한국통신학회논문지

A Hybrid Trusted/Untrusted Relay-Based Quantum Key Distribution Network Architecture Proposal for Military Communications Networks

Min-Seon Cha, Jun Heo

Published Feb 27, 2026• 0 citations

Abstract

본 논문은 유선·무선·위성 링크가 혼재된 국방 통신 환경에서 양자키분배 네트워크(QKDN)의 효율적이고 안전한 운용을 위해 하이브리드 신뢰/비신뢰 중계(HTUR) 기반 QKD 운용 프레임워크를 제안한다. 물리적으로 보호된 유선 구간에는 신뢰 노드(TN) QKD를, 채널 노출 위험이 높은 무선·위성 구간에는 측정장치 독립형(MDI) QKD를 적용하여 구간별 운용 전략을 구성한다. 또한 링크 품질과 보안 상태를 실시간으로 분석해 TN/MDI 방식을 동적으로 전환하는 AI-SDN 기반 운용 시나리오를 제시한다. 제안된 프레임워크는 보안성과 전송 효율의 균형을 유지하면서 유연한 경로 선택과 신속한 우회를 통해 국방 통신망의 복구 능력을 향상시키며, 다중 도메인 환경에서의 지속 가능한 QKD 운용 지침을 제공한다.

DOI: 10.7840/kics.2026.51.2.496

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양자기술의 발전에 따라 기존의 암호화는 취약점이 될 수 있다. 고전적인 수학적 어려움의 암호화 방식을 양자 키 분배(QKD)로 대체하여 발생할 수 있는 취약점을 보완하여야 한다. Q-IPsec(Quantum-IPsec)은 2021년 한국과학 기술정보연구원에 의해 제안된 개념으로, 양자 환경에서 안전한 키 교환을 위해 적용 가능한 IPsec 시스템을 의미 한다. IPSec의 기능적 장점과 키 교환의 취약점을 양자 키 교환으로 보완한다면 중요한 여러 분야에서 활용이 가 능할 것이다. 양자정보통신 기술과 시장은 진입장벽이 높고 경제⋅사회적 부가가치가 매우 높아 핵심기술 확보를 위해 세계 각국이 치열한 경쟁을 하고 있다. 본 논문에서는 변화와 기대의 양자정보통신 시대에 Q-IPSec을 활용 한 다양한 분야를 알아보고자 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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Design and Implementation of a Secure QRNG-Based Random Number Generation Architecture for Embedded Systems

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