(암호학, 통신공학) 양자암호통신

소개글

(암호학, 통신공학) 양자암호통신에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 현대의 암호화 시스템
2. 암호화 시스템의 붕괴
3. 양자 암호화 방식
4. 양자역학과 도청방지 시스템
5. 불확정성 원리에 의한 절대적 안전성
6. 양자역학적 순간이동
7. 양자암호화 기술
8. 양자암호통신

본문내용

하고 싶은 정보 광자 C가 수신자측의 광자 B로 순간이동 된 것으로서, 도청자가 광자 C의 양자정보를 도청한 순간, 불확정성 원리에 따라 양자정보는 파괴되고 송신자와 수신자의 광자 AㆍB에 미치는 영향을 감지할 수 있어 도청자의 존재를 알 수 있다. 도청되고 있다는 사실이 판명되면 송신자와 수신자는 벨 측정 결과를 고전적인 통신수단으로 연락하는 것을 중지하는 것이 가능하다. 고전적인 통신수단을 도청하는 것은 현재의 기술로도 가능하지만, 벨 측정 결과를 도청하더라도 그것은 의미 없는 정보로서 광자 C의 정보를 도청했다고는 볼 수 없다.
양자암호 통신의 최대 장점은 광자 C 양자정보의 순간이동과 벨 측정 결과를 동시에 도청하는 것이 불가능하다는 점이다. 이것은 기술적으로 불가능한 것이 아니라, 양자역학에 기인하여 이론적으로 불가능하다는 것을 의미하고 있다.
예를 들어, 동시에 광자 C의 양자정보와 고전적 통신수단으로 교환해 온 벨 측정의 결과를 입수한 경우, 광자 C의 양자정보를 관측(도청)한 순간 관측자 효과(전자운의 수축)의 발생으로 불확정성 원리에 따라 양자정보는 이미 변화한 정보라는 것이다.
이렇게 변화한 광자 X를 사용하여 벨 측정의 결과를 조회하여 맞추어도 원래의 정보인 광자 C로 복원화하는 것은 불가능하여 아무런 의미가 없는 다른 정보가 되어 버리므로 도청에 성공했다고는 할 수 없다. 그렇다면 광자 C의 양자정보를 복제화(Copy)하여 벨 측정과 비교한 경우 어떻게 될 것인가? 애시 당초 복제화하기 위해서는, 그것이 무엇인지를 관측하지 않으면 안 되고 그 시점에서 불확정성 원리가 적용되어 벨 측정의 보정작업에 이르지 않아 복원화도 불가능하다.
8. 양자암호통신
현재, 암호정보통신 기술에 있어서 안전성이 확보되어 있긴 하지만 장래적으로는 그 안전성은 와해될 것으로 예상되고 있다. 양자암호는 현재의 정보통신 기술의 연장선상에 있는 기술로는 해결불가능하다는 정보통신을 안전성과 신뢰성 모두를 보장하고 현재의 암호체제에서 발생하는 모든 문제를 모두 해결하는 것이 가능하다. 양자암호 시스템의 인프라 시스템 정비 도입은 현 단계에서는 기술적으로나 비용대 효과면으로나 장벽이 상당히 높다. 그러나 고도의 안전성과 신뢰성이 필요로 하는 외교나 군사적인 면에서는 상당한 매력이 있으므로 그 어느 분야보다도 선행하여 도입될 것으로 생각된다.
초기에 도입되는 양자암호 프로토콜(규약)은 공통키 암호방식(비밀키 암호방식)의 암호키를 양자암호로 부호화하는 것으로서, 소인수분해로 발생되는 문제를 동시에 해결할 수 있는 하이브리드(hybrid, 혼성) 방식을 취할 수 있다. 하이브리드 방식은 2004년 ~ 2010년경까지 도입하고 그 후는 고도로 진화한 양자암호 프로토콜을 도입할 예정이다. 2010년 ~ 2030년까지 고성능 양자암호 보안 시스템을 확립하여 장거리 거점간(100km 이상) 문자ㆍ음성ㆍ화상ㆍ동영상 정보를 도청당하지 않고 통신하는 것이 가능하게 될 것이다. 앞으로는 한정적이긴 하지만 양자통신 네트워크 시스템의 정비도 예정되어 있다.
시스템을 구축하기 위해서는 얽힌 양자를 전송ㆍ제어하는 기술(생성과 보존)의 확립과 초저(超底) 감쇠(減衰) 광섬유 전송 시스템(초저 잡음ㆍ광증폭, 光增幅)의 개발과 정비, 한 개의 광자를 확실하게 검출 가능한 고효율 광자 검출기와 양자의 얽힘 상태를 보강하는 양자 중계 기술의 개발이 필수적이다.
현재는 광섬유를 이용한 장ㆍ단거리간의 섬유계 양자통신 기술이 연구ㆍ개발되고 있으며 앞으로 더욱 더 연구가 진척되면 지상과 위성간, 위성과 위성간을 양자(量子) 전송하는 자유공간계 양자통신 기술도 개발될 것이다. 공간계로는 주로 레이저에 의한 양자전송이 이용되겠지만, 대기 중의 상태에 따라 주파수 변조가 높고, 외부의 영향을 받기 어려운 파장 0.7㎛ 대가 사용될 것으로 추정된다.
그러나 광자가 받는 잡음이나 주파수 변조가 높으면 정보가 파괴되기 때문에 공간계에서의 양자통신 기술은 2020년 이후나 2030년 후에 개발될 것으로 내다보고 있다.
이러한 양자암호방식은 절대적 안전성을 요구하는 각 국의 국가기관, 정보기관, 군사부문에서 도입을 도모하고 있으며 오늘 날, 통신전송 거리 약 80km 라는 성공적인 연구가 추진되고 있는 양자암호키 배포방식 QKD(Quantum Key Distribution) 이 채용될 것이다. 그렇게 된다면 가까운 장래, 절대적 안전성을 보유한 통신전송 기술이 확립되어 인류 역사상 가장 완벽한 기술을 손에 넣게 되는 지도 모른다.

키워드

양자암호통신,   암호,   암호화,   양자역학,   도청,   해킹,   불확정성원리,   암호기술