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정국 화
6 years ago
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1 양자암호 노태곤 윤천주 김헌오 머리말 1980년대부터본격화되기시작한양자정보과학은기존의디지털및아날로그정보기술의외연을양자물리학으로확장한새로운개념의정보과학으로서양자상태에직접적으로정보를표현하고처리함으로써기존의고전적인정보기술로는불가능한일들을수행할수있다. [1,2] 즉, 절대적으로안전한양자암호통신을비롯하여원거리에양자상태를순간적으로이동하는양자원격전송, 그리고 양자중첩 및 양자얽힘 의원리를응용하여기존컴퓨터기술로는불가능한대규모계산을가능하게하는양자계산과양자데이터검색등이가능하다. 특히, 양자암호통신은자연의근본원리인양자역학의법칙에의해서도청및감청이절대적으로불가능한새로운개념의차세대통신보안기술로서양자정보과학중에서도가장기초적이고기술성숙도가높은기술이며점점심각해지는통신네트워크의보안문제를해결할중요한대안기술로서크게주목받고있다. 현재가장널리사용되고있는대표적인고전암호기술인 RSA와같은비대칭공개키암호체계는해결하기어려운수학적인문제를공개키로사용하여정보를암호화하고그해를비밀키로사용하여해독하는방식으로서원리적으로수학적인 계산복잡성 에기초하고있기때문에그안전성이증명되어있지않으며양자컴퓨터와같은새로운강력한계산방법들이출현하면해독될개연성이있다. [3,4] 이에반해일회용난수표 (one-time pad) 를송신자와수신자가미리안전 저자약력노태곤박사는포항공과대학교물리학과이학박사 (1999) 로서 Northwestern University 박사후연구원과삼성전자 ( 주 ) 종합기술원전문연구원을거쳐현재한국전자통신연구원양자정보통신팀팀장으로재직중이다. 윤천주박사는한국과학기술원전자전산학과공학박사 (2003) 로서삼성전자 ( 주 ) 종합기술원전문연구원을거쳐현재한국전자통신연구원양자정보통신팀선임연구원으로재직중이다. 김헌오박사는울산대학교물리학과이학박사 (2002) 로서현재한국전자통신연구원양자정보통신팀선임연구원으로재직중이다. 하게나누어가진후이것을암호키로사용하여비밀통신을하는대칭암호체계는원리적으로안전성이증명되어있으나두사용자사이에실시간으로안전하게암호키를나누어가지는것이극히어려운문제이다. 양자암호통신은 단일양자의복제불가능성 과 양자측정의비가역성 등과같은양자역학의근본적인원리를이용하여공간적으로멀리떨어진두사용자사이에이러한비밀암호키 ( 일회용난수표 ) 를실시간으로절대적으로안전하게분배하는방법으로서 양자암호 (Quantum Cryptography) 혹은 양자키분배 (Quantum Key Distribution) 기술로알려져있다. [5,6] 미국, 유럽, 일본등선진국들의경우에는수년전부터대학교와국립연구소등에서뿐만아니라 IBM, HP, Bell Lab, NTT, NEC, Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi 등과같은기업에서도양자암호연구를활발하게수행하고있으며, id Quantique사 ( 스위스 ), MagiQ Technologies사 ( 미국 ), NuCrypt 사 ( 미국 ) 와같은벤처기업이설립되어활동하고있다. 특히최근에는중국의경우에도양적으로나질적으로나주목할만한연구결과들을발표하고있다. 국내에서양자암호통신연구는 KIAS, KAIST, 고려대, 한양대, 서울대등에서이론분야를중심으로기초연구가이루어지고있으나실험및구현연구는상당히취약한상황에있다. ETRI에서는양자암호통신의효율적인구현기술연구개발에집중하고있으며최근에는고등 [1] C. H. Bennett and D. DiVicenzo, Nature 404, 247 (2000). [2] D. Bouwmeester, A. Ekert and A. Zeilinger, eds., The Physics of Quantum Information (Springer-Verlag, Berlin, 