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ⓒ pixabay

 

지난해 구글의 한 논문이 전 세계에 충격을 불러일으켰습니다. ‘ *슈퍼컴퓨터로 1만 년 걸리는 문제를 양자컴퓨터로 200초면 풀 수 있다.’라는 주장을 담은 논문 때문이었는데요. 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산하는 양자컴퓨터는 한 개의 처리 장치에서 여러 계산을 동시에 처리할 수 있어서 이와 같은 일이 가능한 것입니다. 하지만 이렇게 되면 양자컴퓨터가 기존의 암호화 체계를 무력화할 수 있을 것이라고 논란이 되고 있어요. 현재의 암호화 체계를 해석하자면 수개월에서 수억 년까지 걸리는데요. 양자컴퓨터를 이용하면 앞서 이야기했듯이 순식간에 계산되므로, 보안이 쉽게 뚫릴 수 있기 때문입니다. 따라서 컴퓨터와 인터넷을 쓰고 있는 모든 사람들이 양자컴퓨터를 활용한 해킹에 노출될 수 있는 것이죠. 그렇다면 이 양자컴퓨터를 어떻게 막을 수 있을까요? 그리하여 등장한 것이 바로 양자 암호키 분배(QKD, quantum key distribution) 기술입니다.

 

*슈퍼컴퓨터란? 일반 컴퓨터에 비해 최상급 처리 능력(특히 연산 속도)을 보이는 컴퓨터입니다.

 

 

양자 암호키 분배 기술이란?

양자 암호키 분배 기술은 양자(더 이상 쪼갤 수 없는 물리량의 최소 단위)의 특성을 이용하여 도청 불가능한 암호키를 생성하고, 이를 송신자와 수신자에게 나눠주는 통신기술이에요. 이렇게 하면 암호키를 가진 송신자와 수신자만 암호화된 정보를 해독할 수 있게 됩니다.

 

그럼 기존의 암호키 분배 방식과 어떤 차이가 있을까요? 우선 두 기술 모두 송신자가 정보를 암호키와 섞어 다른 사람이 알 수 없는 형태의 암호문을 만들어 전송하면, 수신자가 암호키를 이용해서 암호문을 복원하는 과정으로 이루어져요.

 

기존 암호키 분배 방식에서는 송신자가 암호키를 금고(공개키)에 넣고 비밀번호로 잠가 수신자에게 보냅니다. 그러면 수신자가 기존에 알던 비밀번호로 금고를 열어 암호키를 얻고, 그 암호키로 송신자가 보낸 암호문을 해독해요.

그러나 다른 사람이 중간에서 금고를 가져간다면, 양자 컴퓨터의 빠른 연산 능력을 이용해 수신자만 알고 있는 비밀번호를 알아낼 수 있어요. 결국, 그 안의 암호키로 송신자가 보낸 암호문을 해독할 수 있게 되죠.

 

양자 암호키 분배 기술은 기존 방식과 달리 송신자와 수신자가 양자를 주고받으며 같은 암호키를 동시에 만들어내요. 이때 임의의 양자 상태는 완벽하게 복제할 수 없다는 ‘복제 불가원리’에 의해 안전성이 보장돼요.

만약 다른 사람이 중간에서 양자 상태에 대한 정보를 가져가면 양자 상태에 변화를 주게 되고, 이로 인해 송신자와 수신자는 누군가가 개입했다는 사실을 바로 알게 됩니다. 이 경우 새로운 암호키가 1분 이내에 다시 생성되어 다른 사람이 암호문을 해독할 수 없게 한답니다.

 

 

양자 암호키 분배 기술을 통한 전력통신망 강화

 

양자암호 통신기술 테스트베드 구축 개념도 ⓒ 전력연구원 홈페이지

 

송전탑에는 전기를 보내는 전선뿐만 아니라 각 변전소끼리 전력설비의 운용에 필요한 정보를 주고받는 광통신케이블도 설치되어 있어요. 이 선로들은 전력설비 상태 감시와 제어뿐만 아니라 각종 사무자동화 정보도 취급하므로 보안이 매우 중요합니다. 전기를 생산·운반·소비하는 과정에 정보통신기술과 융합하는 스마트그리드 또한 정보보안을 중요하게 다루고 있습니다.

 

보안 문제가 중요해짐에 따라, 전력연구원은 전력 통신망에 양자 암호키 분배 기술을 적용하기 위한 연구를 시작한다고 합니다. 이를 통해 전력 설비의 외부 해킹과 사이버 공격을 막고 안정적인 전력 공급을 할 수 있을 것입니다.

다만 양자 암호키 분배 기술은 보안성은 뛰어난 반면, 통신 거리에 제한이 있어요. 따라서 전력연구원은 송신부와 수신부 사이 거리가 최대 100km 이상 떨어진 송전선로의 특성을 고려해 양자 암호키 분배 기술을 개발할 계획입니다. 이에 따라 대전광역시 유성변전소에 있는 50km 길이의 송전선로를 대상으로 양 끝단에 양자 암호키 분배장치를 설치하고, 장거리 통신에 적합한 양자 암호키 분배 기술을 연구하기로 했습니다. 후에 이 결과를 바탕으로 전력 ICT 나주센터와 2022년 완공 예정인 전력 ICT 대전센터 간 양자 암호화 장거리 통신을 시험할 예정입니다.

 

양자컴퓨터 출현과 사이버 공격의 지능화에 대비하여 세계 각국은 국방 및 금융 분야에 양자암호 통신기술 개발적용을 위해 많은 투자를 하고 있습니다. 한국전력 또한 앞으로 전력망의 보안성 강화를 위해 차세대 보안 기술인 양자 암호화 통신기술 개발에 최선을 다할 것을 기대합니다.

 

 

 

 

 


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