secp256k1 및 멀티시그 지갑 이해하기

Source: Dev.to

“필요한 것은 신뢰가 아닌 암호학적 증거에 기반한 전자 결제 시스템이다.” — 사토시 나카모토

매일 수백만 건의 거래가 비트코인과 이더리움 네트워크를 통해 흐릅니다. 하지만 놀랍게도 이 모든 것을 가능하게 하는 암호학적 기반을 진정으로 이해하는 개발자는 거의 없습니다: secp256k1, 두 블록체인을 구동하는 타원곡선.

제가 Rust로 만든 멀티시그 지갑을 구축하면서 대부분의 개발자(초기에는 저 자신도 포함)가 타원곡선 암호화를 블랙 박스로 취급한다는 것을 깨달았습니다. 우리는 라이브러리를 가져오고, 함수를 호출하며, 마법이 일어난다고 믿습니다.

이 글은 그런 인식을 바꿔줄 것입니다. secp256k1을 풀어 설명하고, 멀티시그 지갑이 어떻게 작동하는지 탐구하며, 왜 Rust가 암호 시스템 구축에 완벽한 언어인지 살펴보겠습니다.

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secp256k1이란?

secp256k1은 유한체 위에서 다음과 같은 간단한 방정식으로 정의되는 타원곡선입니다:

y² = x³ + 7

이 겉보기에 단순한 방정식은 놀라운 특성을 가진 곡선을 만들어냅니다:

• 점 덧셈 – 곡선 위의 두 점을 “더하면” 세 번째 점을 얻을 수 있습니다.
• 스칼라 곱셈 – 점에 정수를 곱하면 또 다른 점이 생성됩니다.
• 일방향 함수 – 개인 키 → 공개 키로 변환하는 것은 쉽지만, 그 과정을 역으로 수행하는 것은 계산적으로 불가능합니다.

왜 이 곡선인가?

비트코인 창시자는 secp256k1을 여러 이유로 선택했습니다:

• 효율성 – y² = x³ + 7 방정식에는 x²와 x 항이 없어 모듈러 연산이 더 빠릅니다.
• 보안 – 256‑비트 키 공간은 약 ~2²⁵⁶개의 가능한 키를 제공하며(관측 가능한 우주에 존재하는 원자 수보다 많음).
• 비‑NSA – 일부 NIST 곡선과 달리, secp256k1의 매개변수는 어떤 정부 기관에 의해서도 선택되지 않았습니다.

암호화 키 작동 방식

개인 키

256비트 무작위 숫자, 예:

0x1a2b3c4d5e6f7a8b9c0d1e2f3a4b5c6d7e8f9a0b1c2d3e4f5a6b7c8d9e0f1a2b

공개 키

스칼라 곱셈으로 얻은 곡선상의 점:

PublicKey = PrivateKey × G

여기서 G는 생성점( secp256k1 상의 고정된 점)이다.

주소

1. 공개 키를 SHA‑256으로 해시한 뒤 RIPEMD‑160을 적용한다.
2. 버전 바이트와 체크섬을 추가한다.
3. 인코딩(보통 Base58Check) → 지갑 주소가 된다.

멀티시그 지갑: 공동 소유

멀티시그 지갑이란?

트랜잭션을 승인하려면 M out of N 서명이 필요합니다.

예시

멀티시그가 중요한 이유

• 보안 – 단일 실패 지점이 없으며, 하나의 키를 분실해도 자금이 위험에 처하지 않습니다.
• 거버넌스 – 주요 결정에 합의가 필요합니다.
• 신뢰 최소화 – 단일 당사자를 신뢰할 필요가 없습니다.
• 복구 – 키 분실에 대비한 내장 메커니즘이 있습니다.

Source:

Rust로 구현하기: 왜?

Rust는 단순히 트렌디한 언어가 아니라, 암호학을 위해 거의 설계된 언어입니다.

// Rust의 타입 시스템은 일반적인 암호 버그를 방지합니다
pub struct PrivateKey([u8; 32]); // 정확히 32바이트, 더 많지도, 더 적지도 않음

impl PrivateKey {
    // 소유권 시스템은 키가 실수로 복사되는 것을 방지합니다
    pub fn sign(&self, message: &[u8]) -> Signature {
        // 컴파일 타임 메모리 안전성 보장:
        // - 버퍼 오버플로우 없음
        // - Use‑after‑free 없음
    }
}

// 오류 처리는 실패 상황을 반드시 다루게 합니다
match wallet.verify_signature(&tx, &sig) {
    Ok(valid) => { /* 진행 */ }
    Err(e)   => { /* 오류를 처리해야 함 */ }
}

암호학을 위한 Rust의 핵심 장점

• 메모리 안전성 – 버퍼 오버플로우, 댕글링 포인터, 데이터 레이스를 방지합니다.
• 제로‑코스트 추상화 – 런타임 오버헤드 없이 고수준의 사용성을 제공합니다.
• 강력한 타입 시스템 – 키, 서명, 해시 등을 혼동하는 일을 방지합니다.
• 명시적 오류 처리 – 개발자가 실패 상황을 반드시 처리하도록 강제해, 조용한 버그를 줄입니다.
• Cargo & Crates.io – 의존성 관리와 재현 가능한 빌드를 손쉽게 할 수 있어 보안 감사를 위해 중요합니다.

