5G 초연결 사회의 양자 암호 통신에 대하여 알아보기

- 양자(量子, quantum)’그 이상 더 나눌 수 없는, 물질의 최소량의 단위.

- 양자암호(量子暗號, quantum cryptography)란 양자역학의 원리를 이용한 암호화 방식을 말한다.

- 양자 역학은 물질의 가장 작은 단위에서 일어나는 물리적현상을 의미 한다.

- 양자통신은 양자상태에 담겨있는 정보를 송신 측에서 수신 측까지 전달하는 과정을 의미 한다.

 

양자의 특성

- 이중성은 물리법칙과는 모순되는 것으로, 이러한 모순을 해결하기 위해 하이젠베르크의 불확정성원리(uncertainty principle)가 정립되게 되었다.

- 하이젠베르크의 불확정성원리는 측정하는 행위에 따라 측정 대상의 성질이 영향을 받는 자연의 근본적인 한계를 설명

- 미시세계에 존재하는 입자는 위치를 측정하는 행위에 따라 속도에 변화가 생기게 된다.

- 빛과 같은 양자를 측정할 때도 빛에 전혀 변화를 주지 않고서는 그 값을 알 수 없다. 즉, 어떤 물리량이라도 측정을 하려면, 그 대상을 아주 조금이라도 교란할 수 밖에 없다

- 양자암호통신은 이러한 양자의 특성을 이용해 높은 안전성을 확보한다.

 

양자 암호 통신 (https://quantumxc.com/quantum-cryptography-explained/)

 

1. ALICE에 임의의 비트를 생성

2. 비트를 전송할 편광신호로 변환하기 위해 필터를 선택

3. 필터에 대응되는 편광신호를 생성하고 양자채널로 전송

4. BOB에은 측정하기 위한 편광필터를 임의로 선택

5. 선택한 편광필터로 값을 측정하여 보관

6. ALICE과 BOB은 퍼블릭 채널을 통해 동일 필터를 사용했는지 검증

7. 동일 필터를 사용한 비트에 대해서만 보관하고 서로 다른 필터는 제거

8. ALICE과 BOB 같은 값을 공유하게 되며 이것을 비밀키로 활용

9. 도청자가 광자를 읽거나 복사하면 광자의 상태가 변경된다. 엔드 포인트가 변경

을 감지한다. 즉, 광자를 읽지 않고 전달하거나 복사 할 수 없다는 것을 의미함.

 

 

○ 양자 암호 통신 필요성

- 4차 산업혁명 시대를 맞아 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 기술의 발달과 확산으로 사람과 사물, 서비스가 모두 연결되는 초연결(Hyper-Connectivity)시대가 본격화에 따라 IT 인프라로서의 정보보호에 대한 중요성이 더욱 커지고 있어 양자암호통신에 대한 니즈도 증대하고 있다.

 

- 양자암호통신은 더 이상 쪼갤 수 없는 물리량의 최소 단위인 양자(Quantum)의 특성을 이용해 도청 불가능한 암호키(Key)를 생성, 송신자와 수신자 양쪽에 나눠주는 기술로 이를 실제 다양한 보안 서비스에 적용하기 위해 필요

 

- 특히 0 과 1 의 이진정보를 양자상태에 실어서 보내는 양자통신의 경우에 전송되는 이진정보를 누군가가 도청하게 되면 수신자는 즉각 도청자의 존재를 인식하게 되고 따라서 통신을 중단한 후 상황에 알맞은 대처 한다.

 

- 일반 암호키의 경우에는 정해진 정보를 암호화해서 보내지만, 양자암호통신은 양자역학의 특성상 수신자가 정보를 받는 순간에서야 그 정보가 결정된다. 해커가 중간에 암호키 정보를 가로채도 무의미한 정보가 된다.

또 외부에서 송신자와 수신자 사이의 통신망에 침투하면 정보 자체가 변하기 때문에 해킹 시도 여부도 바로 파악할 수 있다. 양자암호통신을 이용하면 암호키를 안전하게 생성하고 상대방에게 전달할 수 있다.