2000). [3]J. L. Massey, An Introduction to Contemporary Cryptography, Proceedings of the IEEE 76(5), 533 (1988). [4] P. Shor, in Proc. of the 35 th Annu. Symp. on Foundations of Computer Science, edited by S. Goldwasser (IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, California, 1994), p [5] N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, and H. Zbinden, Rev. Mod. Phys. 74(1), 145 (2002). [6] 노태곤, 김헌오, 홍종철, 윤천주, 성건용, 정태형, 전자통신동향분석, 20(5), 70 (2005). 물리학과첨단기술 October

2 과학원, 고려대등과연구협력을통해상용인터넷을사용하는 25 km급양자암호통신테스트베드를구축하였다. 이글에서는양자암호통신의기본개념과구현기술및최근의연구동향, 그리고 ETRI에서진행하고있는연구개발현황에대해서간략히소개한다. [7] 양자암호프로토콜최초의양자암호프로토콜은 1984년 C. H. Bennett과 G. Brassard에의해고안된 BB84 프로토콜 로서단일광자의편광상태와같이두개의기저 (basis) 를이루는네개의양자상태를이용한다. [8] 이프로토콜의기본원리는먼저송신자가두개의기저, 혹은중에서한개를무작위로선택하고, 선택된기저의두가지양자상태, 0 혹은 1 중에서하나를임의로골라수신자에게보낸다. 수신자도같은방법으로두가지기저중에서하나를임의로선택하고, 선택한기저를사용하여수신된양자상태를측정한다. 측정이완료되면송신자와수신자는서로선택한기저를공개적으로비교한다. 만약서로선택한기저가같을경우에는수신자가측정한결과는송신자가처음에선택하여전송한양자상태와같게되므로두사용자는같은암호키 (sifted key) 값, 0 혹은 1을가지게된다. 만약중간에도청 ( 측정 ) 을시도하면양자역학의원리에따라양자상태가변하게되어두사용자가얻은암호키값에오류가생기게되고, 따라서두사용자는생성된키의일부를서로에게공개하고오류의비율을계산하여도청자의존재여부를알수있게된다. 상기의 BB84 프로토콜외에도다양한양자암호프로토콜들이제안되고있으며이론및실험적분석을통해검증되고있다. 1992년 C. H. Bennett이제안한 B92 프로토콜 은서로직교하지않는두개의양자상태만사용해서양자암호키를분배하는프로토콜로서실험적구현이편리한장점이있다. [9] 1991년 A. Ekert가고안한 E91 프로토콜 은두사용자가 EPR 상태 ( 최대양자얽힘상태 ) 에있는두개의입자를한개씩나누어가지고각각의입자에대해서임의의기저를선택하여양자측정을수행한후각자선택한기저를공개적으로서로비교해서양자키를분배하는방식인데, 두입자사이의비고전적비국소적양자상관관계를직접이용하는프로토콜이다. [10] 또한, 2차원양자비트 (qubit) 를확장한고차원양자계를이용하는양자암호프로토콜도연구되고있으며, 압축된빛 (squeezed light) 이나결맞은빛 (coherent light) 의직교진폭 (uadrature amplitude) 을이용하는연속변수양자암호도실험적으로구현되었다. [11] 이러한양자암호프로토콜들의정당성은안전성증명을통해서입증된다. 특히임의의도청자가물리법칙의한계내에서라면모든것을할수있다는전제하에프로토콜의안전성을검증하는 무조건적안전성증명 은양자암호프로토콜연구에서매우중요한위치를차지한다. 또한실험적으로양자암호프로토콜을구현하는경우에는사용하는장치들의불완전한성능을고려하여실제적으로암호키의안전성이유지되고있는지를검증하는것이필요하다. 