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융합보안논문지

양자암호 통신망에서 양자키 관리를 위한 통합 데이터 구조

김현철

Published Mar 1, 2021• 0 citations
OpenAlex

Abstract

양자 역학을 기반으로 하는 양자암호통신에서는 각각의 정보를 개별적인 광자에 실어 전송하기 때문에 일부만 도청하는 것이 기본적으로 불가능하며, 침입자가 광자를 불법적으로 가로채 수신자에게 재전송을 하여도 양자 복제 불가능성원리에 의해 같은 정보를 광자에 실어 보내는 것이 불가능하다. 한편 네트워크 기반 다양한 서비스의 폭발적 증대와 함께 해당 서비스의 보안성 보장이 필수적으로 요구되면서 양자암호 통신망의 구축 및 관련 서비스가 다양한 형태로 추진되고 있다. 그러나 양자키 분배(QKD: Quantum Key Distribution) 기술의 발전과는 별개로 이를 활용한 네트워크 구축및 다양한 양자암호 기반 서비스 제공 방안에 관해서는 많은 연구가 필요한 상태이다. 본 논문에서는 양자암호 장치를기반으로, 다양한 양자암호 통신망 장비 간에 양자키를 전달하고 암호화된 전송환경 구현을 위한 통합 데이터 구조를제안하였다.

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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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한국통신학회지(정보와통신)•Jul 1, 2015•0 citations

양자 정보통신 기술 동향과 시사점

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본 고에서는 최근 IT-NT 융합 기술 중 각광받고 있는 양자 정보통신 기술의 기초 이론 및 최신 동향 그리고, 실제적인 시스템 구현을 위한 구성 요소들을 살펴보고자 한다. 양자정보통신 기술은 광자(光子)의 양자역학적 특성에 기반을 둔 기술로서 양자 이론과 밀접한 관련을 가진 기술 분야이다. 일반적으로 양자정보처리 기술은 크게 양자 컴퓨터(quantum computer)와 양자 암호화(quantum cryptography) 기술, 양자 통신(quantum communication) 등으로 구분된다. 양자정보통신의 각 분야 기술이 아직은 기초연구 수준에 있지만 세계적으로 그 중요성을 인식하고 대규모 투자를 아끼지 않는 분야이기 때문에, 이 분야에 대한 투자를 소홀히 하면 기술 종속 또는 기술 후진국으로 전락할 수도 있다. 그러므로, 본 고에서는 외국의 기술 발전 추세에 대처하고 자체적인 관련 기반 기술을 확보하기 위한 기초 이론과 기술 동향에 대해 간략히 살펴보기로 한다.

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안전한 익명 원격 사용자 상호인증 및 키동의 프로토콜

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본 논문에서는 2013년에 Qu가 제안한 개선된 타임스탬프 기반 원격 사용자 상호인증 스킴이 가지는 오프라인 패스워드 추측 공격 취약성과 사용자 익명성 검증 문제를 해결한 안전하고 효율적인 익명 원격 사용자 상호인증 및 키 동의 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 Qu의 스킴과 비교하여 익명성을 포함한 다양한 암호학적 공격들에 안전할 뿐만 아니라 높은 연산 효율성을 제공함으로 경량 사용자 인증환경에 실용적으로 사용되어 질 수 있다.

