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‘양자 암호’, 역사상 최강 암호체계 개발

 

암호체계란 문장의 의미를 감추기 위하여 문장을 감춘다던가 변형하는 모든 방법을 통틀어 일컫는 용어다. 일반 사람들은 일상에서 굳이 암호라는 개념(통장 비밀번호 등을 암호라고 사용하고 있는 수준)을 인식하지 않고 생활하고 있지만 메신저를 이용 한다든가 인터넷 뱅킹을 한다든가 스마트폰을 사용하는 경우 모든 정보는 암호화되어 전송되게 된다. 따라서 암호시스템은 현대 정보화 시대를 이끄는 핵심적인 기술이라 할 수 있다.

   암호를 만드는 자와 그 암호를 해독하는 자들의 싸움은 창과 방패의 대결이라 할 수 있다. 하나의 암호를 개발하면 그 암호를 해독하려는 노력이 있고 그 암호가 풀리면 또 다른 암호를 만드는 과정이 반복되어 왔다. 그런데 이러한 창과 방패의 싸움의 최종 승자는 지금까지 창 쪽이었다. 얼마 전까지는 인류가 개발한 암호 중 해독되지 않은 암호는 없었다. 암호를 해독하는 열쇠를 암호키라고 한다. 이러한 암호키의 보안이 암호를 유지하는 데 있어서 중요한 열쇠가 되는데 암호키의 보안이 어렵기도 하고 또 통계적 빈도수 공격 등을 이용하여 암호를 해독하는 기술이 날로 개발되어 안전한 암호체계를 유지하려는 노력은 번번이 실패로 끝나게 되었다.

   1977Rivest, ShamirAdleman 3인은 암호의 패러다임을 바꾸는 혁신적인 암호체계를 제안하였다. 지금까지의 암호키를 숨기려는 시도에서 벗어나 암호키의 보안에 상관이 없는 혁신적인 암호체계를 제안하는 바 이를 ‘RSA 암호라 한다. RSA 암호체계는 수학의 정수론을 이용하여 소수와 소인수분해를 사용하는데, 이 암호체계의 원리는 의외로 간단하다. 예를 들어 두 소수 6179의 곱은 4819로서 빠른 시간에 계산이 가능하다. 그러나 역으로 곱이 4819인 두 소수를 구하라고 한다면 소인수분해를 이용하여 푸는 것은 가능하지만 시간이 걸릴 것이다. 이러한 대수적 성질을 이용하는 것이 RSA 암호이다. 즉 연산과정에서 시간이 많이 소요된다는 사실을 이용하는 것이다. 4819이라는 숫자를 공개하고 곱이 4819인 두 소수를 찾는 순간 암호가 해독이 되는 시스템인데 (이러한 이유로 RSA 암호는 공개키 암호라 불린다) 숫자의 자릿수에 따라 소인수분해의 계산시간이 기하급수적으로 늘어나기 때문에 수백만 자리의 두 소수의 곱을 소인수분해 하는 것은 현대의 가장 빠른 컴퓨터를 사용하더라도 많은 시간이 걸리는 작업이다. , RSA 암호는 암호를 푸는 방법은 누구나 알고 있으나 암호를 해독하는 데 시간이 많이 소요되므로 암호를 푼다는 것은 의미가 없음을 이용하는 암호시스템이다. 이 암호체계는 안전한 암호라 평가받고 있고 현재 상용화되어 금융기관 등에서 광범위하게 사용되고 있다.

   그러나 지금까지 그랬듯이 암호를 만들면 해독하려는 시도가 있는 법이다. 현재, 물리학의 양자역학의 원리에 따라 작동되는 양자 컴퓨터라는 미래형 컴퓨터가 개발되고 있다.

 

 <사진출처: 한국경제신문>

 

   이 컴퓨터를 사용하면 현재 사용되고 있는 디지털 컴퓨터로 250년이 걸리는 계산을 단 1분 만에 해결하게 되는 정도로 디지털 컴퓨터로 도저히 불가능한 계산이 순식간에 가능해지게 된다. 양자컴퓨터는 또한 연산장치를 100배로 늘리면 계산능력이 100배가 아니라 2100제곱 정도까지 지수적으로 증가한다. 이러한 미래형 컴퓨터가 일반화되면 빠른 시간에 소인수분해가 가능해지므로 RSA 암호체계는 무력화된다. 소인수분해 암호가 방패라면 양자 컴퓨터는 새로운 창이다.

   그런데 이 창에 대항하는 강한 방패가 개발되었다. 어떤 방식으로도 해킹할 수 없는 양자암호(Quantum Cryotography)가 그것이다. 기존의 암호체계가 대부분 수학적 복잡성에 기반을 두고 있지만 양자암호는 물리적 성질에 기반을 두고 있는 암호시스템이다. 현대 정보통신은 정보의 기본단위인 비트를 0 또는 1 중 하나만 택하게 되어 있는 데 반해 양자의 큐비트는 01 양쪽 값을 동시에 취할 수 있는데 이를 중첩 성질이라고 한다. 그런데 이러한 중첩상태에 있는 양자를 외부에서 관측을 하게 되면 01의 양쪽 값을 취하고 있던 상태가 0이나 1 어느 한쪽으로 결정되어 버리는 성질을 이용한 것이 양자암호이다.

    이 성질을 이용하면 양자 비트의 상태 변화 유무에 따라 3자가 그 통신을 관측했는지의 판정이 가능하게 되어 해킹 사실을 확인할 수 있게 되는데 이를 이용한 암호체계가 양자암호체계이다. 현재는 양자 신호를 충분한 거리까지 송신하는 기술 등 여러 분야에서 한계가 있지만 기술이 발전되어 실용화가 가능하게 되면 양자암호는 암호체계 역사상 가장 강력한 방패가 될 것이라 생각된다.

 

     구기식 정보보안학 교수

 

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