표준적인 BB84 프로토콜의무조건적인안전성은 1996년 D. Mayers에의해최초로증명되었으며, [12] 그후다양한조건들을고려한양자암호프로토콜의안전성증명에대한연구가계속되고있다. [13,14] 대부분의안전성연구는도청자가비밀암호키에대해가질수있는정보량의최대값이송신자와수신자사이의상호정보량 (mutual information) 보다적으면두사용자는고전적인오류정정 (error correction) 과비밀성증폭 (privacy amplification) 에의해안전한비밀키를생성할수있다는사실을이용한다. [15] 양자암호프로토콜의안전성연구에서도청자가취할수있는다양한도청시도방법들에대한이론적분석도또한매우중요하다. 잘알려져있는도청시도방법으로는차단- 재송신공격법 (intercept-resend attack), 복제공격법 (cloning attack) 등과같은개별공격법 (individual attack, incoherent attack) 과다수의양자비트에한꺼번에접근하여정보를얻어내는통합공격법 (joint attack, coherent attack) 등이있으며, 이외에도광자수나눔공격법 (PNS, photon number splitting attack), 양자비파괴공격법 (quantum non-demolition attack), 트로이목마공격법 (Trojan horse attack) 등도중요하게연구되고있다. [7] 이글의내용중일부는저자가기발표한 [6] 에실린내용을부분적으로참고하였다. [8] C. H. Bennett and G. Brassard, Quantum cryptography : Public key distribution and coin tossing in Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India (IEEE, New York, 1984), p [9] C. H. Bennett, Phys. Rev. Lett. 68, 3121 (1992). [10] A. K. Ekert, Phys. Rev. Lett. 67, 661 (1991). [11] F. Grosshans, G. V. Assche, J. Wenger, R. Brouri, N. J. Cerf and P. Grangier, Nature 412, 238 (2003). [12] D. Mayers, Quantum key distribution and string oblivious trans fer in noisy channels in Advances in Cryptography-Proceedings of Crypto 96, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1109, pp , edited by N. Koblitz (Springer-Verlag, New York, 1996). [13] H. K. Lo and H. F. Chau, Science 283, 2050 (1999). [14] P. Shor and J. Preskill, Phys. Rev. Lett. 85, (2000). [15] N. Lutkenhaus, Phys. Rev. A 54, 97 (1996). 18 물리학과첨단기술 October 2006

3 양자광원양자암호는빛의양자상태를직접적으로이용하는통신방법이므로양자암호통신의구현을위해서는단일광자상태 (single-photon state) 와같은특별한양자상태의빛을사용해야한다. 특히 BB84 프로토콜을포함한많은양자암호프로토콜들은단일광자상태를사용하는방식으로서단일광자상태의빛을생성하는것은매우중요하다. 이상적인단일광자상태는정해진하나의모드에오직한개의광자만이존재하는상태를말한다. 통계적인관점에서단일광자상태는광자수의가변도 (variance) 가평균값보다작으므로아포아송 (sub-poisson) 분포를보이게되며, 빔분할기와두개의광자검출기를이용하여동시에두개의광자를측정하는상관관계측정에서는광자흩어짐 (photon anti-bunching) 효과가나타나게된다. 