[논문]물리계층의 신개념 보안통신기술, 양자암호통신

한상욱; 박병권; 김용수; 문성욱

물리계층의 신개념 보안통신기술, 양자암호통신 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.31 no.6, 2014년, pp.46 - 52

한상욱 (한국과학기술연구원) , 박병권 (한국과학기술연구원) , 김용수 (한국과학기술연구원) , 문성욱 (한국과학기술연구원)

초록
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본고에서는 차세대 보안통신기술인 양자암호통신에 대해 기술한다. 양자암호통신은 양자키분배와 암호통신으로 이루어지는데 양자키분배란 양자역학적 원리에 의해 비밀키를 송/수신자가 절대 안전하게 나누어 갖는 방법을 일컫는다. 나누어진 비밀키를 이용하여 현대암호 기법을 이용한 암호통신을 수행하면 도청으로부터 절대 안전한 보안통신 구현이 완성된다. 해외에서는 양자암호통신의 가능성과 중요성을 인식하고 집중적인 투자를 통해 연구개발을 진행하고 있으나 아직까지 국내에서는 체계적인 연구개발 활동이 미약한 상황이다. KIST는 2013년 25km 떨어진 송/수신자가 비밀키를 나누어가질 수 있는 BB84 양자키분배 프로토콜 기반 시스템 하드웨어를 구현하여 해외학회에 전시 및 시연 했다. 추후 현대암호와의 융합연구 병행 기술개발을 추진한다면 조기에 양자암호통신 실용화가 가능할 것이라 기대된다. 절대 안전한 차세대 보안통신의 실현은 직접적으로는 국가적인 보안통신망의 확보를 가능하게 하고 간접적으로는 미래 초연결사회에서 활발한 지식 정보 교류를 가능하게 하여 새로운 사회 문화적 변화를 이끌어 내는 기반 기술이 될 것으로 기대한다.

AI 본문요약
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문제 정의

본고에서는 먼저 양자암호통신이란 무엇이고 국내외 연구동향은 어떻게 되는지 살펴보도록 하겠다. 그리고 어떻게 안전성을 보장할 수 있는지 프로토콜 및 시스템에 대해 자세히 기술한 후 향후 응용방안에 대해 전망해본다.
현재 전세계적으로 차세대 보안통신기술로 양자암호통신을 활발히 연구·검증하고 있다. 본고에서는 먼저 양자암호통신이란 무엇이고 국내외 연구동향은 어떻게 되는지 살펴보도록 하겠다. 그리고 어떻게 안전성을 보장할 수 있는지 프로토콜 및 시스템에 대해 자세히 기술한 후 향후 응용방안에 대해 전망해본다.
지금까지 차세대 보안통신 기술로 전세계적인 연구가 활발히 진행중인 양자암호통신이란 무엇인지 살펴보았다. 전통적인 IT 기술 선진국들은 물론 중국, 싱가포르, 캐나다, 호주 같은 국가들도 양자기술의 중요성을 인지하고 국가전략기술로 집중 육성하고 있다.

가설 설정

Alice와 Bob은 수직·수평기저에서 편광 0˚, 90˚ 를 각각 Bit 0과 1로 약속하고, 대각기저에서는 편광 45˚, 135˚ 를 각각 Bit 0과 1로 약속했다고 가정한다.

이론/모형

전자제어부는 크게 양자광학 부품들을 구동하기 위한 구동회로부, 검출기에서 광신호에 따라 발생한 전기 신호를 처리하는 신호처리부, 외부 시스템과의 연결을 위한 인터페이스 그리고 전체 시스템을 제어하는 제어회로부로 나누어진다. <그림 4>에 나타낸 KIST QKD 시스템은 환경변화에 강인한 Plug and play 방식으로 구현되었으며 위상 변조 기법을 이용하였다[12]. 또한 시스템 성능에 가능 큰 영향을 미치는 단일광자검출기를 독자적으로 개발하여 안정적인 시스템 동작을 완성하였다[13].

