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정보보호학회지

양자 암호(Quantum cryptography)

김재완

Published Jun 1, 2004• 0 citations
OpenAlex

Abstract

양자물리학은 디지털통신보안에 대해 ‘병 주고 약 주는’ 관계에 있다. 양자컴퓨터는 디지털컴퓨터로는 풀기 어려운 문제를 쉽게 풀 수 있을 것으로 기대되어, 어려운 수학 문제에 그 보안성을 담보하는 공개키 암호체제가 양자컴퓨터의 위협 앞에 놓이게 된 한편, 양자물리학은 일회용난수표를 도청이 절대 불가능한 방식으로 전송하는 양자암호기술이라는 새로운 형태의 암호체제를 제시한다. 양자암호기술은 기존의 암호기술과 함께 21세기 디지털통신에 완벽한 보안대책을 제공하게 될 것이다.

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현재, 주요 선진국들을 포함하여 Google과 IBM과 같은 국제 대기업들을 필두로 양자 컴퓨터 개발에 전폭적인 투자들을 하고 있다. 양자 컴퓨터는 특정 분야에 있어 월등한 계산 능력을 보여주며, 기존 컴퓨터에서는 해결할 수 없던 몇몇 문제들을 빠른 시간 내에 해결한다. 이러한 양자 컴퓨터의 등장은 기존 컴퓨터에서는 사실상 풀 수 없는 암호 알고리즘들을 빠른 시간 내에 해결하여 암호학계에 큰 위협이 되고 있다. 현재 사용하고 있는 대부분의 공개키 암호 알고리즘인 RSA와 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 또한 공격 대상이다. NIST에서는 다가오는 양자 컴퓨터 시대에 대비하여 양자내성암호 공모전을 주최하였으며 현재 라운드 3에 도입하였다. 본 논문에서는 라운드 3의 후보 알고리즘인 코드기반암호를 공격하는 ISD(Information Set Decoding) 알고리즘에 관한 동향을 조사하였다.

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최근 엄청난 계산 능력을 보여주는 양자 컴퓨터와 정보 접근성이 높고 비용이 낮은 클라우드 컴퓨팅에 대한 개발이 활발하 게 이루어지고 있다. 이러한 양자 컴퓨터의 경우 양자오류정정부호가 필수적이며, 클라우드 컴퓨팅의 경우 보안성 및 계산성 을 확보하기 위해 동형암호가 사용될 수 있다. 각각 다른 목적을 위해 사용되는 이 두 기법은 서로 비슷한 가정을 바탕으로 하고 있어, 양자오류정정부호를 기반으로 동형암호를 구성하는 연구들이 진행되어왔다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 양자 오류정정부호를 변형하여 동형암호적 양자정보처리가 가능한 기법을 제시한다. 기존의 양자오류정정부호를 이용한 동형암호 기법의 경우 부호를 사용하였지만 오류정정 능력이 전혀 없는데 반해, 제시한 양자오류정정부호 기법을 사용하면 동형암호적 양자정보처리가 가능하면서도, 동시에 양자오류정정부호 본연의 기능인 양자정보의 연산, 저장 중의 오류를 정정할 수 있는 장점이 존재한다.

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양자 컴퓨팅과 양자 기술은 암호학과 국방산업 등 다양한 분야에서 기존의 한계를 극복하고 새로운 패러다임을 제공하는 혁신적인 도구로 간주 되고 있다. 이러한 큰 영향력이 기대됨에도 불구하고 양자 컴퓨팅과 양자 기술을 사용할 수 있게 도와주는 양자 코딩에 대한 관심은 상대적으로 적은 것이 사실이다. 최근에는 접근성이 용이한 양자 코딩 플랫폼의 등장으로 실제 양자 컴퓨터를 활용하거나 양자 시뮬레이터를 통해 양자 코드를 작성하고 동작시킬 수 있는 환경이 조성되고 있다. 이에 따라 본 논문은 상용화된 양자 코딩 플랫폼들을 소개하고 큐비트와 양자 게이트에 대해 알아본다. 또, 이를 바탕으로 IBM의 Qiskit을 활용하여 고전 리플 캐리 덧셈(RCA) 알고리즘을 양자 RCA 회로로 구현하는 과정을 상세히 소개한다.
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