현재까지실험적으로연구된단일광자광원들은다이아몬드결정구조에질소원자한개를치환해서여기시키는방법, 반도체양자점을이용하는방법, 그리고광학적인매개하향변환과정을이용하는조건부단일광자광원등이있다. 그러나상기의어떤방법도아직기술적으로완전하지못한상태이며낮은광자발생효율과높은잡음광자수등해결해야할기술적인난제들로인하여실제양자암호통신에사용되기에는어려운상황이다. 단일광자상태를만들기위해서생기는여러가지기술적인문제를피하기위해서다른대안으로이용되는것이레이저펄스를아주약하게감쇄시켜서유사단일광자상태를만드는방법이다. 이러한유사단일광자상태는그통계적인특성이이상적인단일광자상태와는다르며포아송 (Poisson) 분포를따르게되지만, 예를들어평균광자수가 0.1인경우한번의측정에서한개의광자를측정할확률이 9% 정도인데반해서한개의펄스에서두개의광자가존재할확률은 0.5% 정도로낮으므로단일광자상태를사용하는경우와유사한광자통계를나타내므로실제양자암호통신구현실험에서많이이용되고있다. [16] 한편, 양자얽힘상태를양자암호통신의광원으로이용하는방법도많이연구되고있다. 얽힘상태 (entangled state) 는양자역학의가장근본적인특성중의하나로서, 둘이상의입자들이서로특별한중첩된상태에있어서그전체상태가개별적인입자들의파동함수의곱으로기술할수없는양자상태를말한다. 두입자얽힘상태의대표적인예로는스핀이 1/2인한쌍의전자사이에스핀의비대칭상관관계를나타내는 ( ) 1 Ψ = 와같이표현되는상태이다. 즉, 공간적으로서로멀리떨어져있는두입자 1과 2는각각 spin-up( ) 의상태와 spin-down ( ) 의상태가서로중첩된상태에있으며, 한입자의스핀이측정을통해특정한방향으로결정됨과동시에다른입자의스핀은자동적으로반대방향으로결정되게된다. 이러한양자얽힘상태를생성하기위해서과거에는주로원자의다단천이 (atomic cascade) 현상이이용되었지만, [17] 최근에는자발적인매개하향변환 (SPDC: Spontaneous Parametric Down- Conversion) 과정에서발생하는광자쌍을이용해서얽힘상태를만드는방법이보편적이며 [18] 양자암호및양자컴퓨팅등의실험연구에광범위하게사용되고있다. SPDC는높은진동수 ( 또는짧은파장 ) 의레이저광이비선형매질에입사할때입사하는펌프광자의일부가상대적으로낮은진동수 ( 또는긴파장 ) 를갖는한쌍의광자들로자발적으로변환되는과정을말한다. 관례적으로매질에입사하는빛을펌프광, 상호작용에의해발생하는두광자를 signal 광자와 idler 광자라고부른다. SPDC는비선형매질내에서펌프광자와하향변환된광자들사이에에너지보존법칙과운동량보존법칙이만족될때효과적으로일어난다. 즉, SPDC에서발생하는두개의광자들의진동수 ( 또는파장 ) 와운동량이서로상관되어있으므로 signal 광자가임의의진동수와파수벡터를갖고발생하면이에대응하는진동수와파수벡터를가지는 idler 광자한개가반드시발생하게된다. SPDC 과정에서광자쌍이발생하는방식과광학계를구성하는방법에따라서다양한형태의양자얽힘상태를구현할수있다. 예를들어 SPDC 과정에서발생하는두광자의진동수를서로다르게선택할경우에는진동수얽힘상태 (frequency-entangled state) 를구현할수있으며, 또한제2형 SPDC 과정을이용해서서로다른편광의광자쌍을발생시킬경우에는편광얽힘상태 (polarization-entangled state) 를구현할수있다. 한편각각의광자가서로다른간섭계의짧은경로와상대적으로긴경로를선택할수있게간섭계를구성하면 energy-time 얽힘상태또는이것의펄스모드형태인 time-bin 얽힘상태를구현할수도있다. 이와같이 SPDC 과정에서생성되는광자쌍의발생방식과광학계의구성방법에따라서다양한형태의양자얽힘상태를손쉽게만들수있으므로최근이러한광자쌍양자얽힘상태를이용한양자암호통신구현연구가활발하 [16] D. Stucki, N. Gisin, O. Guinnard, G. Ribordy, and H. Zbinden, New J. Phys. 4, 41 (2002). [17] A. Aspect, P. Grangier, and G. Roger, Phys. Rev. Lett. 47, 460 (1981). [18] P. G. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 75, 4337 (1995). 물리학과첨단기술 October

