초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
• 국가 중요 연구데이터를 양자역학 기반의 양자암호기술을 이용하여 안전하게 전송·공유할 수 있는 차세대 국가 연구망 구축 및 양자 암호 키 제공 서비스를 위한 국가 양자 암호 키 관리망 구축

◼ 전체 내용
• 기존 광통신의 물리계층 보안부재와 기존 암호기술에 대한 위협 증가에 선제적으로 대비하고, 국가 과학기술연구망 및 각 기관들에 대한 중요 연구데이터의 보안 전송을 위하여, 양자암호기술을 활용한 차세대 국가 연구망을 구축·서비스를 위한 기반 기술 연구개발

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
• 국가 중요 연구데이터를 양자역학 기반의 양자암호기술을 이용하여 안전하게 전송·공유할 수 있는 차세대 국가 연구망 구축 및 양자 암호 키 제공 서비스를 위한 국가 양자 암호 키 관리망 구축

◼ 전체 내용
• 기존 광통신의 물리계층 보안부재와 기존 암호기술에 대한 위협 증가에 선제적으로 대비하고, 국가 과학기술연구망 및 각 기관들에 대한 중요 연구데이터의 보안 전송을 위하여, 양자암호기술을 활용한 차세대 국가 연구망을 구축·서비스를 위한 기반 기술 연구개발
- 대덕연구단지 중심 QKD기반 양자암호기반망 구축 기술 적용을 위한 기반 설계 및 실험 (2개 기관)
◦ QKD(양자암호키분배기술) 시스템 분석을 통한 구현연구
◦ 양자 키관리 시스템 및 인터페이스 총괄 설계 및 구현
◦ QKD 네트워크 구축 기술 연구 (양자키 릴레이 기술, QKD Muxing 기술 등 비용절감을 통한 백본설계 구조 연구)
- 양자암호통신망 연계기술을 위한, 양자암호기반 통신망 인프라 통합운영 관리 항목 도출연구 및 양자키 공급 서비스 및 체계 연구

◼ 1단계
❏ 목표
• 백본용 DV-QKD 기술연구 : 네트워크 상에 QKD 시스템을 접목하기 위한 기반연구로서, 백본 구간에 적용 가능한 QKD 프로토콜 구현 
• 양자키 관리 시스템 원천기술 연구 개발 : QKD의 단대단통신, 단거리 통신등의 한계를 극복할 수 있는 시스템으로 QKD로부터 키를 수신, QKMS간의 키전달, 보안프로토콜에 키 공급등의 기능 구현 
• 양자암호 네트워크 암호기술 연구개발: 양자키를 적용할 수 있는 하이브리드 양자암호통신 데이터 전송 기술 연구개발
❏ 내용
• 백본용 QKD 요소기술 실험 
• 백본용 DPS-QKD 실험 
• 단일 도메인 양자키 관리 기술 연구 개발 
• 멀티 도메인 양자키 관리 기술 연구 개발 
• 양자키 활용 네트워크 암호기술 연구

◼ 2단계
❏ 목표
• 액세스 네트워크 용 QKD 기술 연구 : 유저단 암호키 공급을 위한 액세스 네트워크 용 QKD 시스템 개발 필요 
• 양자키관리 핵심기술 시험 적용(PoC) 및 최적화/고도화 : 과학기술연구망 기반 양자키 관리 기술 PoC 수행 및 양자암호통신망 교차계층 관리 기술 연구 개발 필요 
• 양자키 활용 기술 서비스 시험 적용(PoC) 및 응용사례 도출 : 하이브리드 양자암호통신 데이터 전송 기술 PoC 수행 및 거대과학연구분야 양자암호통신 연구망 서비스 응용사례 도출
❏ 내용
• 광섬유 기반 CV-QKD 요소기술 연구 
• CV-QKD 요소기술 실증 
• QKD 시스템 내 양자-데이터 채널 다중화 연구 
• QKD 다중화장비 접목 실증 
• 양자암호통신망 교차계층 관리 기술 연구개발 
• 과학기술연구망 기반 양자키 관리 기술 시험 적용(PoC)행 
• 과학기술연구망 양자키 관리 환경 국가 시범검증
• 하이브리드 양자암호통신 데이터 전송 기술 시험 적용(PoC) 
• 거대과학연구분야 양자암호통신 연구망 서비스 응용사례 도출

