컴퓨터네트워크 레포트 - 양자컴퓨터의 등장에 따른 기존 암호체계 붕괴 가능성과 이에 대한 대응으로서의 양자암호 기술을

I. 서론

인터넷의 보안은 눈에 보이지 않지만 거의 모든 접속에서 공개키 암호에 의존한다. 웹사이트 인증서, 전자서명, VPN, 소프트웨어 업데이트, 키 교환은 큰 수의 계산을 현실적인 시간 안에 풀기 어렵다는 가정을 활용해 왔다. 양자컴퓨터가 주목받는 이유는 계산을 무조건 빠르게 하기 때문이 아니라 일부 수학 문제에 전혀 다른 알고리즘을 적용할 수 있기 때문이다. 충분히 큰 오류보정 양자컴퓨터가 만들어지면 현재 널리 쓰이는 RSA와 타원곡선 공개키 체계는 심각한 위험을 맞을 수 있다. 네트워크 보안은 장비가 완성된 뒤 움직이는 것이 아니라 그 전에 암호 전환을 준비해야 한다.

II. 본론

1) 쇼어 알고리즘이 흔드는 공개키 암호의 기반

RSA는 매우 큰 합성수를 소인수분해하는 일이 고전컴퓨터로 어렵다는 점을 활용한다. 타원곡선 암호는 타원곡선 위의 이산로그 문제가 어렵다는 점을 이용한다. 현재 공개키 크기는 알려진 고전 공격으로 현실적인 시간 안에 풀기 어렵도록 정한다. 쇼어 알고리즘은 충분한 양자 자원과 오류보정이 있다면 소인수분해와 이산로그 문제를 다항시간에 처리할 수 있다. 그래서 RSA, Diffie-Hellman, ECDH, ECDSA 같은 기술이 장기적으로 위험하다고 평가된다.

공개키 암호가 무너지면 비밀 통신만 문제가 되는 것이 아니다. 서버의 신원을 확인하는 인증서, 프로그램이 공식 배포본인지 확인하는 전자서명, 금융거래 서명도 영향을 받는다. 공격자가 개인키를 계산할 수 있게 되면 과거 암호문을 복호화하거나 위조된 서명을 만들 가능성이 생긴다. 네트워크 관리자는 "암호화"라는 한 단어 아래 묶인 기능을 키 교환, 공개키 암호, 전자서명, 대칭키 암호로 나눠 자산을 파악해야 한다.

대칭키 암호의 상황은 조금 다르다. 알려진 양자 탐색 알고리즘인 그로버 알고리즘은 무차별 키 탐색을 제곱근 수준으로 줄일 수 있지만 쇼어 알고리즘처럼 구조를 완전히 무너뜨리는 방식은 아니다. 충분히 긴 대칭키를 쓰면 안전 여유를 확보할 수 있다. AES-256 같은 긴 키가 양자 시대 대응에서 자주 언급되는 이유다. 해시 함수도 출력 길이와 공격 모델에 맞춰 보안 강도를 조정할 수 있다. 따라서 "양자컴퓨터가 나오면 모든 암호가 끝난다"는 표현은 정확하지 않다.

현 시점의 양자컴퓨터가 RSA-2048을 바로 깨는 수준이라는 뜻도 아니다. 암호를 실제로 공격하려면 매우 낮은 오류율을 유지하며 긴 양자 회로를 실행할 수 있는 논리 큐비트가 필요하다. 현재 장비는 오류와 규모 제약이 크고, 암호학적으로 관련 있는 대형 오류보정 양자컴퓨터가 언제 만들어질지는 확정할 수 없다. 불확실성이 크다는 사실이 준비를 미룰 이유는 아니다. 보안 전환은 시스템 조사와 소프트웨어 교체, 인증서 재발급, 상호운용 시험에 오랜 시간이 걸리기 때문이다.

2) 지금 수집해 나중에 푸는 공격과 전환 시계