4 게진행되고있다. [19] 최근 ETRI에서는상용광섬유를이용한실제적인응용연구에반드시필요한 1550 nm 파장대역의광자쌍을 SPDC를이용해서성공적으로생성한바있으며, [20] 또한통신파장대역에서고순도의편광얽힘상태도생성하여비고전적양자상관관계를실험으로검증하였다. [21] 광자검출기광섬유나대기중을통해서광신호를전송할경우광손실은거리에비례해서증가하므로고효율의광자검출기는장거리양자암호실험에필수적이다. 또한, 광자검출기의양자효율 ( 광자한개가입사할경우의검출확률 ) 과잡음 (dark noise) 수준은양자암호통신의에러율과직접적으로관련되므로높은양자효율과낮은잡음수준을갖는광자검출기는양자암호통신시스템의전체성능을좌우한다. 현재양자암호통신에서는 APD 타입의광검출기를주로사용한다. 양자암호통신에서사용하는빛은광펄스당 0.1개정도의광자가존재하는극히낮은세기의빛이므로양자효율을높이기위해서 APD에인가하는바이어스전압을 breakdown 전압보다높게사용하는소위 Geiger mode 에서동작하는것이일반적이다. 이경우한번의광자검출전류신호가지나치게방전되는것을막기위해서 quenching circuit 을사용한다. 500~900 nm 대역에서주로사용하는 Si APD 타입의광자검출기는양자효율이 60~70% 에이르는고성능제품들이상품화되어있다. 이러한제품에서는동작속도를높이기위해서보통 active quenching circuit 을채용하고있다. 그러나통신파장영역인 1310 nm 나 1550 nm 대역에서주로사용하는 InGaAs APD 타입의광자검출기는잡음지수가매우높은관계로 quenching 모드에서동작시키기가매우어려우며따라서수나노초정도의아주좁은시간간격동안만바이어스전압을인가하는소위 gated-geiger mode 에서동작시키는것이일반적이다. 이경우광자의도달시각과 gate 전압인가시각이정확히일치해야하므로 quenching mode와비교해서사용이어려운단점이있다. 현재사용되고있는 InGaAs APD 타입의광자검출기는 gated-geiger 모드에서잡음광자검출확률이 10-5 /ns, 양자효율이 10% 정도인것이일반적이며, 700 nm 대역에서 Si APD 타입의광자검출기가보여주는정도의고성능으로통신파장대역에서동작하는 InGaAs APD 타입광자검출기를개발하기위한연구개발노력이계속되고있다. [22] 양자채널통신네트워크의관점에서양자암호기술은물리계층보안 기술이다. 일반적으로양자암호프로토콜은양자상태를전송하는양자채널 ( 비밀채널 ) 과도청자를포함한외부에완전히공개된고전채널 ( 공개채널 ) 의두가지물리계층통신채널을사용한다. 즉, 양자채널은양자암호통신의핵심이되는통신채널로서양자복제불가능원리에의해서완전히비밀이유지되는반면, 고전채널은송신자와수신자가각각무작위로선택한기저를공개적으로서로비교하거나혹은생성된암호키의일부분을서로공개적으로비교해서도청자를탐지하기위해사용하는통신채널로서기존의디지털광전송채널이나무선통신채널을말한다. 양자채널을물리적으로구현하는방식에는광섬유를사용하는방식 ( 유선 ) 과대기중을통해서암호키를분배하는방식 ( 무선 ) 이있는데, 두가지방식은서로원리적으로는차이가없으나대기와광섬유의물리적인특성이다르므로사용하는빛의파장대역및응용분야도서로다르다. 대기중에서는 770 nm 대역의빛이투과손실이적으며또한이파장대역에서 Si APD 광자검출기의양자효율도 60~70% 정도로높은성능을보이므로주로이파장대역을이용해서양자채널을구성한다. 대기중을통한양자암호통신은특히위성과지상사이의암호통신에응용가능하다는것이큰장점이다. 그러나대기중을통한양자암호통신채널에서는거리가늘어남에따라빔이공간적으로퍼지는문제와날씨등의영향이심각하므로주로단거리암호통신에그응용이제한된다. 