현재의 컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이 및 암호화 방식 개요.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 양자컴퓨터 시대 새로운 암호체계, ‘양자내성암호’를 공략할 수 있는 세계최고 성능 수준의 양자 알고리즘을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술연구원(KIST)·서울대·한양대·KIAS·영국 임페리얼 대학 등 국내외 연구진과 함께 양자내성암호의 주요 기반문제 중 하나인 선형잡음문제를 효과적으로 공략할 수 있는 세계 최고 수준의 양자 알고리즘을 개발했다고 3일 밝혔다.

이번 연구성과는 양자정보과학기술 전문학술지 ‘퀀텀 사이언스&테크놀로지’에 게재됐다.

양자컴퓨팅 연구 초기, 양자 소인수 분해 알고리즘의 등장으로 공개키 암호시스템(RSA)과 같은 기존 암호체계는 양자컴퓨터가 실용화 될 경우 보안성 유지가 어려울 것으로 전망됐다.

양자컴퓨터를 이용한 해킹에서도 안전할 것으로 기대되는 새로운 암호체계, 소위‘양자내성암호(PQC)’암호체계가 등장했다.

양자내성암호는 양자컴퓨터조차도 해결하기 어려운 수학적 난제를 활용한 차세대 암호체계다.

이를 풀기 위해선 문제의 규모 대비 지수함수적으로 증가하는 큐비트(Qubit) 자원이 필요하다. 실제로는 양자컴퓨터조차도 공략 불가능한 것으로 여겨왔다.

하지만 연구진은 세계최초로 ‘분할-정복(divide-and-conquer) 전략’을 활용, 비교적 소규모 수준의 양자컴퓨터로도 양자내성암호를 공략할 수 있는 양자 알고리즘을 개발했다.

분할-정복 전략은 전체 구조를 하부 구조들로 작게 나누고 개별 공략하는 방법이다.

적정한 수준의 양자 연산능력만으로도‘지수함수적 양자이득’이 가능함을 증명한 것이다.

ETRI 연구진이 양자내성암호를 공략하기 위한 양자 알고리즘에 대해 논의하고 있는 모습.[ETRI 제공]

연구진은 이 기술 공개로 양자 내성이 무효화되는 조건을 보다 구체적으로 특정할 수 있게됐다.

이에 따라 양자기술을 활용하는 기업, 연구기관, 공공기관의 차세대 암호 연구시 활용영역을 명확하게 할 수 있을 것으로 기대했다.

박성수 ETRI 양자기술연구단장은 “그동안 불가능하다고만 생각되던 양자내성암호 양자공략이 원리적으로 가능하다는 점에서 해당 연구결과는 그 의미가 크다”면서 “하지만 양자내성암호를 실제 효과적으로 공략하기 위해서는 양자컴퓨터의 연산능력을 더 확보해야 한다”고 말했다.

ETRI는 이번 연구성과가 양자컴퓨터가 양자내성을 완전히 정복했다는 뜻은 아니라고 밝히며 양자내성암호 공략 및 수호 관점에서 지속적인 연구가 더 필요하다고 말했다.

연구진은 향후, 양자샘플을 생성‧준비하는 단계부터 주요 알고리즘의 동작에 이르기까지 문제해결 전체 과정의 계산 자원량을 결함허용 양자컴퓨팅 관점에서 최적화하는 연구를 추가 수행할 계획이다.