 문자의 역사》를 읽었습니다. 고대 이집트부터 책이 쓰인 당시까지 암호의 역사를 다룬 책이었습니다. 이 책은 사생활 보호에 관한 디피의 신념에 깊은 영향을 미쳤습니다.
암호 연구를 직접 파고들고 싶었던 디피는 1973년 SAIL을 떠났습니다. 이듬해까지 미국 곳곳을 돌아다니며 여러 전문가를 만나 암호 기술을 논했습니다.
“저는 제가 잘하는 일 가운데 하나를 하고 있었습니다. 도서관에서 희귀한 원고를 찾아내고, 차를 몰고 여기저기 다니며 대학에 있는 친구들을 찾아가는 일이었습니다.”
1974년 디피는 연구의 일환으로 암호 연구진을 만나기 위해 요크타운하이츠의 IBM 토머스 J. 왓슨 연구소를 방문했습니다. 당시 연구팀을 이끌던 사람은 호르스트 파이스텔이었습니다. 헬먼에게 처음 암호 기술을 소개한 바로 그 인물이었습니다.
하지만 디피가 방문했을 때는 연구의 상당 부분이 국가안보국에 의해 기밀로 지정된 상태여서 얻을 수 있는 정보가 많지 않았습니다. 대신 연구원들은 스탠퍼드대학교에서 같은 분야를 연구하던 마틴 헬먼 교수를 소개해 주었습니다.
헬먼과 디피의 만남
“1974년 가을, 휫이 우리 집 문 앞에 나타났습니다. 저는 그날을 절대 잊지 못할 것입니다.”
— 헬먼(2011)
소개를 받은 헬먼은 1974년 자신의 집에서 디피를 만나기로 했습니다.
디피는 오후에 찾아왔지만 저녁 식사까지 함께한 뒤 밤 11시가 되어서야 돌아갔습니다. 잠깐으로 예정했던 만남이 몇 시간에 걸친 긴 대화로 이어진 것입니다. 헬먼은 그날을 이렇게 회상합니다.
“혼자 고립된 채 연구하는 일은 사람을 지치게 했습니다. 그러다 뜻이 통하는 동료를 만났으니 정말 대단한 일이었습니다.”
얼마 지나지 않아 디피는 인근 연구팀에 일자리를 얻었습니다. 그러나 이전 직장에서와 마찬가지로 곧 본업보다 헬먼과 함께 암호를 연구하는 데 더 많은 시간을 썼습니다.
이듬해인 1975년 초, 두 사람에게는 걱정해야 할 또 하나의 문제가 생겼습니다. 바로 DES였습니다.
데이터 암호 표준(DES)
1975년 초, 정부는 DES를 공개했습니다. DES는 대중과 기업의 사용을 승인받은 최초의 암호 방식이었습니다. NSA는 강력한 암호화가 필요한 금융 서비스와 기타 산업 분야에 DES를 도입하도록 밀어붙였습니다. 여기에는 SIM 카드, 네트워크 장비, 라우터, 모뎀 등이 포함되었습니다.
DES 이전에는 수정헌법 제1조가 암호 기술을 군수품을 비롯해 군사적 성격을 띤 품목과 함께 분류했습니다.[7] 어떤 형태의 암호 기술이든 다루려면 허가가 필요했고, 관련 연구는 모두 NSA에 의해 기밀로 지정되었습니다. DES는 이런 기술의 사용을 대중에게 처음 승인한 사례였습니다.
DES의 설계 과정
국가 표준으로 삼을 암호 기술이 필요하다는 사실은 1972년 미국 국가표준국의 연구를 통해 확인되었습니다. 이 기관은 오늘날 NIST, 즉 미국 국립표준기술연구소로 불립니다. 쉽게 말해 NSA의 껍데기나 다름없는 기관이었습니다. 국가표준국은 1973년과 1974년 미국 전역의 연구기관에 암호 설계안을 공모했습니다. 첫 공모에서는 아무런 성과를 거두지 못했습니다. 그러던 1974년 IBM이 ‘루시퍼’라는 암호를 내놓았습니다.
루시퍼의 설계를 이끈 사람은 IBM의 호르스트 파이스텔이었습니다.