◼ 3단계
❏ 목표
• QKD 및 네트워크화 응용기술 실증 : 기 개발한 QKD 시스템 및 네트워크화를 위한 연계기술을 통합하여 시스템 장비화/고도화 추진
• 양자암호통신망 인프라/서비스 적용 및 확장 : 기 개발한 QKMS 시스템 및 연계기술을 통합하여 과학기술연구망에 적용 및 적용 범위확장
• 국가 단위 양자암호통신 인프라/서비스 체계 수립 : 과학기술연구망 적용 응용 사례 도출, 도출 사례 기반 국가 단위 체계 수립 추진
❏ 내용
• 백본용 DPS-QKD 시험장비 개발
• QKD 기반 QDS 시스템 연구
• QKD 시스템 고도화 연구
• 인터 도메인 확장형 양자암호통신망 연계 기술 연구개발
• 과학기술연구망 맞춤형 양자키 관리 환경 고도화
• 국가 단위 양자암호통신 인프라/서비스 활용 검증 체계 수립 및 확장
• 중장기 과제 마무리

□ 연구개발성과
◼ 1단계
- 목표 : 백본용 QKD 기술 연구 및 양자키관리 원천기술 연구 개발
- 연구개발성과 :
• 백본용 QKD 광학계
• 과학기술연구망에 적용가능한 양자키관리 시스템 핵심기술
• 양자암호기술을 활용한 QKD 기술 적용의 안정성 기준 및 표준방안 등 도출 협력
• 차세대 국가연구망 구축환경 구현을 위한 산학연 협력 체계 구축

◼ 2단계
- 목표 : 엑세스 네트워크 용 QKD 기술 연구 및 양자키관리 시범적용 및 응용사례 도출
- 연구개발성과 :
• 엑세스 네트워크용 QKD 광학계
• 양자키관리 시범적용 결과서
• 양자키관리 적용 응용사례

◼ 3단계
- 목표 : QKD 및 네트워크화 응용 기술 실증 및 양자암호통신망 인프라/서비스 적용 및 확장
- 연구개발성과 :
• 백본용 QKD 시스템 및 QKD 기반 QDS 시스템 
• 과학기술연구망 양자암호통신 적용 
• 양자암호통신 확장 사례

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
• 양자암호기술을 활용한 새로운 보안전송 체계 구축이 필요한 출연연 중심 협력관계를 구축하여, 실제 국가 대형연구시설장비 등에 적용하여 안전한 보안전송 환경 구축
• 현재 광통신 계층의 물리적 보안부재로 어렵지만 물리적 도청/감청이 가능한 환경에서 물리적/원천적으로 도청/감청이 불가능한 체계를 구현하고, 국가 주요 연구시설 및 데이터에 대하여 4차산업 시대에 맞춘 보안이 강화된 혁신적인 네트워크 체계를 제공

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

□ R&D goals and contents
◼ Project goal
⦁ Building a next-generation national research network that can safely transmit and share important national research data using quantum cryptography based on quantum mechanics, and establishing a national quantum cryptographic key management network for

□ R&D goals and contents
◼ Project goal
⦁ Building a next-generation national research network that can safely transmit and share important national research data using quantum cryptography based on quantum mechanics, and establishing a national quantum cryptographic key management network for quantum secret key provision services
◼ Contents
⦁ Research and development of base technology for building and servicing next-generation national research network using quantum cryptography technology to preemptively prepare for increased threats to the physical layer security of existing optical communication and existing encryption technology, and to secure transmission of important research data for the national science and technology research network and each institution
- Infrastructure design and experiments for application of QKD-based quantum cryptography based network construction technology centered on Daedeok Research Complex (2 institutions)
◦ Implementation research through QKD (quantum key distribution technology) system analysis
◦ Overall design and implementation of quantum key management system and interface
◦ Research on QKD network construction technology (research on backbone design structure through cost reduction such as quantum key relay technology and QKD muxing technology)
- Research on derivation of quantum cryptography-based communication network infrastructure integrated operation management items for quantum cryptographic communication network connection technology and quantum key supply service and system research

◼ Stage 1
❏ Goal
⦁ DV-QKD technology research for backbone: As a basic study for grafting QKD system on network, implementation of QKD protocol applicable to backbone section
⦁ Quantum key management system original technology research and development: A system that can overcome the limitations of QKD's end-to-end communication and short-range communication, realizing functions such as receiving keys from QKD, forwarding keys between QKMS, and supplying keys to security protocols
⦁ Research and development of quantum cryptographic network encryption technology: R&D of hybrid quantum cryptographic communication data transmission technology that can apply quantum keys
❏ Contents
⦁ QKD element technology experiment for backbone
⦁ DPS-QKD experiment for backbone
⦁ Research and development of single domain quantum key management technology
⦁ Research and development of multi-domain quantum key management technology
⦁ Research on network encryption technology using quantum keys

