임계값 서명에 대하여

임계값 서명이란?

“임계값 서명(Threshold Signature)”은 “임계값 서명 체계(TSS, Threshold Signature Scheme)”에서 쓰이는 기술로, 여러 서명자로부터 단일 디지털 서명을 생성하는 암호화 기술을 뜻합니다. 임계값 서명은 분산 시스템이나 그룹으로 구성된 조직에서 트랜잭션의 승인 등 중요한 의사결정에 대한 서명을 하는 데 이용됩니다.

만약 블록체인에서 필수적으로 쓰이는 암호화폐 지갑의 키를 오직 한명만 가지고 있다면, 디지털 자산에 대한 접근 권한이 특정인에게 집중되고 이는 자칫 실수나 부정행위를 유발할 여지가 있습니다. 하지만 임계값 서명 기술을 사용한다면 보안성이 향상됨은 물론, 권한의 남용과 키의 손상으로 인한 자금 손실을 방지할 수 있습니다.

< 임계값 서명 구조 >

임계값 서명의 작동 원리

임계값 서명은 어떤 방식으로 동작하는 걸까요? 임계값 서명 체계(TSS)에서 특정 트랜잭션을 승인하기 위한 디지털 서명을 생성하려면, 전체 서명자 그룹에서 서명자 수가 임계값을 초과해야 합니다. 임계값 서명 체계의 구조는 일반적으로 “t of n”으로 하며, 여기서 n은 전체 서명자의 수, t는 트랜잭션에 서명할 수 있는 서명자의 수를 나타냅니다.

예를 들어, 7명의 서명자로 이루어진 그룹에서 트랜잭션을 승인하기 위해선 그룹의 과반수인 4명이 필요합니다. 과반수의 서명자들은 각자 개인키를 통해 개별 서명을 생성한 후, 이를 조합해 하나의 임계값 서명을 생성하고 트랜잭션을 승인할 수 있습니다. 

이 과정에서 서명자 4명의 신원정보는 보호되므로 정확히 누가 서명했는지 알 수 없기 때문에 보안성이 유지됩니다.

이 방식은 “다중서명(Multi-Signature)”방식과 비슷하지만 다중서명 방식이 독립적으로 유효한 개별 서명의 조합으로 의사결정을 하고, 검증 또한 서명자들의 개별적인 공개키를 사용한다는 것과 달리 결과적으로 오직 하나의 디지털 서명을 생성해 사용한다는 차이점이 있습니다.

임계값 서명 체계의 응용

임계값 서명 체계는 다양한 쓰임새를 가지고 있습니다. 가장 대표적인 몇가지 예시를 소개해드리겠습니다. 

1. TSS 지갑(TSS 기술 기반 지갑)

TSS 지갑은 임계값 서명 체계 암호화 기술을 적용한 암호화폐 지갑입니다. 기존 단일 서명 방식의 암호화폐 지갑은 공동 디지털 자산을 보관할 경우, 개인키 보관자의 권한을 견제할 수단이 마땅치 않고, 하나밖에 없는 개인키를 분실할 시 지갑이 보관중인 모든 디지털 자산을 잃을 수 있다는 위험이 존재했습니다. 

그에 반해 TSS 지갑은 서명 권한이 있는 다수의 개인키를 조합해 사용하는 것이므로 하나의 개인키가 손상된다고 하더라도 트랜잭션의 승인이 정상적으로 이뤄질 수 있으며 권한이 분산되어 보다 더 안정적이며 높은 신뢰성을 가진다는 장점이 있습니다. 또한, 개별 서명을 메인 체인에 노출시키지 않기 때문에 서명자에 대한 해킹 시도를 방지할 수 있습니다.

2. 블록체인의 의사결정

임계값 서명 체계는 스마트 컨트랙트 실행, 트랜잭션의 승인 등 블록체인의 모든 의사결정, 즉, 블록체인의 운영에 사용될 수 있습니다. 앞에서 설명한 것처럼 임계값 서명 체계는 그 특성상 한 사용자의 개인키가 유출되더라도 임계값의 사용자 정보를 추가로 해킹하지 못하면 의사결정을 할 수 있는 디지털 서명을 생성할 수 없습니다. 

그렇기 때문에 서명자 그룹 중 몇 명의 정보가 탈취당하더라도 스마트 컨트랙트의 실행 및 코드 조작, 블록체인 내 트랜잭션 확인, 네트워크의 운영방향 투표 등 블록체인의 전반적인 운영에 영향을 끼칠 수 없어 블록체인의 보안이 유지됩니다.

결론

임계값 서명은 서명 권한을 가진 그룹의 과반수가 특정 데이터에 대한 서명을 동의했을 때 최종 권한을 가진 하나의 디지털 서명을 생성할 수 있는 암호화 기술입니다.

임계값 서명 체계는 권한 분산, 개인키 손상에 대해 대처 가능하다는 장점이 있으므로 이를 이용해 블록체인의 보안성 향상, 디지털 자산 관리 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.