이 암호는 이전에 개발된 암호를 개선한 것이었으며 NSA의 설계 요청에도 부합했습니다. 루시퍼는 NSA와 한 차례 더 협의 과정을 거쳤고, NSA는 키 크기를 64비트에서 48비트로 줄이기를 원했습니다. 기본적으로 암호화와 복호화에 필요한 처리 능력을 줄이려는 것이었습니다. 결국 키 크기를 56비트로 줄이기로 한 결정은 훗날 그들의 발목을 잡게 됩니다.
헬먼과 디피의 비판
처음에 헬먼과 디피는 DES를 두 팔 벌려 환영했습니다. 암호학을 대중의 관심사로 끌어낸 큰 진전이라고 보았기 때문입니다. 그러나 자세히 살펴본 두 사람은 짧아진 키 길이가 무차별 대입 공격[8]에 취약하리라고 내다봤습니다.
그러나 더 중요한 문제는 연구자들 사이에서 IBM 팀이 NSA가 암호를 조작했다고 비난했다는 점입니다. 암호가 승인을 받기 위해 워싱턴으로 보내졌다가 돌아왔을 때 S-박스, 즉 평문을 암호문으로 바꾸는 암호 장치의 일부가 변경되어 있었습니다.
1970년대에는 정부에 대한 불신이 사회 전반에 퍼져 있었습니다. 그 경계심의 뿌리는 제2차 세계대전 직후까지 거슬러 올라갑니다. 소련과 나치 독일 같은 전체주의 정권의 통제를 지켜본 사람들은 정부가 개인의 권리를 침해하지 않는지 예의주시했습니다. 조지 오웰의 《1984》를 비롯해 정부의 감시와 사회 통제, 개인의 자유를 다룬 여러 대중 작품에도 이러한 공포가 고스란히 드러났습니다.
이러한 정서는 1960년대에도 이어졌습니다. 존 F. 케네디 암살과 쿠바 미사일 위기가 시대를 뒤흔들었고, 흑인과 동성애자의 인권을 요구하는 사회·정치 운동도 거세게 일어났습니다. 1970년대에는 1972년 워터게이트 사건이 겹치며 불신이 더욱 깊어졌습니다. 닉슨 대통령이 워싱턴 D.C.의 민주당 전국위원회 본부 도청을 승인했다는 논란을 둘러싼 사건이었습니다. 사람들이 품어 온 두려움이 서서히, 그러나 분명하게 눈앞의 현실이 되고 있었습니다.
사람들은 국가안보국만 몰래 우회할 수 있는 암호 체계를 만들어 놓았다고 믿었습니다.
아무것도 몰랐던 아이, 머클
DES가 공개된 직후, 헬먼과 디피는 《다중 사용자 암호 기법》이라는 기술 논문을 발표했습니다. 얼마 지나지 않아 두 사람은 버클리에서 컴퓨터과학을 공부하던 스물세 살 청년 랠프 머클을 알게 되었습니다. 당시 헬먼은 서른 살이었고, 디피는 그보다 겨우 한 살 많았습니다.
머클 퍼즐
헬먼과 디피를 만나기 전부터 머클은 공개키 암호학의 초기 개념을 독자적으로 연구하고 있었습니다. 훗날 ‘머클 퍼즐’[9]이라 불리게 된 아이디어입니다. 컴퓨터과학 과목 CS244를 듣던 그는 한 가지 수수께끼에 부딪혔고, 이를 계기로 자신의 생각을 발전시키기 시작했습니다.
‘적대적인 상대가 이미 모든 것을 알고 있다면, 어떻게 안전한 통신을 다시 구축할 수 있을까요?’
마침 수업에서는 개인 프로젝트를 하나 완성해야 했습니다. 자신의 아이디어를 발전시키기에 더없이 좋은 기회였습니다.
“도청자가 모든 것을 알고 통신 내용까지 엿들을 수 있다면, 도대체 어떻게 보안을 구축할 수 있을까요? 처음에는 불가능해 보였으므로, 불가능하다는 사실을 증명해 보기로 했습니다. 그래서 보안을 구축할 수 없다는 것을 증명하려고 했습니다. 시도하고 또 시도했지만 처참하게 실패했습니다. 그런 다음 조금 더 생각해 보다가 이렇게 결론 내렸습니다.
