장준연 KIST 차세대반도체연구소장
![[시론] 차세대 보안통신 `양자암호` 주도권 잡아야](http://contents.dt.co.kr/images/201710/2017103102102351607001[1].jpg "[시론] 차세대 보안통신 `양자암호` 주도권 잡아야")
영화 '이미테이션 게임'을 보면 제2차 세계대전에서 연합군이 독일의 암호 체계인 에니그마(Enigma)를 해독해 전쟁을 승리로 이끈 실화가 잘 묘사돼 있다. 비단 제2차 세계대전 뿐만 아니라 고대부터 수많은 전쟁에서 암호는 중요한 전략적인 자원이었다. 특히 인터넷의 발전과 거의 모든 정보가 전산화되고 있는 지식정보 사회에서 안전한 통신 수단의 중요성은 두말할 나위가 없을 것이다.
그런데 2013년 6월 10일 전직 미국 국가안보국(National Security Agency) 요원인 에드워드 스노든(Edward Joseph Snowden)이 '프리즘'이라는 비밀정보수집 프로그램의 존재를 폭로하는 사건이 발생했다. 프리즘은 미국 국가안보국에서 전세계 일반인들을 대상으로 통화기록과 인터넷 사용내역 등 개인정보를 무차별적으로 수집하고 사찰하도록 한 프로젝트다. 중국 같은 일부 반미 국가들의 근거 없는 주장이라고 치부했던 일들이 일부 사실로 드러난 것이다. 이 사건은 미국이 적대국과 우방국, 민간인과 주요인물을 가리지 않고 무차별적으로 정보를 수집하고 사찰을 진행했다는 점에서 많은 이들에게 큰 충격을 줬다. 그런데 더 놀라운 사실은 스노든의 폭로가 있은 지 얼마 지나지 않은 시점 있었던 중국 정부의 발표였다. 중국은 이미 최고 지도부에서 해킹을 차단할 수 있는 양자통신을 사용하고 있다는 것이다. 강대국들은 이미 우리가 모르는 사이에도 치열한 정보 전쟁을 치르고 있었던 것이다.
위 사건으로 다시 주목받고 있는 양자암호통신 기술은 1984년, IBM의 찰스 베넷(Charles Bennett)과 몬트리올 대학의 질 브라사르(Gilles Brassard)가 제안했다. 기존 암호통신이 안전성의 기반을 풀기 어려운 수학적 문제에 두고 있었다면 양자암호는 그 기반을 양자역학이란 물리법칙에 두고 있다. 즉 양자암호는 복제가 불가능한 양자 상태의 특성을 이용한다. 쉽게 설명하자면 암호를 이용한 통신에 있어서 핵심인 비밀키 정보에 양자적 특성을 반영하고 그 키를 송·수신자가 안전하게 나눠 갖는 기술이다. 양자역학의 물리법칙이 틀리지 않는 한 그 안전성은 완벽하게 보장된다고 할 수 있다.
한편, 창의 날카로움은 방패의 단단함에 비례해 발전하듯이 최근 양자컴퓨터의 폭발적인 개발속도는 기존 암호통신암호의 안전성을 위협하고 있다. 예를 들어 암호통신을 도청하기 위해서는 복잡한 수학적 계산을 거쳐야 하는데 현존하는 최고의 슈퍼컴퓨터로도 푸는 시간이 무려 1000년이나 걸린다. 반면 양자컴퓨터를 이용하게 되면 이 문제를 수십 분 안에 풀 수 있다. 물론 현재 사용되고 있는 암호통신을 위협할 만한 수준의 양자컴퓨터 는 아직 개발되지 않았다. 비록 현재의 양자암호 언제 개발될지 예측하기조차 어려울 만큼 개발 초기단계일지라도, 구글, IBM 그리고 마이크로소프트 같은 거대 기업들이 투입하는 천문학적인 연구비만 보더라도 개발 시일이 점차 앞당겨지고 있다는 것은 명확해 보인다.
미국, 일본, 중국, 유럽 등 많은 선진국에서는 국가의 정책적 지원을 바탕으로 양자 관련 기술개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 반면 암호기술은 단순히 외국에서 도입할 수 없는 안보와 관련된 국가 전략기술이므로 국내 기술 확보가 반드시 필요함에도 불구하고 국내에서는 최근에서야 이에 대한 중요성이 부각되고 있다.
그러나 우리가 상대적으로 뒤늦게 관련 연구에 대한 관심과 투자를 시작했다고 실망할 필요는 없다. 아직 양자암호통신의 본격적인 상용화를 위해서는 풀어야 할 기술적인 이슈들이 많이 남아 있는 만큼, 선진국들의 기술에 종속되지 않고 독자적인 기술력을 확보할 시간은 충분히 있다. 다행히도 우리 학계와 정부출연연구소에서 약 10년 전부터 꾸준히 관련 연구를 수행해 오고 있었기 때문에 선진국과의 격차를 따라잡을 수 있는 여건은 갖춰져 있다. 국내 대표 정부출연연구기관인 KIST와 ETRI는 광케이블을 설치할 수 없는 환경에서도 동작이 가능한 프리 스페이스(Free space) 양자암호 기반 기술을 개발했고, 특히 SKT와 KT로 대표되는 우리나라 대표 통신사업자들이 양자암호 기술의 가능성을 보고 본격적인 투자를 진행하고 있는 만큼 국내의 성숙된 ICT 기술 인프라 기반 위에서 선도적인 기술 개발을 진행할 수 있을 것으로 기대된다. 우선 선진국과 상대적인 기술 격차가 크게 벌어져 있는 시스템과 자유 공간(Free space) 양자암호 기술 개발에 박차를 가하고 양자 인증·서명과 같이 아직 전 세계적으로도 연구 초기단계인 기술들에 집중한다면 양자암호 기술을 선도할 수 있을 것이다.
2016년 8월 16일 중국은 양자통신 전용 인공위성을 쏘아 올렸다. 이를 이용하여 2017년 9월 네이처지에 1200㎞ 거리에서 1kbps의 속도로 비밀키를 분배한 양자암호 실험 결과를 발표했다. 양자암호 연구에 있어 이정표와 같은 성과로 전 세계 관련 연구자들에게 큰 동기 부여가 되는 연구 결과다. 어떤 연구 분야의 성장은 초기단계에서는 더디게 이루어지다가 어느 시점부터 급속도로 발전하는 경우가 많다. 글로벌 수준의 양자암호 연구는 이제 초기단계에서 급속한 성장단계로 진입하고 있다. 이 시점에서 우리나라도 고유한 기술을 개발하고 이를 기반으로 국내 국가전략기술인 차세대 보안통신 기술을 확보해야 한다. 양자 기술 선진국으로 발돋움 할 수 있도록 관련 연구자들의 분발을 응원한다.
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