Threshold Signature Scheme(TSS, 임계값 서명 방식)

개요

Threshold Signature Scheme(TSS, 임계값 서명 방식)은 전체 키를 복원하지 않고도, 다수의 참여자가 협력하여 하나의 유효한 디지털 서명을 생성하는 암호학 기술입니다. TSS는 MPC(Multi-Party Computation) 기반의 암호 프로토콜로 구현되며, 키 분산 저장, 단일 실패 지점(SPOF) 제거, 프라이버시 보장 등 다양한 보안 요구에 대응합니다. 본 글에서는 TSS의 구조, 작동 원리, MPC와의 차이점, 활용 사례, 장단점 등을 종합적으로 정리합니다.

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1. 개념 및 정의

• **TSS(Threshold Signature Scheme)**는 N개의 서명 참여자 중 T명 이상이 협력하여 하나의 서명을 생성할 수 있는 구조입니다.
• 각 참여자는 개인 키의 일부 조각(Share)만을 보유하며, 전체 개인 키를 복원하지 않고 분산 연산을 통해 서명합니다.
• 서명 결과는 일반적인 디지털 서명과 동일한 포맷으로 누구나 검증 가능하며, 체인 호환성이 뛰어납니다.

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2. 작동 원리

단계	설명	주요 요소
키 생성	N명이 키 생성 프로토콜에 따라 분산 생성	Shamir Secret Sharing, DKG 등
서명 요청	T명 이상의 참여자가 서명 요청 수신	인증된 사용자만 참여 가능
서명 연산	각 참여자가 로컬 연산 → 결과 교환	Zero Knowledge, Oblivious Transfer 등
서명 집계	합산된 결과로 유효한 서명 완성	ECDSA, EdDSA 호환 가능
검증	일반 서명처럼 누구나 검증 가능	온체인·오프체인 모두 지원

TSS는 MPC 서명 중 임계값 구조에 특화된 서명 방식입니다.

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3. TSS vs Multisig vs MPC 서명

항목	TSS	Multisig	MPC 서명 (일반)
키 구조	단일 키를 다중 파티가 분산 보유	각 참여자가 별도 키 보유	MPC 기반 TSS와 동일 구조 가능
서명 결과	단일 서명 (표준 포맷)	복수 서명 (스마트 계약 필요)	단일 서명
체인 호환성	높음 (native 서명과 동일)	체인별 Multisig 구현 필요	대부분 호환 가능
프라이버시	외부에 참여자 노출 없음	공개키 노출됨	동일
예시	Fireblocks TSS, Binance Custody	Gnosis Safe 등	Zengo, Threshold Network 등

TSS는 Multisig 대비 유연하고 효율적인 분산 서명 방식을 제공합니다.

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4. 주요 활용 사례

분야	적용 방식	프로젝트/플랫폼
가상자산 커스터디	안전한 지갑 관리, 개인 키 미보유	Fireblocks, Coinbase WaaS
DAO 운영	다중 승인 기반 자금 집행	Threshold Network, Lit Protocol
Web3 지갑	무패스워드, 패스키 기반 인증	Zengo, BitGo, Fordefi
거래소 백엔드	거래 승인 및 자동화	Binance MPC-TSS 엔진
DeFi / NFT	자산 인출 승인 및 트랜잭션 보안	Safe + TSS 연계 시너지

TSS는 보안성과 확장성을 동시에 확보해야 하는 환경에서 가장 실용적인 솔루션입니다.

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5. 장점과 고려사항

구분	장점	고려 사항 및 한계
보안성	키 유출 위험 제거, SPOF 방지	서버 간 통신 지연 시 서명 실패 가능
유연성	사용자·기관·DAO 구조에 맞춤 적용	참여자 인증 및 오프보딩 필요
확장성	Web3 생태계 전반과 호환	성능 최적화를 위한 MPC 엔진 필요
프라이버시	외부 노출 없이 서명 가능	규제기관의 감사 접근성 고려 필요

TSS는 보안, 프라이버시, 확장성을 갖춘 실용적인 분산 서명 방식입니다.

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6. 기술 발전 및 전망

• GG18, GG20, FROST 등 최신 TSS 프로토콜이 오픈소스로 개발 중
• TSS + ZK 연계로 서명 + 프라이버시를 동시에 강화하는 구조 연구 활발
• TSS + 생체 인증 + WebAuthn 기반의 UX 혁신 기대
• TSS 기반 DAO 자금 집행 자동화 → DeFi 및 Web3 거버넌스에 적용 확대

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결론

TSS는 Web3 시대의 키 관리 문제를 해결하고, 공동 참여 구조의 보안성을 크게 향상시키는 차세대 서명 기술입니다. 개인 키를 복원하지 않고도 안전한 서명을 가능하게 하여, MPC 기반 지갑, DAO, 커스터디, DeFi 등 다양한 분야에서 핵심 역할을 수행하고 있습니다. 향후에는 ZK, 생체 인증, 사용자 인증 표준 등과 결합되며 더욱 진화할 것으로 기대됩니다.