임계값 서명과 실제 사용 사례

고전적인 비밀 공유는 한 지점에서 비밀값을 복원하므로 위험이 있습니다. 임계값 서명은 서명 생성을 분산합니다. k-of-n 참여자가 어느 한 참여자도 전체 개인 키를 보유하지 않은 상태에서 공동으로 서명을 생성합니다. 복원이 없고 단일 장애 지점도 없습니다.

임계값 ECDSA(t-ECDSA)를 사용하면 k명의 참여자가 메시지에 대한 ECDSA 서명을 공동으로 계산할 수 있습니다. 각 참여자는 개인 키의 공유 조각을 보유합니다. 이 프로토콜은 MPC를 사용해 개별 공유 조각이나 결합된 키를 공개하지 않고 서명을 계산합니다.

페어링 친화적 곡선 위의 BLS(Boneh-Lynn-Shacham) 서명은 우아한 임계값 방식을 지원합니다. 부분 서명은 선형이므로 각 참여자가 자신의 공유 조각으로 서명한 다음, k개의 부분 서명을 라그랑주 계수로 집계해 하나의 BLS 서명을 생성합니다.

DKG는 신뢰할 수 있는 분배자를 없앱니다. 각 참여자가 자신의 공유 다항식을 생성하고, 커밋값을 공개적으로 전송하며, 공유 조각을 교환합니다. 공동 공개 키는 어떤 참여자도 개인 키를 알지 못하는 상태에서 계산됩니다. Ethereum 검증자와 분산형 하드웨어 보안 모듈에서 사용됩니다.

Coinbase, Gemini, BitGo 같은 거래소는 핫 월릿 키에 2-of-3 또는 3-of-5 임계값 ECDSA나 Shamir SSS를 사용합니다. 콜드 월릿 키는 하드웨어 기반 키 관리 절차를 사용하며, 오프라인 Shamir 공유 조각을 지리적으로 분리된 금고에 분산해 보관합니다.

Thales Luna와 AWS CloudHSM은 M-of-N 정족수 인증을 지원합니다. 민감한 작업(키 래핑, 서명)을 수행하려면 N명의 관리자용 스마트 카드 중 M개가 동시에 있어야 합니다. 카드는 지리적으로 분산되어 보관됩니다.

Ethereum 2.0 예치 풀은 임계값 BLS 서명을 사용합니다. 여러 노드가 검증 증명에 공동으로 서명하면서 검증자의 개인 키를 노출하지 않습니다. k-1개의 노드가 오프라인이 되면 서명이 안전하게 중단됩니다. k개의 노드를 사용할 수 있으면 서명이 계속됩니다.

CA 개인 키에는 절차에 기반한 Shamir 공유가 사용됩니다. 물리적 스마트 카드를 각각 보유한 7명의 키 보유자 중 5명이 보안실에 모여 인증서 폐기 목록에 서명하거나 새로운 중간 CA 인증서를 발급해야 합니다.

FROST(유연한 라운드 최적화 Schnorr 임계값)는 Bitcoin Taproot 및 MuSig2와 호환되는 임계값 Schnorr 서명을 생성합니다. 통신 라운드가 2회만 필요하며, 현재 임계값 Bitcoin 서명 분야에서 가장 발전된 방식입니다.

임계값 방식은 유효하지 않은 공유 조각이나 서명을 보내는 악의적인 참여자를 처리해야 합니다. 견고한 프로토콜은 커밋값과 영지식 증명을 사용해 부정행위자를 탐지하고 제외하면서도 남은 정직한 참여자들로 복원 또는 서명을 계속 수행합니다.

기능 비교: Shamir SSS(비밀값을 공유, 단순함)와 임계값 ECDSA(복원하지 않음, 복잡함, MPC 기반), 임계값 BLS(기본 집계, 페어링 곡선만 지원), 다중 서명(블록체인 수준, MPC 불필요)

임계값 서명은 MPC 프로토콜을 사용해 복원 없이 서명 생성을 분산합니다. 암호화폐 수탁, 검증자 네트워크, 기업 CA 절차에 적용됩니다. 다음 주제: 암호학적 무작위성과 엔트로피