대한전자공학회 학술대회•Jun 1, 2016•0 citations

효율적인 ID 기반 인증 및 키 교환 프로토콜

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사물인터넷 기술을 기반으로 한 초연결 사회에서는 다양한 성능의 기기들로부터 데이터가 수집되고, 이를 가공하여 사용자에게 새로운 서비스를 제공한다. 이 경우, 사용자의 프라이버시를 보호하고 악의적인 공격자로부터 안전한 서비스를 제공하기 위하여 기기 간 상호 인증이 필수적으로 수행되어야 한다. ID 기반 서명을 이용하면 기기 고유의 ID를 이용하여 기기 간 인증 및 키 교환을 수행할 수 있다. 그러나 기존 RSA 구조의 ID 기반 서명 기법을 이용하면 인증단계 이후에 키 교환을 위한 추가적인 파라미터 공유가 필요하기 때문에 효율성 측면에서 IoT 환경의 저성능 기기에 적용하기에 어려움이 있었다. 본 논문에서는 효율적인 ID 기반 서명을 설계하고, 이를 이용하여 인증 및 키 교환이 동시에 수행되는 효율적인 ID 기반 인증 및 키 교환 프로토콜을 제안한다. 그리고 제안하는 기법의 안전성을 RSA 일방향성에 기반하여 증명하고, 기존 기법들과의 비교를 통해 효율성을 분석한다.

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딥러닝 기반의 순방향 전파형 가중치 양자화 기법

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여러 분야에서 뛰어난 성능을 보이는 딥러닝은 뉴럴 네트워크의 은닉 계층을 늘려 깊은 네트 워크 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라 복잡한 데이터를 쉽게 분류할 수 있으나, 가중치 수 증가로 인해 학습 연산량 및 메모리가 증가한다. 이처럼 많은 연산과 메모리가 필요한 딥러닝은 일반적으로 클라우드 상으로 학습하나, 클라우드는 사용자와의 통신상태가 원활해야 하며 서비스 비용에 대한 부 담감 및 개인정보 유출에 대한 위험성을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 딥러닝을 임베디드 디바이스에 탑재해야 하며 온디바이스 탑재를 위한 네트워크 경량화가 필요하다. 경량화 기법으로는 프루닝 기법과 양자화 기법이 널리 사용되고 있으며 기존 양자화 기법은 비지도 학습 중 하나인 Kmeans를 사용하여 각 계층의 가중치들을 군집화하여 대푯값을 결정한다. K-means 기법에서 군집의 개수를 의미하는 K는 시행착오 방법을 통해 설정해야 하며 이에 따른 오버헤드가 발생한다. 또한, 기 존 양자화 기법은 네트워크 각 계층의 연결 관계를 무시한 채 독립적으로 양자화한다. 우리는 연산 오 버헤드 문제를 해결하기 위해 가중치들의 통계적 정보를 이용한 즉각적 가중치 양자화 기법을 제안하 고 네트워크 각 계층의 의존관계를 고려하여 순차 적으로 양자화함으로써 향상된 학습 성능을 보여준다.

