양자 암호 통신 (Quantum Cryptography Communication)

기존 1개씩 순차적으로 계산 -> 합쳐서 한번에 계산

* 양자 컴퓨터 : 양자 정보 이론(정보 소자의 극소화 과정)에서 나타나는 0과 1의 모호한 경계의 양자 역학적 상태(큐비트)를 이용한 컴퓨팅

- 연산속도가 기존 대비 매우 빠름

- 빠른 연산 속도에 의해 기존 암호화 데이터들이 시간 내 모두 복호화 되는 문제 발생

 

 

 

* 양자 컴퓨터 구현 원리

- 아날로그 방식 : 양자 어닐링, 레이저 네트워크 방식

- 디지털 방식 : 초전도 큐비트, 스핀 큐비트, 이온 트랩 이용

 

 

 

* 양자 컴퓨터 알고리즘

알고리즘	특징
Shor 알고리즘	- 양자 푸리에 변환을 이용한 인수분해 푸는 시간 단축 - 비대칭키 알고리즘 복호화 단축 가능
Grover 알고리즘	- 정렬되지 않는 데이터베이스의 원소를 찾는 방식 - 대칭키 알고리즘의 복호화 단축 가능

- 이에 따른, 양자 내성 암호(Post Quantum Cryptography, PQC)가 필요
-- 양자 내성 암호 구분 : 다변수 기반(Multivariate-based), 코드 기반(Code-based), 격자 기반(Lattice-based), 아이소제니 기반(Isogeny-base), 해시 기반(Hash-based) 전자 서명 등

 

 

 

* 양자 암호 통신

- 양자 역학 원리(양자 중첩/얽힘/불확정성 원리 등)를 기반으로 암호용 키를 송/수신부에 분배, 암호화 통신을 진행하는 양자역학 기반 보안 통신 기술

양자암호 통신 메커니즘(출처:KIST)

이용 매체	기능
양자 난수 생성기 (QRNG - Quantum RNG)	예측 불가능한 난수표 생성
양자 키 분배 (QKD - Quantum Key Distribution)	양자 암호키 분배
BB84 Protocol	양자 암호키를 양자 채널로 전송 (대각 필터를 이용해 중간자 난입 불가)

- 위 양자채널에서 전송한 키를 수신 후, 일반 채널을 통해 TCP/IP 프로토콜로 기존처럼 암호화 통신 수행

사용 채널	특징
양자 채널 (Quantum Channel)	편광(Polarization - 방향성을 가짐)과 위상(Phase - 파형의 직접적인 각도)의 특성을 이용, 광자 하나하나에 신호를 실어 보내는 방식
일반 채널 (Public Channel)	일반 이더넷 방식으로 디지털 신호 통신