양자 시스템 개발용 알고리즘 및 P-프로토콜 양자서명 연구

Abstract

현대 암호 기술이 계산량적 안전성(computational security)을 가지는 것과 달리 양자 암호는 물리적 안전성을 통해 무조건적 안전성(unconditional security)을 추구한다. 완전한 병렬처리가 가능한 양자 컴퓨터가 개발되면 계산량적 안전성에 기반한 암호체계의 해독이 가능해 지기 때문에, 양자 컴퓨터의 개발에도 안전한 양자 암호를 개발하는 것은 안전성 보장 측면에서 매우 중요한 일이다. 양자 암호라는 분야 자체에도 매우 다양한 주제들이 논의되고 있다. 양자 키분배 기술은 프로토콜 설계에서 시작하여, 양자 키분배의 도청을 검출하고, 환경의 영향을 제거하는 후처리 과정을 통해 무조건적 안전성을 보장할 수 있게 된다. 이 과정 가운데 난수를 적절하게 생성하여 사용하는 것은 모든 암호 시스템에서 매우 중요한 부분이다. 또한 개발된 양자 키분배 시스템의 응용 범위를 넓히기 위해서는 현대 공개키 암호가 제공하는 인증, 서명, 투표 등의 양자적 체계를 만드는 것이 필요하다. 본 논문에서는 양자 키분배 구현시 도청 및 환경에 의한 키오류 영향 제거를 위해 필요한 후처리 과정을 LabVIEW로 구현한 결과를 기술하였다. 또한 양자 암호 시스템 안전성의 핵심인 양자 난수 발생기의 난수성을 보장하는 샘플링 기술에 대해 제안한다. 마지막으로 양자 암호 시스템의 활용에 필요한 암호 프리미티브인 P-프로토콜 양자 서명 기술을 제안하고, 그 안전성을 분석하였다. 양자 키분배의 후처리 과정과 실난수 발생기의 샘플링 기술은 현대 암호의 기술을 양자 암호에 적용하는 과정이다. P-프로토콜 양자서명 기술은 현대암호의 Diffie-Hellman 방식의 키공유 기술의 아이디어를 응용하여 양자 시스템에서 재구성하는 시도이다. 이는 현대 암호 기술과 양자 암호 기술이 공존하는 시기에 각각의 장점을 활용하여, 현재 상태로 해결하기 어려운 각각의 기술이 가지고 있는 문제점에 대한 해결책으로 사용하여, 현대 암호 시대와 양자 암호 시대를 연결하는 다리 역할을 하는 기술로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.