현재대기중을통한암호통신은 23.4 km 통신거리에서수백 bps 정도의키생성실험이보고되고있다. [23] 한편, 광섬유를이용하는방식은기존의광통신에서표준적으로사용되고있는단일모드광섬유를사용하면공간적인모드가아주잘유지되며또한 1550 nm 대역에서투과손실이 0.2 db/km 정도로아주낮으므로장거리양자채널구현에적합하다. 그러나광섬유를통한광자전송시에발생하는분산 (dispersion), 편광의변화, PMD(Polarization Mode Dispersion), 기타다양한비선형효과들은양자암호통신시스템의성능을떨어뜨 [19] T. Jennewein, C. Simon, G. Weihs, H. Weinfurter, A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000). [20] T.-G. Noh, H. Kim, C. Youn, S.-B. Cho, J. Hong, T. Zyung, J. Kim, Opt. Express 14, 2805 (2006). [21] Submitted. [22] Journal of Modern Optics, Special Issue on Single-photon: detectors, applications, and measurement methods, edited by A. Migdall and J. Dowling, J. Mod. Opt. Vol. 51, No. 9-10, pp (2004). [23] C. Kurtsiefer, P. Zarda, M. Halder, H. Weinfurter, P. M. Gorman, P. R. Tapster, J. G. Rarity, Nature 419, 450 (2002). 20 물리학과첨단기술 October 2006

리게된다. 즉, 양자채널을통한암호키의전송은빛의편광을이용해서코딩하거나, 위상코딩, 주파수코딩, 연속변수를이용한코딩등다양한방식으로구현이가능한데, 가장많이사용되는빛의위상이나편광을이용한코딩방식의경우에도온도나주위환경등에의해서편광이나광학적경로의흔들림이발생하므로이를연속적으로보상하기위한기술이부가적으로요구된다.

5 리게된다. 즉, 양자채널을통한암호키의전송은빛의편광을이용해서코딩하거나, 위상코딩, 주파수코딩, 연속변수를이용한코딩등다양한방식으로구현이가능한데, 가장많이사용되는빛의위상이나편광을이용한코딩방식의경우에도온도나주위환경등에의해서편광이나광학적경로의흔들림이발생하므로이를연속적으로보상하기위한기술이부가적으로요구된다. 광섬유를이용한양자채널에서발생하는이러한문제를극복하기위한다양한연구가현재진행되고있으며, 특히스위스제네바대학교의 N. Gisin 교수등에의해서개발된 Plug and Play 양자암호방식은양자채널의편광의변화나경로의흔들림을능동소자를사용하지않고패러데이거울 (Faraday Mirror) 을이용하여자동적으로보상하는방식인데이방식을사용하여 67 km 광섬유양자채널을통해서수십 bps 정도의양자암호키생성실험이보고되고있다. [24] 최근에는보다효율적이고실용적인양자암호에대한연구들이진행되고있는데예를들면, DPSK(differential phase shift keying) 방법을양자암호에적용한실험, [25] 미약한결맞은광을직접적으로이용하는단방향 (one-way) 양자암호실험, [26] 잡음이거의없는고효율초전도광자검출기 (superconducting transition-dege sensor) 를이용한실험, [27] 고전광통신채널과양자채널의 WDM(wavelength-division-multiplexed) 방식결합에대한분석실험 [28] 등이있으며, 또한편광얽힘상태광자쌍을이용한자유공간 ( 대기 ) 양자암호실험 [29] 도보고되고있다. 국내연구결과로는최근 ETRI에서고등과학원및고려대와협동연구를통해서 25 km 실시간연속동작양자암호통신테스트베드를구축했다 ( 그림 1). 