‘불가능하다는 사실을 증명할 수 없다면, 방향을 돌려서 실제로 해낼 방법을 찾아보겠습니다.’ 막 불가능성을 증명하려던 참이었기에, 말하자면 제 증명의 균열이 어디 있는지 알고 있었습니다. 어디를 비집고 들어가야 할지도 알았습니다. 그래서 그 지점들을 파고들었습니다. 놀랍게도 정말 가능했습니다. 증명의 균열을 이용해 실제로 해내는 방법을 만들 수 있었습니다. 방법을 알아낸 순간, 이른바 ‘아하!’ 하는 깨달음이 찾아왔습니다.
‘바로 이것입니다. 제대로 작동합니다. 할 수 있습니다.’
그 모든 일은 무척 빠르게 벌어졌습니다. 어느 날 밤늦게까지 깨어 생각하다가 문득 깨달았습니다. ‘놀랍게도, 정말 해낼 수 있습니다.’ 직관에는 몹시 어긋나는 것처럼 보였지만, 실제로 키를 찾아낼 수 있었습니다. 적이나 침입자, 도청자가 모든 것을 알고 있더라도 공개된 통신 회선을 통해 암호 키를 정할 수 있었습니다.”
암호학의 이론이나 역사에 관해 아는 것이 거의 없었던 머클은 이 문제가 애초에 해결 불가능한 것으로 여겨진다는 사실조차 몰랐습니다.
그는 연구 내용을 논문으로 정리해 주변 사람들에게 보여주었습니다. 보안 강의를 맡은 교수는 머클의 연구를 이해하지 못한 채 집어치우라고 했습니다. 권위 있는 컴퓨터과학 학술지 CACM에 논문을 제출했을 때도 거절당했습니다. 그러나 이번에는 연구가 터무니없다는 이유가 아니었습니다. 편집자는 그 내용이 다음과 같다고 판단했습니다.
“당시 암호학의 주류적 사고에 속하지 않습니다.”
하지만 머클은 자신의 논문을 컴퓨터과학자 피터 블랫먼에게도 보여주었습니다. 블랫먼은 단번에 그 가치를 알아보았습니다. 머클은 몰랐지만 블랫먼은 디피의 친구였고, 디피는 블랫먼을 스탠퍼드에서 열리는 암호학 모임에 초대했습니다. 차로 이동하는 동안 블랫먼은 머클이 풀고 있던 문제를 디피에게 간략히 설명했습니다.
알고 보니 디피 역시 수년 동안 같은 문제에 사로잡혀 있었습니다. 한 젊은 컴퓨터과학도가 그 문제를 풀었을지도 모른다는 말을 듣자 디피는 그 가능성을 일축하며 버럭 화를 냈습니다. 그러나 마음을 가라앉힌 뒤에는 실제로 해법이 존재할지도 모른다는 생각에 흥분하기 시작했습니다.
헬먼과 디피는 얼마 전 공개키 암호학이 가능하다고 가정하고, 그 활용 방안을 탐구한 논문을 제출한 상태였습니다. 디피는 블랫먼에게 논문 한 부를 주면서 머클에게 전해 달라고 부탁했습니다.
“스탠퍼드에 자네와 똑같은 이야기를 하는 사람들이 있네.”
두 사람의 연구를 읽은 머클은 자신의 논문을 보냈습니다. 헬먼과 디피는 그 논문을 읽고 생각을 완전히 바꿨습니다. 머클은 젊었고 암호학 지식도 전무했지만, 독창적인 발상으로 키 분배 문제를 풀어냈습니다. 스물세 살의 학생이 학자들이 수년 동안 이루려 했던 일을 해낸 것입니다.
그러나 헬먼과 디피가 보기에 머클의 해법은 비효율적이었습니다. 두 사람은 암호학 지식을 바탕으로 키 분배 문제를 훨씬 간결하게 해결했으며, 새로운 형태의 공개키 암호학을 고안했습니다. 이들의 발상은 곧 한 편의 논문으로 정리되었습니다. 훗날 「암호학의 새로운 방향」으로 알려진 논문입니다.
공동 연구를 마친 머클은 헬먼의 제안을 받아들여 스탠퍼드로 옮겼습니다. 그곳에서 헬먼의 지도를 받으며 박사과정을 밟기 위해서였습니다.
암호학의 새로운 방향
1976년 11월, 「암호학의 새로운 방향」이 발표되었습니다. 이 논문은 암호학의 근본적인 문제와 공개키 암호학, 그리고 인증된 통신을 가능하게 하는 프로토콜을 다루었습니다.
