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양자 통신 및 양자 암호의 개요 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.32 no.8, 2015년, pp.83 - 90  

손일권 (고려대학교) ,  이성훈 (고려대학교) ,  박주윤 (고려대학교) ,  허준 (고려대학교)

초록
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정보통신망에서 개인정보의 유출로 인한 사회문제가 최근에 큰 이슈가 되면서 정보통신의 보안 기능이 더욱 주목을 받고 있다. 차세대 통신 기술은 정보의 전송 속도나 전송 효율성보다 정보의 보안성에 더 큰 방점이 있을 것이라는 예상도 나오고 있다. 정보보호의 기초는 암호화와 복호화를 통하여 정보가 노출되어도 원래의 정보를 파악 할 수 없도록 만드는 것이며 암호화와 복호화를 위한 암호키의 생성 및 관리 기술의 발전이 곧 암호 및 정보보안 기술의 발전과 궤를 같이 한다. 본 논문에서는 암호키 관리의 새로운 패러다임으로 최근에 주목을 받고 있는 양자 암호의 원리를 소개하고 이를 바탕으로 양자통신의 미래를 예상한다. 또한 양자 암호와 양자통신 기술을 뒷받침하는 다양한 양자 정보 처리기술의 현황에 대해서도 간략하게 살펴본다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 물리적 원리 및 수학(정보 이론)을 기반으로 한 양자 암호의 개요에 대하여 살펴본 후에 양자통신과 관련된 주요 기술인 양자컴퓨터, 양자 오류 정정 부호 및 양자 난수 발생기와 양자 라이더에 대하여 고찰한다.
  • 본 논문에서는 양자 암호의 기본 원리를 살펴보고 양자 암호의 안전성을 뒷받침 해주는 후처리 알고리즘에 대하여 설명하였다. 또한 양자 통신과 관련된 기술로써 양자 컴퓨터와 양자오류 정정 부호 그리고 양자 난수 발생기 및 양자 라이더에 대하여 간략하게 살펴보았다.
  • 2단계 이상부터 이진 검색이 끝난 후 역 추적을 수행한다. 이진 검색을 통한 오류 정정을 통해 그 이전 단계에서 드러나지 않았던 오류를 역으로 추적하여 정정하는 것이다. 이러한 두 과정이 연쇄적으로 일어나며 더 이상 오류를 찾을 수 없을 때 넘어간다.

가설 설정

  • (5) 원하는 특정 큐비트에 대한 측정이 가능해야 한다. 위와 같은 조건을 만족시킬 수 있는 양자컴퓨터를 구현하기 위한 다양한 방식이 시도되고 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자암호는 양자통신의 어떤 특성을 암호 키 전송에 응용한 것인가? 양자통신은 양자상태에 담겨있는 정보를 송신 측에서 수신 측까지 전달하는 과정을 의미하며 이 때 양자상태에 담겨있는 정보는 0 또는 1의 이진 정보일 수도 있고 0 과 1이 중첩되어 있는 정보일 수도 있다. 특히 0 과 1 의 이진정보를 양자상태에 실어서 보내는 양자통신의 경우에 전송되는 이진정보를 누군가가 도청하게 되면 수신자는 즉각 도청자의 존재를 인식하게 되고 따라서 통신을 중단한 후 상황에 알맞은 대처를 하게 된다. 이러한 특성을 암호키 전송에 응용한 것이 양자암호이며 암호화와 복호화를 위한 암호키를 송신자와 수신자가 나누어 가지게 된다는 의미에서 양자암호키분배 즉 QKD(Quantum Key distribution) 이라고 부른다.
양자통신이란 무엇인가? 양자통신은 양자상태에 담겨있는 정보를 송신 측에서 수신 측까지 전달하는 과정을 의미하며 이 때 양자상태에 담겨있는 정보는 0 또는 1의 이진 정보일 수도 있고 0 과 1이 중첩되어 있는 정보일 수도 있다. 특히 0 과 1 의 이진정보를 양자상태에 실어서 보내는 양자통신의 경우에 전송되는 이진정보를 누군가가 도청하게 되면 수신자는 즉각 도청자의 존재를 인식하게 되고 따라서 통신을 중단한 후 상황에 알맞은 대처를 하게 된다.
기존의 RSA 암호체계는 어떤 위험성이 있는가? 기존의 RSA 암호체계는 소인수 분해 알고리즘의 계산 복잡도를 기반으로 하고 있으므로 기존의 컴퓨터에 비해서 연산 속도가 월등히 빠른 양자 컴퓨터가 개발되면 키 분배 과정에서 도청으로 인하여 키를 알아 낼 위험성이 있다. 양자의 불확정성의 원리에 기반한 양자 키 분배는 도청의 위험성이 없는 키 분배과정이다.
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참고문헌 (12)

  1. G. Brassard and L. Salvail, "Secret key reconciliation by public discussion," Lecture Notes in Computer Science, vol. 765, pp. 410-423, 1994. 

  2. W. T. Buttler, S. K. Lamoreaux, J. R. Torgerson, G. H. Nickel, C. H. Donahue, and C. G. Peterson, "Fast, efficient error reconciliation for quantum cryptography," Physical Review A, vol. 67, no. 5, May 2003. 

  3. D. Elkouss, A. Leverrier, R. Alleaume, and J. J. Boutros, "Efficient reconciliation protocol for discretevariable quantum key distribution," in Information Theory, 2009 IEEE International Symposium, pp. 1879-1883. Jul. 2009. 

  4. C. H. Bennet, G. Brassard and J. Robert, "Privacy Amplification by Public Discussion" SIAM Journal on Computing Vol. 17 No. 2 Apr. 1988 

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  5. C. H. Bennet, G. Brassard, C. Crepeau and U. M. Maurer, "Generalized Privacy Amplification" IEEE Transaction on Information Theory Vol. 41 No. 6 Nov. 1995 

  6. Richard P. Feynman, "Simulating Physics with Computers" International Journal of Theoretical Physics, VoL 21, Nos. 6/7, 1982 

  7. David P. DiVincenzo, "The Physical Implementation of Quantum Computation", arXiv:quant-ph/0002077v3, 13-Apr-2000. 

    상세보기 crossref

  8. Peter W. Shor, "Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer"arXiv:quant-ph/9508027v2 1994 

  9. P. W. Shor, "Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory," Phys. Rev. A vol. 52, num. 4, pp. 2493-2496 May. 1995. 

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  10. Wootters, William; Zurek, Wojciech , " A Single Quantum Cannot be Cloned," Nature vol. 299 pp. 802-803, Oct. 1982. 

    상세보기 crossref

  11. Daniel Gottesman, "Stabilizer Codes and Quantum Error Correction," arXiv.org, vol. quant-ph. 28-May-1997. 

  12. Bruno Sanguinetti, Anthony Martin, Hugo Zbinden, Nicolas Gisin, "Quantum Random Number Generation on a Mobile Phone" Phys. Rev X vol 4, 031056. 2014 

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