•Jun 1, 2018•0 citations
양자 역학을 기반으로 하는 양자암호통신에서는 각각의 정보를 개별적인 광자에 실어 전송하기 때문에 일부만 도청하는 것이 기본적으로 불가능하며, 침입자가 광자를 불법적으로 가로채 수신자에게 재전송을 하여도 양자 복제 불가능성원리에 의해 같은 정보를 광자에 실어 보내는 것이 불가능하다. 한편 네트워크 기반 다양한 서비스의 폭발적 증대와 함께 해당 서비스의 보안성 보장이 필수적으로 요구되면서 양자암호 통신망의 구축 및 관련 서비스가 다양한 형태로 추진되고 있다. 그러나 양자키 분배(QKD: Quantum Key Distribution) 기술의 발전과는 별개로 이를 활용한 네트워크 구축및 다양한 양자암호 기반 서비스 제공 방안에 관해서는 많은 연구가 필요한 상태이다. 본 논문에서는 양자암호 장치를기반으로, 다양한 양자암호 통신망 장비 간에 양자키를 전달하고 암호화된 전송환경 구현을 위한 통합 데이터 구조를제안하였다.
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.
정보통신망에서 개인정보의 유출로 인한 사회문제가 최근에 큰 이슈가 되면서 정보통신의 보안 기능이 더욱 주목을 받고 있다. 차세대 통신 기술은 정보의 전송 속도나 전송 효율성보다 정보의 보안성에 더 큰 방점이 있을 것이라는 예상도 나오고 있다. 정보보호의 기초는 암호화와 복호화를 통하여 정보가 노출되어도 원래의 정보를 파악 할 수 없도록 만드는 것이며 암호화와 복호화를 위한 암호키의 생성 및 관리 기술의 발전이 곧 암호 및 정보보안 기술의 발전과 궤를 같이 한다. 본 논문에서는 암호키관리의 새로운 패러다임으로 최근에 주목을 받고 있는 양자 암호의 원리를 소개하고 이를 바탕으로 양자통신의 미래를 예상한다. 또한 양자 암호와 양자통신 기술을 뒷받침하는 다양한 양자정보 처리기술의 현황에 대해서도 간략하게 살펴본다.
본 고에서는 최근 IT-NT 융합 기술 중 각광받고 있는 양자 정보통신 기술의 기초 이론 및 최신 동향 그리고, 실제적인 시스템 구현을 위한 구성 요소들을 살펴보고자 한다. 양자정보통신 기술은 광자(光子)의 양자역학적 특성에 기반을 둔 기술로서 양자 이론과 밀접한 관련을 가진 기술 분야이다. 일반적으로 양자정보처리 기술은 크게 양자 컴퓨터(quantum computer)와 양자 암호화(quantum cryptography) 기술, 양자 통신(quantum communication) 등으로 구분된다. 양자정보통신의 각 분야 기술이 아직은 기초연구 수준에 있지만 세계적으로 그 중요성을 인식하고 대규모 투자를 아끼지 않는 분야이기 때문에, 이 분야에 대한 투자를 소홀히 하면 기술 종속 또는 기술 후진국으로 전락할 수도 있다. 그러므로, 본 고에서는 외국의 기술 발전 추세에 대처하고 자체적인 관련 기반 기술을 확보하기 위한 기초 이론과 기술 동향에 대해 간략히 살펴보기로 한다.
본 논문에서는 2013년에 Qu가 제안한 개선된 타임스탬프 기반 원격 사용자 상호인증 스킴이 가지는 오프라인 패스워드 추측 공격 취약성과 사용자 익명성 검증 문제를 해결한 안전하고 효율적인 익명 원격 사용자 상호인증 및 키 동의 프로토콜을 제안한다. 제안한 프로토콜은 Qu의 스킴과 비교하여 익명성을 포함한 다양한 암호학적 공격들에 안전할 뿐만 아니라 높은 연산 효율성을 제공함으로 경량 사용자 인증환경에 실용적으로 사용되어 질 수 있다.
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여러 분야에서 뛰어난 성능을 보이는 딥러닝은 뉴럴 네트워크의 은닉 계층을 늘려 깊은 네트 워크 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라 복잡한 데이터를 쉽게 분류할 수 있으나, 가중치 수 증가로 인해 학습 연산량 및 메모리가 증가한다. 이처럼 많은 연산과 메모리가 필요한 딥러닝은 일반적으로 클라우드 상으로 학습하나, 클라우드는 사용자와의 통신상태가 원활해야 하며 서비스 비용에 대한 부 담감 및 개인정보 유출에 대한 위험성을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 딥러닝을 임베디드 디바이스에 탑재해야 하며 온디바이스 탑재를 위한 네트워크 경량화가 필요하다. 경량화 기법으로는 프루닝 기법과 양자화 기법이 널리 사용되고 있으며 기존 양자화 기법은 비지도 학습 중 하나인 Kmeans를 사용하여 각 계층의 가중치들을 군집화하여 대푯값을 결정한다. K-means 기법에서 군집의 개수를 의미하는 K는 시행착오 방법을 통해 설정해야 하며 이에 따른 오버헤드가 발생한다. 또한, 기 존 양자화 기법은 네트워크 각 계층의 연결 관계를 무시한 채 독립적으로 양자화한다. 우리는 연산 오 버헤드 문제를 해결하기 위해 가중치들의 통계적 정보를 이용한 즉각적 가중치 양자화 기법을 제안하 고 네트워크 각 계층의 의존관계를 고려하여 순차 적으로 양자화함으로써 향상된 학습 성능을 보여준다.