양자키 분배 (QKD)와 양자 암호 (QC)
Source: Hacker News
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개요
NSA는 국가 안보 시스템에서 데이터 전송을 보호하기 위한 암호 솔루션을 계속 평가하고 있습니다. NSA는 아래에 열거된 제한 사항이 해결되지 않는 한, 국가 안보 시스템(NSS)에서 데이터를 보호하기 위해 양자 키 분배(QKD) 또는 양자 암호(QC)의 사용을 권장하지 않습니다.
Quantum Key Distribution (QKD)와 Quantum Cryptography (QC)란 무엇인가?
Quantum key distribution은 양자역학 시스템의 고유한 특성을 이용하여 특수 목적 기술로 암호 키 재료를 생성하고 배포합니다. Quantum cryptography는 동일한 물리적 원리를 적용하여 전용 링크를 통해 통신합니다. 이론적으로 QKD/QC는 도청자의 존재를 감지할 수 있으며, 이는 기존 암호 방식에서는 제공되지 않는 기능입니다.
Quantum‑resistant (post‑quantum) 알고리즘은 기존 플랫폼에서 실행되며 보안을 위해 수학적 복잡성에 의존합니다. 이러한 알고리즘은 미래의 양자 컴퓨터에 대해서도 기밀성, 무결성 및 인증을 제공합니다. 미국 국립표준기술연구소(NIST)는 quantum‑resistant 알고리즘에 대한 엄격한 선정 과정을 진행하고 있습니다1. NIST가 최종 선택을 발표한 후, NSA는 CNSSP‑15를 통해 업데이트된 지침을 발표할 예정입니다.
Understanding the QKD/QC story
벤더와 언론은 때때로 QKD/QC가 물리 법칙에 기반한 “보장된” 보안을 제공한다고 주장합니다. 실제로 통신 요구와 보안 요구는 종종 충돌하고, 이러한 문제들의 균형을 맞추기 위한 엔지니어링은 거의 오류를 허용하지 않습니다. 따라서 QKD/QC의 보안은 물리학에 의해 본질적으로 보장되기보다는 구현에 크게 의존합니다. 아래 논의는 단순화를 위해 QKD에 초점을 맞추지만, 동일한 요점이 QC에도 적용됩니다.
기술적 제한
양자 키 분배는 부분적인 해결책에 불과함
QKD는 기밀성을 제공하는 암호 알고리즘을 위한 키 물질을 생성합니다. 동일한 물질을 대칭 알고리즘과 함께 사용하여 무결성과 인증을 제공하려면 그 QKD 전송 소스가 신뢰할 수 있어야 합니다. QKD 자체는 전송 소스를 인증하지 않으며, 인증은 여전히 비대칭 암호화나 사전 배치된 키가 필요합니다. 또한, 양자‑내성 암호는 비용이 낮고 위험 프로파일이 더 잘 이해된 상태에서 동등한 수준의 기밀성을 제공할 수 있습니다.
양자 키 분배는 특수 장비를 필요로 함
QKD는 물리적 특성에 의존하기 때문에 전용 광섬유 연결이나 자유 공간 전송기가 필요합니다. 순수 소프트웨어로 구현하거나 네트워크 서비스 형태로 제공하거나 기존 네트워킹 장비에 쉽게 통합할 수 없습니다. 하드웨어 중심의 특성은 업그레이드나 보안 패치에 대한 유연성을 제한합니다.
양자 키 분배는 인프라 비용 및 내부 위협 위험을 증가시킴
QKD 네트워크는 종종 신뢰할 수 있는 릴레이가 필요하며, 이는 보안 시설에 대한 비용을 추가하고 내부 위협 벡터를 늘립니다. 이러한 요인으로 많은 잠재적 사용 사례가 사라집니다.
양자 키 분배의 보안 확보 및 검증은 큰 과제임
QKD 시스템의 보안은 물리학이 약속하는 이론적인 “무조건적 보안”이 아니라, 특정 하드웨어와 엔지니어링 설계에 의해 달성 가능한 제한된 보안입니다. 암호학적 오류 허용 범위는 일반적인 물리적 엔지니어링 허용 오차보다 여러 차수 더 엄격하여 검증이 어렵습니다. 하드웨어 결함으로 인해 상업용 QKD 시스템에 대해 여러 차례 널리 알려진 공격이 발생했습니다2.
양자 키 분배는 서비스 거부 위험을 증가시킴
QKD 보안 주장의 근간이 되는 도청에 대한 민감성은 서비스 거부(DoS) 공격을 중요한 위험 요소로 만들기도 합니다.
결론
NSA는 양자 저항성(포스트‑양자) 암호화를 양자 키 분배보다 비용 효율적이고 유지 관리가 용이한 솔루션으로 보고 있습니다. 이러한 이유로 NSA는 국가 안보 시스템에서 통신을 보호하기 위해 QKD 또는 QC 사용을 지원하지 않으며, 위의 제한 사항이 극복되지 않는 한 NSS 고객을 위한 QKD/QC 제품 인증을 예상하지 않습니다.
- Vakhitov, Makarov, and Hjelme, Large pulse attack as a method of conventional optical eavesdropping in quantum cryptography, Journal of Modern Optics 48, 2001.
- Makarov and Hjelme, Faked states attack on quantum cryptosystems, Journal of Modern Optics, vol. 52, 2005.
- Ferenczi, Grangier, Grosshans, Calibration Attack and Defense in Continuous Variable Quantum Key Distribution, CLEO‑IQEC, 2007.
- Zhao, Fung, Qi, Chen, and Lo, Experimental demonstration of time‑shift attack against practical quantum key distribution systems, Physical Review A vol. 78, 2008.
- Scarani and Kurtsiefer, The black paper of quantum cryptography: Real implementation problems, Theoretical Computer Science 560, 2014.