이테스트베드는국내에서최초로구축된양자암호통신시스템으로서위상코딩방식의 BB84 프로토콜을적용했으며, 고전채널은 100 Mbps급상용인터넷을사용하고양자채널은 25 km 길이의표준적인상용광섬유를사용한다. 또한, 오류정정코드와비밀성증폭코드등핵심프로토콜들을자체개발해서시스템에탑재하였으며, [24] D. Stucki, N. Gisin, O. Guinnard, G. Ribordy, and H. Zbinden, New J. Phys. 4, 41 (2002). [25] H. Takesue, E. Diamanti, T. Honjo, C Langrock, M. M. Fejer, K. Inoue and Y. Yamamoto, New J. Phys. 7, 232 (2005). [26] D. Stucki, N. Brunner, N. Gisin, V. Scarani, and H. Zbinden, Appl. Phys. Lett. 87, (2005). [27] D. Rosenberg et al., Appl. Phys. Lett. 88, (2006). [28] N. I. Nweke et al., Appl. Phys. Lett. 87, (2005). [29]I. Marcikic, A. Lamas-Linares, and C. Kurtsiefer, Appl. Phys. Lett. 89, (2006). 그림 km 실시간연속동작양자암호테스트베드. 상용인터넷을통해양자암호화된데이터통신이실시간연속적으로가능하다. 맺음말지금까지통신네트워크의보안문제를해결할새로운대안기술로서주목받고있는양자암호에대해서간략하게소개하였다. 양자암호는 1984년최초로 BB84 프로토콜이제안된이후지금까지다양한이론및실험적연구가진행되어왔으며, 최근외국에서는양자암호시스템의상용화를목표로하는벤처기업들도설립되는등기술적으로상당히성숙되어있는분야이다. 그러나아직도실제상용화를위해서는해결해야할많은기술적인난제들이있으며표준방식으로인정할만한양자암호기술은개발되지않았다. 따라서대규모상용화에적합한수준의표준적인양자암호기술을개발하는것이향후이분야연구의주요과제로생각된다. 현재국내의양자암호연구는특히실험분야에있어서상당히취약한상황에있는것이현실이다. 양자암호기술은그특성상국가안보와관련된중요한기술이므로미래 IT산업의경쟁력확보뿐만아니라국가정보보안주권확립차원에서도국내에서활발한연구개발활동이이루어지기를기대한다. 또한, 이분야연구와관련하여주목해야할것은양자암호연구가통신보안기술연구라는측면뿐만아니라 비국소성 이나 양자얽힘 등과같은자연의가장근본적인속성을연구하는측면에서도매우중요하다는사실이다. 정보 라는주관적인개념과 물리현상 이라는객관적인실체사이에어떤심오하고근본적인연관관계가있다면그관계를연구하는매우유용한수단으로서양자암호는중요한역할을할것으로믿는다. 물리학과첨단기술 October

1 순수양자상태 항상일정한측정결과 2 중첩된양자상태 순수상태의확률적중첩으로측정결과는확률적결과를보임 양자상태의복제불가성 (No Cloning) - 사용프로토콜 : BB84 protocol, E91 protocal 양자역학적원리에의해안전한암호키생성및분배 근본적으로도 / 감

1 순수양자상태 항상일정한측정결과 2 중첩된양자상태 순수상태의확률적중첩으로측정결과는확률적결과를보임 양자상태의복제불가성 (No Cloning) - 사용프로토콜 : BB84 protocol, E91 protocal 양자역학적원리에의해안전한암호키생성및분배 근본적으로도 / 감 5 양자키분배표준화이슈 개요 o 양자키분배 (QKD, Quantum Key Distribution) : 양자역학을활용한안전성이 보장된암호통신기술로두개의양자 ( 광자 ) 만이공유하는임의의암호키를 만들어낼수있고, 이를이용하여암호또는해독을수행. o 양자키분배 (QKD) 의필요성 - 통신환경의다변화 군사, 기관, 기업, 금융등의네트워크가일반개인네트워크와연결되어있어다양한경로를통해중요정보들이누출될가능성이높음.