이러한 특성 덕분에 Rust로 secp256k1 연산과 멀티시그 로직을 자신 있게 구현할 수 있으며, 컴파일러가 여러분을 보호하고 있다는 확신을 가질 수 있습니다.

코딩을 즐기세요, 그리고 여러분의 키가 영원히 비밀로 남길 바랍니다!

제로 비용 추상화

고수준 코드는 빠른 어셈블리로 컴파일됩니다.

명시적 오류 처리

암호화 실패는 무시할 수 없습니다.

가비지 컬렉션 없음

예측 가능한 성능, 예상치 못한 일시 정지 없음.

Rust에서 빌드하기: 핵심 아키텍처

다음은 Rust로 구현한 멀티시그 지갑의 전형적인 구조입니다. 이 예시는 핵심 개념을 보여줍니다 – 전체 구현은 제 GitHub 저장소에 있으며, 트랜잭션 큐잉, 향상된 직렬화, 보다 견고한 오류 처리와 같은 추가 기능을 포함하고 있습니다:

// Core data structures
pub struct MultisigWallet {
    pub threshold: usize,        // M in M‑of‑N
    pub signers: Vec<PublicKey>, // N public keys
    pub nonce: u64,              // Prevent replay attacks
}

pub struct Transaction {
    pub to: Address,
    pub amount: u64,
    pub nonce: u64,
}

// The critical signing and verification functions
impl MultisigWallet {
    pub fn create_signature(
        &self,
        tx: &Transaction,
        private_key: &PrivateKey,
    ) -> Result<Signature, Error> {
        // Hash the transaction
        let msg_hash = hash_transaction(tx);

        // Sign with secp256k1
        sign_ecdsa(&msg_hash, private_key)
    }

    pub fn verify_and_execute(
        &mut self,
        tx: &Transaction,
        signatures: Vec<Signature>,
    ) -> Result<(), Error> {
        // Verify we have enough signatures
        if signatures.len() < self.threshold {
            return Err(Error::InsufficientSignatures);
        }

        // Verify each signature is from a valid signer
        let msg_hash = hash_transaction(tx);

        for sig in signatures.iter().take(self.threshold) {
            let pub_key = recover_public_key(&msg_hash, sig)?;

            if !self.signers.contains(&pub_key) {
                return Err(Error::UnauthorizedSigner);
            }
        }

        // Execute transaction
        self.execute_transaction(tx)
    }
}

내가 직면한 도전 과제들

1. 서명 검증 엣지 케이스

도전: 같은 키가 두 번 서명하면 어떻게 할까? 서명의 순서가 잘못되면 어떻게 할까?

해결책: 각 서명으로부터 공개키를 복구하고 서명자 목록과 비교한다. HashSet을 사용해 중복 서명을 방지한다.

2. 트랜잭션 재생 공격

도전: 논스가 없으면 공격자가 오래된 유효 트랜잭션을 재생할 수 있다.

해결책: 각 트랜잭션마다 증가하는 논스를 포함한다. 오래된 트랜잭션은 무효가 된다.

3. 키 직렬화

도전: 공개키는 압축된 형태(33 bytes) 또는 압축되지 않은 형태(65 bytes)일 수 있다.

해결책: 일관성을 위해 항상 압축 형식을 사용한다. Rust의 타입 시스템이 이를 강제하도록 돕는다.

배운 점

• Cryptography is unforgiving: 한 바이트라도 틀리면 완전 실패. Rust의 엄격함은 버그가 아니라 기능이다.
• Testing is critical: 알려진 벡터, 퍼즈 테스트, 그리고 속성 기반 테스트로 검증한다.
• Understanding beats memorization: secp256k1이 왜 동작하는지 아는 것이 디버깅을 무한히 쉽게 만든다.
• Error handling is security: 모든 Result는 잘못 다루면 잠재적인 취약점이 된다.

핵심 요약

직접 해보기

전체 secp256k1 서명 생성 및 검증.
M‑of‑N 다중 서명 지갑 구현.
거래 직렬화 및 해싱.
포괄적인 오류 처리.
알려진 벡터를 포함한 테스트 스위트.

도움이 되셨다면 댓글이나 피드백을 남겨 주세요. 질문이 있나요? 버그를 발견했나요? 기여하고 싶으신가요?

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