양자시대 ‘보안’ 위해 ‘양자암호기술 표준화’가 시급

[애플경제 전윤미 기자] 양자컴퓨팅 시대의 암호기술을 위한 양자암호통신 연구가 본격화되면서 그 표준화 또한 중요한 의제가 되고 있다. 국내에서도 전문 연구기관들이 참여하는 ‘양자통신 프로젝트그룹’이나, 양자키 분배망의 공공기관 도입·운영 가이드가 TTA(정보통신기술협회) 고유 표준으로 2023년 12월 신규 제정되었다. 또 양자내성암호를 지원하는 전송망 프레임워크, 양자키 분배망 연동 시험 요구사항 등의 표준화 작업이 진행되고 있다.

그런 가운데 양자암호통신과 양자네트워크 분야의 역량과 기술성숙도를 고려, 향후 표준화에 박차를 가해야 하는 기술들이 주목받고 있다. 이는 우리가 국제적인 양자암호통신의 표준을 선점하는 한편, 이를 통해 양자암호와 양지시대의 주도권을 쥔다는 의미에서 매우 중요하다.

양자암호통신 분야 표준화 대상 기술

우선 ‘양자암호통신’ 기술 분야부터 보면, 가장 먼저 ‘암호통신 QKD’(양자암호 키 분배) 프로토콜이 대상이다. 이는 키 분배를 목적으로 한 양자 기반 프로토콜 및 프레임워크다. 표준화를 위해서 연속변수나 분리변수 양자키 분배의 규격을 확정하고, 준비 내지 측정하는 작업을 진행해야 한다. 이를 위해 측정장치, 양자얽힘 기반 양자키 분배 규격 등의 확정, 그리고 이를 위한 R&D가 시급하다는 주문이다.

다음은 ‘양자 인증’ 기술이다. 이는 무조건적인 안전성을 지향하는 사용자 내지 메시지 인증 기술이다. 양자 얽힘 또는 단일광자 기반 양자 인증 프로토콜을 확정하고, 양자인터넷 또는 양자네트워크 환경에서의 양자 인증 등에 관한 표준화를 진행해야 한다.

이를 위해 표준을 위한 R&D와 기술 개발을 위한 R&D를 동시에 추진할 필요가 있다는 주장이 설득력을 얻고 있다.

‘QKD 후처리 기술’도 표준화가 시급하다. 특히 QKD 후처리 프로토콜 및 규격 기술의 표준화가 핵심이다. 이를 위해 QKD 에러 정정과, 비밀 증폭 등 후처리 관련 프로토콜의 표준, 그리고 QKD 후처리 규격 요구사항 또는 가이드라인과 같은 표준화 작업이 필요하다. 역시 표준화와 기술 개발을 위한 R&D가 동시에 추진되는게 바람직하다는 설명이다.

‘QKD 이기종 간 연동기술’도 표준화의 대상이다. 이는 서로 다른 기종 간에 QKD 장비 및 네트워크를 연동시키는 기술이다. 이는 양자키를 자동으로 암호화 장비에 제공하는 최적 경로 알고리즘의 제어와 운용의 표준화가 중요하다. 또 양자암호 장비와 제어 플랫폼 간 서비스 연동 및 품질 표준화 관리를 위한 제어와 운용 기술의 표준화도 필요하다.

‘QKD 부채널위협 대응기술’의 표준화도 강조되고 있다. 그 중 QKD 부채널 공격에 대응한 요구사항, 가이드라인 기술이 표준화 대상이다. 즉 QKD 부채널 공격에 대한 대응 기술의 표준화, 그리고 QKD 부채널 공격에 대응한 안전성을 기하기 위해 필요한 요구사항과 가이드라인 등이 시급하다는 설명이다.

양자네트워크 부문 표준화 대상 기술

다음으로 ‘양자네트워크’ 부문의 기술도 표준화되어야 한다. 그 중 우선 ‘양자 네트워크 프레임워크 참조모델’의 표준화가 강조되고 있다. 특히 양자 네트워크 간의 상세 기술규격 관련 표준화 이전의 ‘선행 참조모델 기술’의 표준화가 중요하다는 주문이다. 이를 위해 양자 네트워크 계층 구조 참조모델의 표준화와 함께, 양자 네트워크 유스케이스 및 서비스 시나리오의 표준화를 서둘러야 한다는 주장이다.

‘양자네트워크’ 부문에선 또 ‘양자 네트워크전송 계층의 오류 정정’ 기술 표준화도 제시되고 있다. 이는 양자 네트워크 얽힘 정제 프로토콜과 양자 상태 손실 보정 프로토콜 기술의 표준화다. 이를 위해 얽힘쌍을 생성하고, 전송 과정에서 발생하는 잡음 감소 프로토콜의 표준화, 그리고 양자 네트워크를 통해 전달되는 양자 상태의 손실이나 오류를 보정하는 프로토콜의 표준화 등이 강조되고 있다.

“표준화 기반, 양자암호기술 고도화 필요”

한편 양자암호통신은 양자역학 원리를 이용해 도청이나 감청, 해킹이 원천적으로 불가능한 안전한 차세대 통신기술이다. 송신자와 수신자 사이에 단일 광자 또는 공유된 얽힘 상태의 비국소성, 비가역성, 불확정성 원리를 활용한 것이다. 즉 암호키 분배, 서명, 인증, 데이터 암호전송 등에 있어 도청이 불가능한 암호 기술이다.

국내외에선 양자의 물리적 특성을 이용한 QKD 기반 양자암호통신, 수학적 알고리즘에 기반하는 PQC(양자내성암호) 등의 연구개발 및 실증이 활발히 이루어지고 있다.

이에 관한 연구결과를 최근 공개한 김영희 한국지능정보사회진흥원 AI·양자기술활용팀장은 “현재까지 국산화된 양자암호통신 장비와 기술들이 전국 기반 유무선 양자암호통신 인프라로 확대 구축되고, 초신뢰 우주통신을 위한 위성 QKD, 양자네트워크 및 양자인터넷으로 발전되기 위해서는 표준을 기반으로 기술이 지속적으로 고도화되어야 한다”고 강조했다.

그는 또 “이를 위해선 QKD 프로토콜의 표준화된 인증 및 프로세스, QKD 후처리 기술, 이기종 장비 간 상호운용성 및 품질 확보 등을 위한 국내 표준을 지속 개발해야 한다”고 주문했다.