대규모 양자 컴퓨터의 등장은 공개키 기반 암호화를 위협할 수 있다.

1995년 피터 쇼어(Peter Shor)는 큰 소수(large semi-prime
number)를 소인수분해할 수 있는 이론적 알고리즘을 개발했다. 이 알고리즘은 잠재적으로 인터넷에서 RSA 또는 ‘Diffie-Hellman’ 등 공개 키 암호화(public key encryption) 알고리즘에 사용되는 암호를 찾는데 활용될 수 있다.

공개키 암호 알고리즘 또는 비대칭키 암호 알고리즘이란 암호화 알고리즘의 한 종류다. 암호화할 때 사용하는 암호키와 복호화할 때 사용하는 암호키가 서로 다르다.공개 키 암호화는 비트코인(Bitcoin) 네트워크 보안에도 활용되는 수학적 프로세스다.

세계 경제 포럼(World Economic Forum, WEF) 사이버 보안의 미래 시리즈 센터(Center for Cybersecurity ‘s Future) 연속 회의에서 전문가들은 양자 컴퓨팅이 어떻게 심각한 위협이 될 수 있는지 설명했다.

WEF 전문가들은 “충분히 강력하고 오류가 수정된 양자 컴퓨터의 계산 능력은 공개키 암호화가 ‘실패할 것’을 의미하며 오늘날의 많은 기본 디지털 시스템과 활동을 보호하는 데 사용되는 기술을 위험에 빠뜨릴 것”이라며 “금융 거래, 보안 통신, 전자 상거래, 신원 및 전자 투표를 보호하는 주요 거래소, 암호화 및 디지털 서명은 모두 이러한 시나리오에서 위협받을 수 있는 메커니즘에 의존한다”고 말했다.

그러나 양자 컴퓨터가 실제로 암호 화폐의 보안을 위험에 빠뜨리기 위해서는 더 많은 양자 정보 또는 큐비트(qubits)가 필요하다. 이달 초 글로벌 산업 대기업 하니웰(Honeywell)은 양자 볼륨(quantum volume)이 64인 세계에서 가장 빠른 양자 컴퓨터를 개발했다고 밝혔다.

양자볼륨 지표는 IBM이 제시한 벤치마크로 유효한 양자컴퓨터의 총 큐비트 수와 처리 방법을 나타낸다. 동일 벤치마크로 IBM의 컴퓨터는 32 양자 볼륨을 기록했다.

앞서 지난해 구글(Google)은 시카모어 양자칩을 공개, 자체 기준 53 큐비트로 양자 우위(quantum supremacy) 달성을 주장했다. IBM은 ‘양자 우위’라는 표현에 의문을 제기했다.

영국 임페리얼 컬리지 런던(Imperial College London)의 양자 컴퓨팅 및 암호화 연구원 드라고스 일리(Dragos Ilie)는 양자 컴퓨터가 비트코인 네트워크를 크래킹 하기에는 갈 길이 멀다고 지적한다. 비트 코인 또는 대부분의 다른 금융 시스템에 영향을 미치려면 약 1,500 큐비트가 필요하다는 지적이다.

반면 업계 대규모 양자 컴퓨터 확장을 위한 연구와 관련 펀딩이 가속화, 기존 공개키 암호화를 지속적으로 위협하고 있다.

양자 솔루션

양자컴퓨팅 업계와 연구기관은 양자 침해위협에 대응, 양자 통신 및 대안 알고리즘을 개발에 혈안이다.

WEF 양자컴퓨팅 글로벌 미래 위원회 보고서에 따르면 양자 솔루션 개발에는 크게 두 가지 접근 방식이 있다.

첫 번째는 양자역학적 원리를 활용 양자 인터넷을 만들기 우해 기본 양자인 두개의 광자(photons)를 사용하는 것이다. 광자는 빛으로 구성된 기본 양자 입자다.

양자 역학 정보이론 ‘비복제 정리(No-Cloning Theorem)’ 기본 원리를 활용하면 누군가가 탐지하지 않고 양자 인터넷 링크를 도청할 수 없다.이러한 네트워크를 QKD(Quantum Key Distribution)라고한다. 이미 이러한 원칙에 따라 배치한 양자 네트워크가 국내 뿐만아니라 미국, 중국 및 유럽 등에서 실험 중이다.

두 번째 접근 방식은 소프트웨어 접근 방식이다. 미국 국립 표준기술연구소(NIST) 등 연구기관들은 큰 소수 인수분해에 의존하지 않고 데이터를 암호화하기 위해 다양한 양자 소프트웨어 알고리즘을 개발 중이다. 기존 암호화를 대체하기 위해 고려중인 알고리즘 후보는 현재 수십 가지가 있다.