양자암호통신

양자암호통신이란

양자암호통신은 양자역학 원리로 도청을 검출하며 암호키를 안전하게 분배하는 기술이다.

기존 암호는 해독 계산이 어려워서 안전하다. 양자암호통신은 물리 법칙으로 도청을 잡아낸다.

키를 빛의 양자 상태에 실어 보내고, 중간에 엿보면 그 흔적이 남는다.

두 가지 원리

양자암호통신의 핵심 원리는 두 가지다. 첫째, 측정하면 양자 상태가 바뀐다.

둘째, 양자 상태는 복제할 수 없다. 이를 복제 불가능성이라 한다.

그래서 도청자는 신호를 교란하고, 그 교란이 오류율 증가로 검출된다.

BB84 절차

BB84는 가장 널리 쓰이는 기준 프로토콜이다. 송신자가 무작위 기저로 광자를 보낸다.

수신자도 무작위 기저로 측정한다. 공개 채널에서 기저를 비교해 일치한 비트만 남긴다.

일부 비트로 양자비트 오류율을 추정한다. 오류율이 기준을 넘으면 키를 폐기한다.

기준 이하이면 오류정정을 거친다. 마지막으로 비밀증폭으로 누설된 정보를 제거한다.

기저 일치 비율은 평균 1/2이므로, 전송한 광자 중 키로 쓰이는 비율은 절반 이하다.

프로토콜 비교

프로토콜은 BB84, E91, B92로 나눠 본다. 세 방식은 보안 근거가 서로 다르다.

BB84는 측정 시 상태가 교란되는 것으로 도청을 검출한다.

E91은 벨 부등식 위반으로 검출하며, 얽힘 자원 생성이 필요해 장비 부담이 크다.

B92는 비직교 두 상태만 쓰므로 구현은 단순하지만 효율이 낮다.

한계와 개념 구분

양자암호통신과 양자내성암호는 자주 혼동된다. 원리와 역할이 서로 다르다.

양자암호통신은 물리 원리로 키를 나눈다. 양자내성암호는 고전 컴퓨터에서 도는 알고리즘이다.

두 기술은 대체 관계가 아니라 함께 설계하는 하이브리드 구성으로 논의된다.

다만 키 분배만으로는 메시지 인증이나 전자서명을 해결하지 못해 인증 채널이 따로 필요하다.

정리

정리하면 양자암호통신은 측정 교란과 복제 불가능성으로 도청을 검출한다.

방식은 BB84가 기준이고, 절차는 기저 비교부터 비밀증폭까지 이어진다.

거리 한계와 구현 취약점을 함께 쓰고, PQC와 병행하는 구성을 결론으로 쓴다.