머클은 독자적으로 수행한 연구의 공로를 인정받았습니다. 그러나 해당 통신 프로토콜에는 결국 ‘디피-헬먼 키 교환’이라는 이름이 붙었습니다. 그럼에도 1977년 공개키 암호학가 특허를 받았을 때, 머클은 세 발명자 가운데 한 사람으로 이름을 올렸습니다. 디피는 훗날 머클을 “공개키의 역사에서 어쩌면 가장 창의적인 인물”이라고 회고했습니다.
이 체계는 이후 ‘디피-헬먼 키 교환’이라는 이름으로 알려졌습니다. 비록 이 체계를 처음 기술한 논문은 디피와 제가 썼지만, 그 바탕에는 머클이 발전시킨 공개키 분배 개념이 있습니다. 따라서 사람의 이름을 붙여야 한다면 ‘디피-헬먼-머클 키 교환’이라 불러야 마땅합니다. 이 작은 발언대가 공개키 암호학의 발명에 머클이 동등하게 기여했다는 사실을 인정하는 데 조금이나마 도움이 되기를 바랍니다.
— 마틴 헬먼(2002년)
이 논문에서 다룬 개념들은 오늘날 우리가 사용하는 블록체인을 설계하고 보호하는 데 쓰입니다. 논문 말미에는 연구 목적 가운데 하나가 다음과 같이 적혀 있습니다.
최근까지 정부가 거의 완전히 독점해 사람들의 참여를 막아 온 이 매혹적인 분야에 더 많은 이들이 뛰어들도록 영감을 주는 것입니다.
— 「암호학의 새로운 방향」
처음으로 대중이 강력한 암호 기술에 접근할 수 있게 되었습니다. 이들의 연구는 암호 지식을 틀어쥐고 있던 통제를 무너뜨렸습니다. 정부의 DES 암호에 대한 불신이 커지면서, 논문 속 기술은 암호학과 암호화에 대한 최초의 거센 대중적 관심을 불러일으켰습니다.
훗날 헬먼과 디피, 머클이 공개키 암호학를 최초로 고안한 사람들은 아니었다는 사실이 밝혀졌습니다. 영국 정보기관 GCHQ의 연구자들이 이미 공개키 암호학의 한 형태를 고안해 알고리즘으로 구현했습니다. NSA도 이 연구에 접근할 수 있었지만, 모든 내용이 기밀로 묶인 채 어둠 속에 방치되었습니다.
잠시 상상해 보겠습니다. 만약 이 세 사람이 공개키 암호학를 발표하지 않았다면 어땠을까요? 우리가 사는 세계는 지금과 전혀 달라졌을지도 모릅니다.
정부기관들이 연구 결과를 철저히 감춘 사이, 헬먼과 디피, 머클의 논문은 이후 수십 년 동안 이어질 혁신의 물결을 일으켰습니다. 이 뚜렷한 대비는 암호학은 물론 다른 과학 분야에서도 열린 협업이 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다.
이러한 의미를 상징하듯 논문의 첫 문장은 다음과 같이 시작합니다.
“오늘날 우리는 암호학 혁명의 문턱에 서 있습니다.”
헬먼과 디피가 암호학 연구를 이어가는 동안에도 머클은 계속해서 두각을 나타냈습니다. 1970년대 남은 기간을 헬먼과 디피의 제자로 보낸 머클은 1980년대에도 암호학에 영향을 미쳤으며, 훗날 암호학적 해싱(hashing)을 발명했습니다.
맺음말
이 세 암호학자는 암호학을 가로막던 장벽을 무너뜨렸습니다. 1980년대에는 암호학자 데이비드 차움이 이들의 연구를 이어받아 익명 통신과 익명 결제, 나아가 탈중앙화 서비스의 필요성을 제시했습니다. 차움의 연구 역시 헬먼과 디피, 머클의 헌신이 없었다면 가능하지 않았을 것입니다.
특히 흥미롭게 느낀 부분들
- 늦은 출발: 헬먼은 박사 학위와 정규 교육을 마친 뒤 한참이 지나서까지도 암호학을 거의 알지 못했습니다. 그러나 주변 사람들의 영향을 받으며 이 분야를 깊이 이해하게 되었습니다. 머클은 당시 아직 학생이었습니다.
