[정보보안] - 양자컴퓨터를 이용한 보안 대응 방안
AhnLab Online Seminar 에 대한 내용을 정리합니다.
양자역학의 아버지라 불리는 닐스보어는 "양자 역할을 접하고서도 놀라지 않는 사람은 그것을 제대로 이해하지 못한 사람이다." 리처드 파인만은 "양자 역학을 이해한 사람은 아무도 없다고 자신있게 말할 수 있다."라는 언급이 있듯 양자의 개념은 어려운 소재이다.
1. 생활속의 양자역학은 무엇이있을까?
- 호흡 : 전자 4개가 중첩 상태인 산소 분자와 공유 결합으로 인한 안정 상태가 있다.
- DNA : 인산염의 주기적 배열로 친자 확인에 DNA 전기영동법을 사용한다.
- 백열등 : 형광 효과에 사용되는 부분으로 형광등의 열전과 형광효과에 사용되고 있다.
영화속에서는 신체의 크기를 자유자재로 변형하는 앤트맨, 순간이동과 텔레포트를 사용하는 스타트렉,
시간 여행이 아닌 강탈을 통해 다른 우주로 이용하는 불확정성 원리에 기반한 평행 우주를 다루는 어벤져스가 있다.
과학적 영역에서는 양자 요동에 의한 호킹복사 이론을 다룬 블랙홀이 있다.
2. 양자역학의 연대기
- 양자역학의 시작
전자의 위치가 양자화 되어있는 현상을 탐구하는 학문이다.
양자역학의 성질로는 파동과 입자의 이중성, 양자 도약, 약자 터널링, 양자 상태의 중첩성, 양자 요동, 양자 얽힘
측정 시 양자 상태의 붕괴, 전자의 위치와 속도를 동시 측정 불가한 불확정성의 원리 등이 있다.
1) 1858년 마스 플랑크는 양자역학의 시발점인 흑체 복사를 발견한다.
흑체 복사란? 전자기파의 에너지가 양자화 되어있음을 바탕으로 노벨상을 수상했으며, 양자역학의 원리를 실제가 아니라며 인정하지 않았다.
2) 1871년 어니스트 러더퍼드는 양성자와 중성자의 합이 원자핵임을 증명한다.
3) 1885년 닐스보어는 양자 도약의 개념을 발견하였다. 양자 도약이란? 전자의 위치가 비연속적이라는 개념이다.
지구가 화성 궤도를 연속적 이동하는 것이 아닌 순간적으로 궤도를 점프하는 것이라 설명했지만 수소 원자만 설명 가능하다는 한계점이 있었다.
4) 1897년 조지프 존 톰슨은 전자라는 성질을 발견한다. 전자란? 음극선은 질량, 직진성, 음전하를 가짐을 발견했다.
5) 1901년 베르너 카를 하이젠베르크는 슈뢰딩거의 파동 역학을 확률 해석으로 노벨상을 수상했다.
다수의 수열을 행렬로 수학 공식화 한 행렬역학 개념을 창시하며 Quantum Mechanics 용어를 최초로 사용했다.
6) 1927년 5차 솔베이 회의에서 코펜하게 해석으로 양자역학 토대를 명확하 시켰다.
3. 양자 컴퓨터와 양자 암호 기술
양자의 성질을 활용한 대표 기술로는 반도체/LED/MRI/레이저 등이 대표적이다.
양자 성질을 이용한 기술 성숙도가 높은 분야로는 양자 컴퓨터와 양자 암호가 있다.
양자 컴퓨터와 양자 암호는 창과 방패 같은 기술로 양자를 활용한 수 조배 빠른 병렬연산의 컴퓨터와 양자 컴퓨터에 대응 가능한 암호기술이다.
- 양자 암호는 QKD(양자 키분배기)/QRNG(양자난수생성기) 하드웨어 장비인 양자 암호 통신과 소프트웨어 알고리즘인 양자내성암호 PQC가 있다.
- 복호화 없이 연산 및 통계, 검색, ML이 가능한 HE 동형암호가 있다.
- 블록체인과 같은 개인정보보호 및 인증에 사용되는 ZKP(영지식 증명) 기술이 있다.