후속연구

양자암호통신의 조기 상용화를 위해서는 양자기술 자체의 연구도 중요하지만 양자암호통신의 다른 한 축인 현대암호와의 융합연구도 동시에 추진되어야 한다. 이를 위해 양자암호 전문가 그룹과 현대암호 전문가 그룹이 협업할 수 있는 환경 조성이 필요한 시점이다.
양자암호통신의 실적용을 위해서는 두 분야의 전문가 그룹의 협업 연구가 하루빨리 이루어져야 할 것이다. 양자키분배 기술 자체의 고도화와 현대암호와의 융합을 위한 기술 개발이 동시에 이루어진다면 양자암호통신의 조기 상용화는 물론 선진국과의 기술격차 해소에 큰 밑거름이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양자암호통신이란?	양자암호통신은 멀리 떨어져 있는 두 사람이 통신상에서 암호 비밀키를 안전하게 나누어 갖고 이를 이용해 암호 통신을 수행하는 것이다. 양자암호통신은 <그림 1>과 같이 크게 두 부분으로 구성되는데 양자의 특성을 이용하여 비밀키를 송/수신자가 안전하게 나누어 갖는 양자키분배 (QKD, Quantum Key Distribution)와 나누어진 비밀키를 이용하여 암호통신을 하기 위한 데이터 암호화/복호화를 수행하는 암호장비로 구성된다.
	양자란 무엇인가?	양자암호통신의 안전성을 이해하기 위해서는 양자(量子, Quantum)의 고유한 특성을 알아야 한다. 양자는 에너지의 최소단위로서 <그림 2>와 같은 특성을 갖는 입자들을 일컫는다. 양자중첩이란 여러 상태가 확률적으로 하나의 양자에 동시에 존재하고 측정하기 전까지 정확한 양자상태를 알 수 없다는 특성이다.
	안전한 정보교류를 위한 암호통신의 중요성을 보여주는 사례는?	안전한 정보교류를 위한 암호통신의 중요성은 동서고금을 막론하고 여러 가지 사례들을 통해 드러난다. 2차대전 연합국 승리에 결정적인 역할을 한 독일군 암호장비 애니그마 암호문 해독은 국가 안보와 직결되는 전쟁상황에서 암호통신의 중요성을 단명하게 보여 준다. 전 CIA 직원 스노든의 폭로에 의해 밝혀진 미국의 전방위적인 도청 사례들은 전문가뿐만 아니라 일반인들에게도 보안통신의 중요성을 각인시켜 주었다. 비단 국가적인 기밀정보의 보호뿐 아니라 개인 정보 보호의 중요성도 나날이 증가하고 있다.

참고문헌 (18)

W.K. Wooters and W.H. Zurek, "A Single Quantum Cannot be Cloned", Nature 299, 802, (1982).

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C.H. Bennett and G. Brassard, "Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing", in Proc. of IEEE Int'l Conf. on Computers, Systems and Signal Proc., Bangalore, India, IEEE, New York, p.175, (1984).
A. Ekert, Phys. Rev. Lett. 67, 661 (1991).

상세보기
C. H. Bennett, F. Bessette, G. Brassard, L. Salvail, and J. Smolin, "Experimental quantum cryptography", J. Cryptology 5, pp. 3-28 (1992).
Inoue K, Walks E and Yamamoto Y, "Differential -phase-shift quantum key distribution", Phys. Rev. Lett. 89, 037902 (2002).

상세보기
A. Leverrier and P. Grangier, " continuousvariable quantum-key-distribution protocols with a nongaussian modulation", Phys. Rev. A 83, 042312 (2011).

상세보기
D. Mayers, A. Yao, Proc. of the 39th IEEE Conf. on Foundations of Computer Science, p. 503, (1998).
H.-K. Lo et al. " Measurement-device-independent quantum key distribution", Phys. Rev. Lett. 108, 130503 (2012).

상세보기
H. Lo, X. Ma, and K. Chen, "Decoy state quantum key distribution", Phys. Rev. Lett. 94, 230504 (2005).

상세보기
A. Muller, T. Herzog, B. Huttner, W. Tittel, H. Zbinden, and N. Gisin,"Plug and Play systems for quantum cryptography", Appl. Phys. Lett. 70, pp. 793-795 (1997).

상세보기
D. Stucki, N. Gisin, O. Guinnared, G. Ribordy, and H. Zbinden, "Quantum key distribution over 67 km with a plug & play system", New J. Phys. 4, 41.1-41.8 (2002).
Min Ki Woo, Min Soo Lee, Byung Kwon Park, Osung Kwon, Yong-Su Kim, Il Young Kim, Sang-Wook Han, Sung Moon, "Development of Plug & Play Quantum Key Distribution System", Final Program of the Optical Society of Korea Summer Meeting, T3C-VIII3 (2013).
Min Soo Lee, Min Ki Woo, Byung Kwon Park, Osung Kwon, Yong-Su Kim, Il Young Kim, Sang-Wook Han, Sung Moon, "Development of Single Photon Detector for QKD System", Final Program of the Optical Society of Korea Summer Meeting, T3C-VIII2 (2013).
S.-B. Cho, and S.-K. Kang, "Weak avalanche discrimination for gated-mode single-photon avalanche photodiodes", Opt. Express 19, 18510- 18515 (2011).

상세보기
Zhang, Jun, et al., "Practical fast gate rate InGaAs/ InP single-photon avalanche photodiodes", App. Phys. Lett. 95, 1-3 (2009).
S. Cova, M. Ghioni, A. Lotito, I. Rech, and F. Zappa, "Evolution and prospects for single-photon avalanche diodes and quenching circuits", J. Mod. Opt. 51, 1267-1288 (2004).

상세보기
A. Bouzid, J. B. Park, S. M. Kim, and S. moon, "Near Infrared Single photon Detector Using an InGaAs/ InP Avalanche Photodiode Operated with a Bipolar Gating Signal", J. Jpn. Appl. Phys. 51, 034401 (2012).

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M. Ware, A. Migdall, J. C. Bienfang, and S. V. Polyakov, "Calibrating photon-counting detectors to high accuracy: background and deadtime issues", J. Mod. Opt. 54, 361-372 (2007).

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