- 거장들과의 만남: 헬먼과 디피는 컴퓨터과학 역사상 가장 뛰어난 인물들 가운데 일부에게 가르침을 받았습니다. DES를 설계한 파이스텔, 클로드 섀넌과 함께 연구한 일라이어스, 인공지능을 발명한 매카시가 그들이었습니다.
- 무지에서 나온 자유: 머클은 암호학 지식이 거의 없었지만, 누구도 풀 수 없다고 여긴 수수께끼를 풀어냈습니다.
- 번역: GPT 5.6 sol
- 감수: 나!
각주
- [1] **사이퍼펑크(Cypherpunk)** — 강력한 암호 기술로 개인의 프라이버시와 자유를 지키려 한 기술·사회운동입니다. 사상적·기술적 뿌리는 1970년대의 암호 연구에서 찾을 수 있지만, ‘사이퍼펑크’라는 이름의 공동체는 1990년대 초에 본격적으로 형성되었습니다.
- [2] 공개키 암호학(Public-key cryptography) — 누구에게나 공개할 수 있는 공개키와 소유자만 보관하는 개인키를 한 쌍으로 사용하는 암호 체계입니다. 암호화와 복호화뿐 아니라 전자서명과 신원 확인에도 활용됩니다.
- [3] **공개 주소와 비트코인 개인키** — 원문은 일반적인 공개키 암호학의 ‘암호화·복호화’와 비트코인의 주소·거래 구조를 다소 단순화해 함께 설명합니다. 비트코인에서 개인키의 주된 역할은 받은 데이터를 복호화하는 것이 아니라, 거래에 전자서명을 만들어 코인을 사용할 권한이 있음을 증명하는 것입니다.
- [4] **파이스텔과 매카시** — 원문 소제목은 호르스트 파이스텔을 ‘해리 파이스텔’로 표기합니다. 또한 원문은 파이스텔이 DES를 설계하고 매카시가 인공지능을 발명했다고 단순하게 표현합니다. 정확히는 파이스텔이 이끈 IBM의 암호 연구와 루시퍼 계열 설계가 DES의 토대가 되었으며, 매카시는 ‘인공지능’이라는 용어를 만들고 초기 연구를 이끈 선구자입니다.
- [5] **클로드 섀넌과 정보이론** — 정보이론은 정보의 양과 압축, 전송의 한계를 수학적으로 다루는 분야입니다. 섀넌은 현대 정보이론과 수학적 암호 연구의 토대를 세웠습니다. 다만 그가 현대 암호학을 혼자 ‘발명했다’고 말하는 것은 지나친 단순화입니다. 그리고.. 네! 그 클로드 맞습니다!
- [6] **SAIL** — SAIL은 Stanford Artificial Intelligence Laboratory의 약자입니다. 초기 인공지능과 컴퓨팅·네트워크 연구를 이끈 주요 거점 가운데 하나였습니다.
- [7] **암호학과 미국 수정헌법 제1조** — 원문의 설명은 정확하지 않습니다. 암호학이 군수품으로 취급된 것은 당시 미국의 군수품 목록과 수출통제 제도에 따른 것이지, 수정헌법 제1조가 암호를 군수품으로 분류했기 때문은 아닙니다. 훗날 암호 소스코드 규제를 둘러싼 소송에서는 수정헌법 제1조가 보장하는 표현의 자유가 핵심 쟁점이 되었습니다.
- [8] **무차별 대입 공격(Brute-force attack)** — 가능한 암호 키를 하나씩 모두 시험해 정답을 찾는 공격입니다. 키가 짧을수록 시험할 조합이 줄어들어 공격하기 쉬워집니다. DES의 56비트 키는 오늘날의 기준으로 안전하지 않습니다. 원문의 키 길이 설명은 부정확합니다. IBM의 초기 루시퍼 설계는 128비트였고, DES의 64비트 키 가운데 8비트는 패리티 비트여서 실제 키 길이는 56비트였습니다. 48비트는 각 라운드에 쓰이는 서브키 길이입니다.
- [9] **머클 퍼즐(Merkle’s Puzzles)** — 도청 가능한 공개 통신망에서도 두 당사자가 비밀값에 합의할 수 있게 한 초기 방식입니다. 공격자가 비밀을 알아내려면 정상적인 참여자보다 훨씬 많은 계산을 해야 한다는 점을 이용합니다.
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