양자 컴퓨터로도 효율적으로 풀 수 없다고 여겨지는 수학 문제(격자 문제, 해시 함수 등)에 안전성의 근거를 두는 암호. 기존 컴퓨터에서 동작하며, 쇼어 알고리즘으로 깨지는 RSA 암호나 타원 곡선 암호를 대체하기 위해 쓰인다. 포스트 양자 암호(PQC)라고도 한다.
일본어 명칭: 耐量子計算機暗号
양자 내성 암호(Post-Quantum Cryptography)은(는) 양자 컴퓨터의 하드웨어 등 1개 분야의 연습 문제 2개에 나와요.
분야: 양자 컴퓨터의 하드웨어
현재 널리 쓰이는 RSA 암호나 타원 곡선 암호는 대규모 오류 내성 양자 컴퓨터가 있으면 쇼어 알고리즘으로 깨져 버립니다. 그런 양자 컴퓨터는 아직 없지만, 지금 기록된 암호문이 미래에 해독되는 'Harvest Now, Decrypt Later(지금 수집하고 나중에 해독)'의 위험이 있으며, 암호 교체에도 오랜 세월이 걸립니다. 그래서 양자 컴퓨터가 실현되기 전부터 이행을 시작해야 합니다.
미국의 NIST는 2024년에 격자 기반의 키 캡슐화 방식 ML-KEM(FIPS 203), 격자 기반의 서명 방식 ML-DSA(FIPS 204), 해시 함수 기반의 서명 방식 SLH-DSA(FIPS 205)를 표준으로 공표했습니다. 이들은 키나 서명이 기존보다 크며, 예를 들어 ML-KEM-768의 공개 키는 1,184바이트로, 타원 곡선 키 교환 X25519의 32바이트보다 훨씬 커집니다. ML-DSA-65의 서명도 3,309바이트나 됩니다.
키나 서명이 크고 계산의 성질도 다르므로, 메모리가 적은 임베디드 기기나 IC 카드, 통신 프로토콜의 패킷 크기 등에 대한 영향을 확인하면서 이행합니다. 격자 암호에서는 다항식의 곱셈을 수론 변환(NTT)으로 빠르게 하므로, 전용 회로에 의한 고속화도 연구되고 있습니다. 구현에서는 소비 전력이나 처리 시간으로부터 비밀 정보가 새는 부채널 공격에 대한 대책도 필요합니다. 당분간은 기존 암호와 조합한 하이브리드 방식으로 단계적으로 이행하며, 암호를 나중에 교체하기 쉬운 설계(암호 민첩성, crypto-agility)가 중시되고 있습니다.
정답: A. 기존 컴퓨터에서 동작하며, 양자 컴퓨터로도 효율적으로 풀 수 없다고 여겨지는 수학 문제(격자 문제 등)에 안전성의 근거를 두는 암호
양자 내성 암호는 쇼어 알고리즘으로 풀려 버리는 소인수분해나 이산 로그 문제 대신, 격자 문제나 해시 함수 등에 기반한 암호로, 현재의 컴퓨터나 네트워크 기기에서 그대로 동작합니다. 미국의 NIST는 2024년에 격자 기반의 키 캡슐화 방식 ML-KEM(FIPS 203)과 서명 방식 ML-DSA(FIPS 204) 등을 표준으로 공표했습니다. 키나 서명의 크기가 RSA 암호나 타원 곡선 암호보다 커지는 것이 많으므로, 통신 프로토콜이나 임베디드 기기, 하드웨어 구현에 대한 영향을 고려하면서 이행을 진행합니다. 양자의 성질 자체를 이용해 키를 공유하는 양자 키 분배(QKD)와는 별개의 기술입니다.
정답: C. 지금 도청하여 저장한 암호문이 미래의 양자 컴퓨터로 해독될 우려가 있고(Harvest Now, Decrypt Later), 암호의 이행에는 오랜 세월이 걸리기 때문
공격자는 지금 미리 암호화된 통신을 기록해 두었다가, 미래에 양자 컴퓨터가 실용화되었을 때 키 교환을 풀어 내용을 읽을 수 있습니다. 그래서 오랜 기간 비밀로 해야 하는 정보는 양자 컴퓨터가 실현되기 전부터 양자 내성 암호로 보호해야 합니다. 또한 암호는 OS, 브라우저, 네트워크 기기, IC 카드, 임베디드 기기의 펌웨어나 하드웨어에 내장되어 있어, 모두를 교체하려면 오랜 세월이 걸립니다. 기존 암호와 양자 내성 암호를 조합한 하이브리드 방식으로 단계적으로 이행하는 방법이 쓰이고 있습니다.
양자 내성 암호는 수학 문제의 어려움에 기반한 암호로, 보통의 컴퓨터와 네트워크에서 동작합니다. 양자 키 분배는 광자 등 양자의 성질을 이용해 키를 공유하는 기술로, 전용 광통신 장치가 필요합니다. 둘은 별개의 기술이며, 교체의 중심이 되고 있는 것은 양자 내성 암호입니다.
대칭 키 암호에 대해서는 그로버 알고리즘에 의한 제곱의 고속화밖에 없으므로, 방식을 바꿀 필요는 없고 키를 충분히 길게 하면 대응할 수 있다고 여겨집니다. 예를 들어 AES-256을 쓰면 양자 컴퓨터에 대해서도 충분한 안전성을 유지할 수 있다고 합니다.
양자 내성 암호는 쇼어 알고리즘으로 풀려 버리는 소인수분해나 이산 로그 문제 대신, 격자 문제나 해시 함수 등에 기반한 암호로, 현재의 컴퓨터나 네트워크 기기에서 그대로 동작합니다.
양자 내성 암호(포스트 양자 암호, PQC)의 설명으로 올바른 것은?그래서 오랜 기간 비밀로 해야 하는 정보는 양자 컴퓨터가 실현되기 전부터 양자 내성 암호로 보호해야 합니다.
대규모 양자 컴퓨터가 아직 실현되지 않은 단계에서부터 양자 내성 암호로의 이행을 서두르는 이유로 가장 적절…쇼어 알고리즘(Shor's Algorithm) 해시 함수(Hash Function) 결어긋남(Decoherence) 스핀 큐비트(Spin Qubit) 양자 게이트(Quantum Gate) 양자 얽힘(Quantum Entanglement) 양자 오류 정정(Quantum Error Correction) 양자 중첩(Quantum Superposition) 이온 트랩(Ion Trap) 조셉슨 접합(Josephson Junction)