양자암호 통신 (Quantum Cryptography Comm.)

I. 양자역학 기반 비밀키 분배기술, 양자암호 통신기술

• 양자중첩, 얽힘, 불확정성 원리 기반 안전한 비밀키 분배로 도청이 불가능한 차세대 통신보안 기술

II. 양자의 특징 및 양자암호 통신기술의 특징

가. 양자의 특징

특징	개념도	설명
양자 중첩		– 여러 상태가 양자에 동시 존재 – 측정 전까지 상태 확인 불가
양자 얽힘		– 둘 이상 양자의 비고전적 상관관계 – 두 양자가 멀리 있어도 관계가 존재
불확정성		– 서로 다른 물리량이 동시에 존재 – 특정시점의 물리량 측정이 불가능

• 양자 종류에는 (광자, 전자, 이온, 원자 등) 여러가지가 있으며 양자 암호통신에서는 빛의 최소단위인 광자 이용

나. 양자암호 통신기술의 특징

특징	설명
키 분배 문제 해결	– 기존 암호키 분배의 취약점(MITM) 해결 – 수학적 알고리즘 기반 문제의 대안
안전한 솔루션	– 특별한 알고리즘에 의존하지 않음 – 미래의 어떠한 공격에도 안전한 솔루션
병목현상 해결	– 10Gbps 기반 고속 암/복호화 기술과 결합 – 기존 저속 암/복호화 기술의 문제점 해결

III. 양자암호 통신기술 구조/절차

구 조 도
#	절차	설명
①	단일 광자 발생	– 레이저 다이오드 이용 광자 발생
②	단일 광자 분할	– 간섭계로 광자 분할(입자 파동성)
③	난수정보 송신	– QRNG 난수정보 위상 변조 후 송신
④	난수정보 수신	– QRNG 난수정보 측정축 선택/수신
⑤	광 간섭 유도	– 위상 검출 위한 간섭 유도(파동성)
⑥	단일 광자 검출	– 광자 검출 및 디지털정보 변환
⑦	대칭암호키 생성	– 송수신부 신호처리, 대칭키 생성
⑧	대칭키 공급	– 고속 암복호화기에 주기적 공급
⑨	암/복호화	– 대칭키 기반 트래픽 암/복호화

• QKD를 통해 비밀키 생성, 양자채널로 공유하며 도청 시 신호가 왜곡되어 정보 유출차단 보안성

IV. 양자암호 통신기술요소

기술요소	특징	설명
단일광자 검출	동작속도 결정	– 단일 광자의 미약한 광 신호를 고감도 광학센서 기반 수신
신호 처리	BB84 COW4	– 양자키 분배 방식 결정 – 생성 암호키 오류 수정
간섭계 안정화	수신 광자 오차 제거	– 전송과정에서 수신단에 도착한 광자의 위상오차 제거 기술
QRNG	난수 생성	– 암호키 생성 과정 중 필요한 완전 난수 생성 기술
Encryptor	암/복호화 수행	– QKD에서 전달받은 암호 이용 – 10Gbps 이상 고속 데이터 전송
양자 중계	양자 증폭	– 광신호 장거리 전송 한계 해결 – 양자상태 유지하며 신호 전달

• 비밀키 분배 속도는 COW4가 유리하지만, 시스템 안정성에서 BB84가 매우 유리하므로 BB84 프로토콜이 대부분 시스템에 채용

 

[참고]

• SK텔레콤, “양자키 분배기술 동향과 SK텔레콤 개발 현황”, 2015