◼ Stage 2
❏ Goal 
⦁ Research on QKD technology for access networks: 　Need to develop QKD system for access networks to supply user-level encryption keys
⦁ Quantum key management core technology test application (PoC) and optimization/advancement: research and development of quantum key management technology based on science and technology research network PoC and quantum cryptographic communication network cross-layer management technology
⦁ Quantum key utilization technology service test application (PoC) and application case derivation: hybrid quantum cryptography communication data transmission technology PoC implementation and derivation of quantum cryptography communication research network service application case in the field of large-scale scientific research
❏ Contents
⦁ Fiber-based CV-QKD element technology research
⦁ Demonstration of CV-QKD element technology
⦁ A Study on Quantum-Data Channel Multiplexing in QKD System
⦁ QKD multiplexing equipment grafting demonstration
⦁ Research and development of quantum cryptographic communication network cross-layer management technology
⦁ Science and technology research network-based quantum key management technology test application (PoC)
⦁ Science and technology research network quantum key management environment national pilot verification
⦁ Hybrid quantum cryptography communication data transmission technology test application (PoC)
⦁ Derivation of quantum cryptography communication research network service application cases in the field of large-scale scientific research

◼ Stage 3
❏ Goal
⦁ Demonstration of QKD and networking application technology: Promote system equipment/advancement by integrating the previously developed QKD system and grafting technology for networking
⦁ Application and expansion of quantum cryptographic communication network infrastructure/service: Apply to science and technology research network and expand application scope by integrating previously developed QKMS system and grafting technology
⦁ Establishment of national quantum cryptography communication infrastructure/service system: Derivation of application cases applied to science and technology research networks, establishment of national system based on derived cases
❏ Contents
⦁ Development of DPS-QKD test equipment for backbone
⦁ QKD-based QDS system research
⦁ QKD system advancement research
⦁ Research and development of inter-domain scalable quantum cryptographic communication network grafting technology
⦁ Advanced quantum key management environment tailored to science and technology research network
⦁ Establishment and expansion of national quantum cryptography communication infrastructure/service utilization verification system
⦁ Mid- to long-term task completion

□ R&D Results
⦁ Stage 1
- Goal : QKD technology research for backbone and quantum key management original technology R&D
- R&D Results :
⦁ Optical system for backbone QKD
⦁ Quantum key management system core technology applicable to science and technology research network
⦁ Cooperation in deriving stability standards and standard methods of QKD technology application using quantum cryptography technology
⦁ Establishment of industry-academia-research cooperation system to realize next-generation national research network construction environment

⦁ Stage 2
- Goal : Research on QKD technology for access network and pilot application of quantum key management and deduction of application cases
- R&D Results :
⦁ QKD optics for access networks
⦁ Quantum key management pilot application result
⦁ Application examples of quantum key management

⦁ Stage 3
- Goal : Demonstration of QKD and networking application technology and application and expansion of quantum crypto graphic communication netw ork infrastructure/service
- R&D Results :
⦁ QKD system for backbone and QKD-based QDS system
⦁ Application of quantum cryptography communication to science and technology research network
⦁ Quantum Cryptographic Communication Expansion Case

□ R&D Results Utilization Plan and Expected Results
⦁ Building a cooperative relationship centered on government-funded research institutes that require the establishment of a new secure transmission system using quantum cryptography technology, and establishing a safe and secure transmission environment by applying it to large-scale national research facility equipment
⦁ In an environment where physical eavesdropping is possible, a system in which eavesdropping is physically/originally impossible is implemented, although it is currently difficult due to the absence of physical security in the optical communication layer. And security for major national research facilities and data is strengthened in accordance with the 4th industrial era. provide a network system

(source : Summary 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 단계보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• Summary ... 8
• 목차 ... 11
• Contents ... 12
• 표목차 ... 13
• 그림목차 ... 14
• 1장 연구개발과제의 개요 ... 19
• 1절 연구개발 최종 목표(2021-2026 기준) ... 19
• 2절 국내·외 기술개발 현황 ... 19
• 3절 단계별 연구개발 로드맵 ... 27
• 4절 단계별 연구개발과제 목표 및 내용 ... 28
• 1. 성과지표 및 연차별 목표 ... 28
• 2. 1단계(2021-2022) 성과지표 달성도 ... 28
• 3. 목표 미달 시 원인분석 ... 29
• 4. 전략목표(대과제)-성과목표(중과제)-성과지표(세부과제) 성과 연계도 ... 29
• 5. 추진전략 및 협력 네트워크 ... 30
• 6. 1단계(`21 ~ `22) 대표성과 ... 32
• 2장 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 38
• 1절 연구망 용 QKD 시스템 구현 및 네트워크화를 위한 요소기술 개발 ... 38
• 2절 양자암호통신망 키관리 기술 연구개발 ... 56
• 3절 양자암호통신망 활용 서비스화 ... 73
• 3장 연구개발과제의 수행 결과 ... 80
• 1절 정성적 연구개발성과 ... 80
• 2절 정량적 연구개발성과 ... 132
• 3절 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 171
• 4장 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 172
• 5장 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 175
• 6장 참고문헌 ... 178
• 끝페이지 ... 182