안녕하세요, (주)보안클라우드 입니다. 양자컴퓨팅 기술이 점점 현실로 다가오면서, 보안 분야에서도 새로운 기회와 위협이 동시에 부상하고 있습니다. 최근 구굴의 양자컴퓨터 발표를 비롯해 기술이 급속히 발전하는 상황에서, 양자컴퓨터가 기존 보안 체계에 어떤 영향을 미칠지 이번 블로그 글을 통해 살펴보겠습니다.

양자컴퓨터란?

0과 1로 정보를 처리하는 기존 컴퓨터와 달리,

더 나눌 수 없는 에너지 최소량 단위인 양자의 특성을 이용해 정보를 처리하는 컴퓨터

기존 컴퓨터는 비트(bit)라는 단위를 사용하는 반면, 양자컴퓨터는 큐비트(qubit)를 사용하여 기존 컴퓨터와는 다른 방식으로 연산을 처리합니다. 기존 컴퓨터가 0과 1로만 데이터를 처리하는 반면, 양자컴퓨터는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용해 복잡한 계산을 병렬적으로 수행합니다. 이러한 특성은 기존 슈퍼컴퓨터로 수백 년 걸릴 문제를 단 몇 분 만에 해결할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

보안 위협 : 기존 암호화 체계의 붕괴

양자컴퓨터의 가장 큰 보안 위협은 현재의 암호화 체계를 무력화할 가능성입니다. 우리가 오늘날 사용하는 대부분의 보안 시스템은 복잡한 수학적 계산을 기반으로 하고 있는데, 양자컴퓨터는 이를 빠르게 해결할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

암호화(RSA, ECC)의 취약성

RSA와 ECC(타원곡선 암호화)는 현재 인터넷 보안의 기본 암호화 방식으로 사용하여 주로 암호화 통신, 키 교환, 인증서 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 이것을 사용하는 이유는 기존 컴퓨터를 통해 RSA와 ECC를 해독하는 것은 수백만 년이 걸릴 것으로 예상하기 때문입니다. 하지만 쇼어(Shor's) 알고리즘을 이용한 양자컴퓨터는 RSA와 ECC 암호화 방식을 단시간에 해독할 수 있습니다. 이는 은행 거래, 전자상거래, 정부 통신 등 중요한 데이터의 보호 체계가 붕괴될 수 있음을 의미합니다.​

양자 안전 암호화 : 새로운 보안 체계의 필요성

양자컴퓨터의 위협에 대비하기 위해서는 새로운 암호화 방법이 필요합니다. 이를 양자 안전 암호화(Post-Quantum Cryptography, PQC)로 명칭하여 양자컴퓨터에도 안전한 암호화를 목표로 하고 있습니다.

NIST의 표준화 작업

미국 국립표준기술연구소(NIST)는 전 세계 암호학자들과 협력하여 양자 안전 암호화를 표준화하기 위한 작업을 진행하고 있습니다.

PQC의 주요 기법

현재 PQC는 양자컴퓨터가 등장한 후에도 안전하게 사용할 수 있는 새로운 암호화 알고리즘을 제시하고 있습니다. 현재까지 제시된 기법은 격자 기반 암호화(Lattice-based cryptography), 코드 기반 암호화(Code-based cryptography), 해시 기반 암호화(Hash-based cryptography), 다변수 다항식 기반 암호화(Multivariate polynomial-based cryptography) 등이 있습니다.​

출처 : NIST(미국 국립표준기술연구소)

양자컴퓨터가 제공하는 새로운 기회

반면, 양자컴퓨터로 인해 보안 위협뿐 아니라 새로운 보안 기술 개발의 기회도 제공합니다.

양자 키 분배(QKD)

양자컴퓨터가 기존 암호화 체계를 위협하는 주요 요인 중 하나는 양자 얽힘과 같은 양자 역학적 특성을 활용하여 데이터를 빠르게 해독할 수 있다는 점입니다. 그러나 같은 양자 역학의 특성을 이용한 양자 키 분배(QKD) 기술은 보안 분야에서 혁신적인 해결책을 제공합니다.

양자 키 분배는 양자 얽힘을 활용하여 두 지점 간에 공유하는 비밀 키를 안전하게 분배하는 방법입니다. 이 방법의 가장 큰 장점은 도청 시도를 탐지할 수 있다는 점입니다. 양자 컴퓨터를 포함한 어떤 도청 장치도 양자 상태를 관측하려 하면, 시스템이 교란되어 보안 침해를 즉시 알 수 있어 기존 기술보다 뛰어난 안전성을 제공합니다.

복잡한 보안 문제 해결

양자컴퓨터는 단순히 암호화 해독뿐만 아니라, 복잡한 보안 문제 해결에 있어서도 기존 컴퓨터보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다. 양자컴퓨터는 양자 병렬성과 양자 얽힘을 이용하여 문제를 해결하는 능력이 뛰어나기 때문에, 기존의 고전적인 방법으로는 풀기 어려운 보안 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

양자컴퓨터가 상용화되면 기존의 암호화 방식은 더 이상 안전하지 않을 수 있습니다. 따라서 PQC(Post-Quantum Cryptography)는 미래의 보안 시스템을 준비하는 데 중요한 역할을 하게 됩니다. 현재 NIST와 같은 기관들이 표준화를 위해 다양한 알고리즘을 검토하고 있으며, 양자컴퓨터에도 안전한 암호화 기술을 마련하는 것이 보안 분야의 중요한 과제가 될 것입니다.

하지만 양자컴퓨터는 단순히 보안 위협을 제기하는 기술만이 아니라, 새로운 보안 기술 개발의 기회도 제공합니다. 양자 키 분배(QKD)와 같은 혁신적인 기술은 기존 보안 체계의 취약점을 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 양자컴퓨터의 뛰어난 처리 능력을 활용하면 기존의 보안 문제들(네트워크 최적화, 침해 탐지, 대규모 데이터 분석)을 더 효과적으로 해결할 수 있습니다. 이러한 기술들이 상용화되면, 보안 분야는 전례 없는 수준으로 발전할 수 있으며, 새로운 차원의 보안 체계를 구축할 수 있을 것입니다.