양자컴퓨팅 - 양자 내성 암호화의 원리

미국방부가 양자 저항성 공개 키 암호화 시스템으로 전환하려는 이유는 양자 컴퓨터의 발전이 기존 암호화 시스템에 심각한 위협이 될 수 있기 때문입니다. 현재의 암호화 시스템은 양자 컴퓨터가 풀기 쉬운 수학적 문제에 기반하고 있어 미래에 정보 유출 및 보안 위협에 노출될 수 있습니다.

양자 내성 암호화의 원리

양자 내성 암호화(Post-Quantum Cryptography, PQC)는 양자 컴퓨터로도 쉽게 해독하기 어려운 새로운 수학적 난제에 기반한 암호 방식입니다. 기존 암호가 소인수분해나 이산로그 문제의 어려움에 의존하는 것과 달리, 양자 내성 암호는 다음과 같은 다양한 수학적 난제를 활용합니다.

• 격자 기반 암호 (Lattice-based cryptography): 격자(lattice) 구조에서 특정 문제를 푸는 것이 어렵다는 점을 이용합니다.
• 다변수 기반 암호 (Multivariate-based cryptography): 유한체 위에서 계산되는 다변수 함수의 어려움을 기반으로 합니다.
• 코드 기반 암호 (Code-based cryptography): 선형 코드의 디코딩 문제의 어려움에 기반합니다.
• 해시 기반 암호 (Hash-based cryptography): 해시 함수의 안전성을 기반으로 하는 전자서명 방식입니다.
• 아이소제니 기반 암호 (Isogeny-based cryptography): 두 타원 곡선 간의 아이소제니 관계를 구하는 문제의 어려움에 기반합니다.

이러한 양자 내성 암호는 현재의 컴퓨터 시스템에서도 사용 가능하면서, 미래의 양자 컴퓨터로도 해독이 어렵도록 설계되어 있습니다.

기존 암호화의 취약점

기존 공개 키 암호화 시스템은 RSA, Diffie-Hellman, ECC(타원 곡선 암호)와 같은 알고리즘을 기반으로 합니다. 이들 알고리즘은 매우 큰 숫자의 소인수분해나 이산로그 문제를 푸는 것이 현재의 컴퓨터로는 매우 어렵다는 점에 의존하여 보안을 제공합니다.

하지만 양자 컴퓨터의 등장으로 이러한 기반이 흔들리고 있습니다.

• 쇼어(Shor) 알고리즘: 1994년 피터 쇼어가 개발한 쇼어 알고리즘은 양자 컴퓨터를 이용하면 큰 숫자의 소인수분해와 이산로그 문제를 매우 빠르게 해결할 수 있음을 이론적으로 증명했습니다. 이는 RSA, Diffie-Hellman, ECC와 같은 현재의 주요 공개 키 암호화 알고리즘이 양자 컴퓨터에 의해 쉽게 해독될 수 있다는 것을 의미합니다.
• 그로버(Grover) 알고리즘: 그로버 알고리즘은 무작위 검색 문제에 대한 양자적인 해결책을 제시하며, 대칭 키 암호화의 보안 강도를 약화시킬 수 있습니다.

양자 컴퓨터가 충분히 발전하게 되면, 현재 우리가 사용하는 거의 모든 공개 키 암호화 시스템은 무력화될 수 있으며, 이는 금융 거래, 개인 정보, 국가 기밀 등 모든 디지털 정보의 보안에 심각한 위협이 됩니다. 미국방부가 양자 저항성 암호화 시스템으로 전환하는 것은 이러한 미래의 위협에 선제적으로 대응하기 위한 조치입니다.