한국통신학회논문지

양자키분배와 RSA 암호를 활용한 이중키 설정 키유도함수

박호중, 배민영, 강주성, 염용진

Published Apr 1, 2016• 0 citations

Abstract

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양자 역학을 이용한 양자 암호 분야는 가장 구현가능성이 높은 분야중 하나이다. 그로인해 양자 암호는 꾸준히 연구되어 왔고 QKD시스템의 대표적인 BB84 프로토콜 등 다양한 통신 방식이 개발되어 왔다. 본 논문에서는 양자 통신의 기본적인 개념을 설명하고이를 이용한 양자 암호 교환 방식인 QKD 시스템을 설명한다. 또한 양자 암호의 개발이 필요한 이유와 보안성을 위협하는 QKD공격방식을 소개한다. 양자 채널을 모델링하고 qubit의 위상을 추정하여 양자 암호 공격을 시뮬레이션 한다. 다양한 공격 방식이QKD시스템에 보안성을 위협하는 원리를 설명하고 이를 극복하기 위한 양자 후처리 방식의 필요성을 논하고자 한다.

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안전한 통신 시스템을 갖추기 위해서는 안전한 암호 알고리즘의 사용과 안전한 암호키 사용이 필수적이다. 현대 암호에서는 표준화된 키유도함수(Key derivation function)를 통해 안전한 암호키를 생성한다. 최근에는 양자물리의 성질을 이용한 양자키분배(Quantum key distribution, 이하 QKD) 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있어, 현대 암호시스템의 안정성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 관점에서 양자 암호와 현대 암호를 결합한 이중키 설정에 대한 연구가 요구된다. 본 논문에서는 양자키분배(QKD)와 현대 암호시스템인 RSA를 조합하여 안전한 키를 생성하는 두 가지의 키유도함수를 제안한다. 또한, 시뮬레이션을 통하여 생성된 암호키의 엔트로피를 측정하는 방법으로 제안한 키유도함수의 유효성을 살펴본다. For a secure communication system, it is necessary to use secure cryptographic algorithms and keys. Modern cryptographic system generates high entropy encryption key through standard key derivation functions. Using recent progress in quantum key distribution(QKD) based on quantum physics, it is expected that we can enhance the security of modern cryptosystem. In this respect, the study on the dual key agreement is required, which combines quantum and modern cryptography. In this paper, we propose two key derivation functions using dual key agreement based on QKD and RSA cryptographic system. Furthermore, we demonstrate several simulations that estimate entropy of derived key so as to support the design rationale of our key derivation functions.

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최근 화두가 되고 있는 양자컴퓨팅 기술의 발전에 따라 기존의 통신 보안체계는 새로운 위협에 직면하고 있으며, 이에 따라 새로운 통신보안체계에 대한 이슈로 양자암호통신 기술이 부상하고 있으며, 양자암호통신은 양자키 분배, 데이터 암복호화, 데이터 전송기술로 구성되어 있다. 이 중 핵심이 되는 양자키 분배 기술은 양자의 불확정성의 원리를 활용하여 임의의 두 노드 사이에 대칭키를 기밀성을 보장하도록 생성 분배한다. 이에 따라, 최근 QKD 기반의 양자암호통신망 구축 및 서비스 응용 사례들이 등장하고 있다. 하지만 현재의 QKD 기반의 양자암호통신망 관리 및 서비스키 제공은 기본적인 기능 구현에 초점을 두고 있기 때문에 실질적인 양자암호통신 응용보안 서비스를 제공하기 위해서는 다양한 응용 서비스 요구사항을 고려한 양자키 관리 및 장애 대응 방안 등의 추가적인 연구가 필요하다. 이에 따라, 본 논문에서는 양자키 부족 현상을 해결하고 양자암호통신망에서 발생할 수 있는 장애에 대응하여 안정적인 양자암호통신망 서비스 환경을 마련하기 위한 양자키 확장 구조와 양자키 관리 정책에 대하여 제안한다. 또한 한정적인 양자키 자원을 활용하여 다양한 양자암호통신 서비스들의 요구사항에 따라 서비스키를 안정적이고 원활하게 제공하기 위한 서비스키 관리 방안에 대하여 제안하고자 한다.

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