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[비바100] 현존 최고 자물쇠 채워라!… 국내 이통사 '양자암호통신' 개발 경쟁

[테크리포트] 양자 특성 활용해 강력한 보안 능력 자랑하는 '양자암호통신'

입력 2022-09-19 07:00 | 신문게재 2022-09-19 12면

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최첨단 기술과 제품이 속속 개발되면서 보안의 중요성도 날이 갈수록 커지고 있다. 신기술 개발도 중요하지만 보유한 기술의 유출을 방지하는 것 역시 회사 경쟁력에 영향을 미친다.


이러한 흐름 속에서 주목받는 것이 바로 ‘양자암호통신’이다. 양자암호통신은 양자의 특성을 이용해 데이터를 보호하는 통신 시스템 전반을 말한다.

현재의 암호 시스템은 슈퍼컴퓨터로도 풀기 어려운 수학적 난제를 이용한다. 하지만, 글로벌 유수의 기업이 개발 중인 양자컴퓨터가 도입되면 기존 암호 시스템은 사실상 무용지물이 될 것으로 전문가들은 예측하고 있다. 이론상 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터보다 연산 속도가 1000만배 이상 빠르기 때문이다.

반면, 양자암호통신은 양자컴퓨터를 활용한 공격에도 안전하다. 양자는 더 이상 쪼갤 수 없는 물리량의 최소 단위로, 비눗방울처럼 미세한 자극에도 상태가 변하는 특징을 갖고 있다. 양자암호통신은 양자의 민감한 특성을 활용해 이론적으로 증명된 완벽한 보안을 제공한다.

 

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(이미지제공=SK텔레콤)

 

양자암호통신 기술에는 △양자 키 분배(QKD) △양자 난수 생성(QRNG) △양자내성암호(PQC) △양자센싱 등이 있다.

QKD는 제3자가 해킹할 수 없는 암호키를 만들어 송신자와 수신자에게 나눠주는 기술이다. 누군가 중간에 탈취를 시도할 경우 흔적이 남고 모양이 변형돼 복제 자체가 불가능하다. QRNG는 패턴이 없는 ‘순수 난수’를 만드는 기술로, 통신망은 물론 공인인증서, OTP를 비롯해 각종 사물인터넷(IoT) 제품에 다양하게 적용이 가능하다.

PQC는 기존보다 복잡한 수학 알고리즘으로 바꿔서 양자컴퓨터로도 풀어내는데 오랜 시간이 걸리도록 하는 암호화 방식이다. PQC는 별도의 장비 없이도 소프트웨어만으로 구현이 가능하며 확장성도 뛰어나다는 장점이 있다. 양자센싱은 빛의 최소 단위인 단일광자를 검출할 수 있는 양자기술을 센싱 분야에 적용한 것으로 유해가스, 장애물 등을 파악하는데 활용한다.

양자암호통신은 현재 기술로 극복하기 어려운 다양한 문제의 해결책을 제시하기 때문에 각국의 전략 물자·기술로 분류된다. 특히, 국가 전략 기술인 만큼 순수 국내 기술·생산 기반 양자암호통신 기술 개발은 필수적이다.

이러한 양자암호통신의 중요성을 인지한 국내 이동통신 3사는 토종 기술 개발에 전력을 다하고 있다.

 

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지난 4월 출시한 양자보안 5G 스마트폰 ‘갤럭시 퀀텀3’. (사진제공=SK텔레콤)

 

SK텔레콤은 지난 2011년 양자기술연구소를 설립한 이래 양자 관련 연구를 진행했으며, 2018년 IDQ 인수 이후에는 양자 관련 원천기술을 폭넓게 확보하며 국내에서 다양한 실증 사례와 사업 실적을 남겼다.

SKT는 QKD, QRNG를 중심으로 고도화된 양자암호통신 핵심 기술을 보유하고 있다. QRNG 칩셋을 넣은 스마트폰 ‘갤럭시 퀀텀’을 2020년부터 출시해 왔으며 자사 LTE·5G 백본망에 양자암호를 적용하는 등 올해 6월 말까지 총 2000여㎞에 걸쳐 QKD 통신망을 구축했다.

지난해 12월 자사가 개발한 양자암호통신 네트워크 통합관리 규격을 ETSI(유럽전기통신표준화기구)에서 국제표준으로 인정받았으며, 세계 최초로 국가시험망 ‘코렌(KOREN)’망에서 서로 다른 통신장비사끼리 Q-SDN(양자암호통신망 소프트웨어 정의 네트워킹) 연동 실증을 성공적으로 완료했다.

최근에는 국제망 서비스에서 PQC를 적용한 ‘글로벌 PQC 기반 가상사설망’ 서비스 개발에 성공, SK브로드밴드와 함께 상용화했다.

지난해 12월에는 10Gbps·100Gbps급 암호모듈에 대한 KCMVP(국정원암호검증모듈) 인증을 국내 최초로 획득한데 이어 ‘양자통신 암호화장비 하이브리드 키조합’ 기술 개발도 완료했다.

박종관 SKT 인프라기술 담당은 “QKD와 QRNG에 이어 PQC 상용화를 통해 SKT가 양자보안기술 전반을 주도하는 기술력을 보유하게 됐다”며 “앞으로도 양자암호기술을 선도하고 양자산업 활성화에 기여하겠다”고 말했다.

 

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KT 연구원들이 하이브리드 양자암호 네트워크에서 서비스품질을 평가하고 있다. (사진제공=KT)

 

KT는 2017년 한국과학기술연구원(KIST)와의 공동 연구를 시작으로 양자암호통신 기술에 본격 돌입했다. 2018년 세계 최초 1:N 양자암호통신 상용 시험망을 구축한 KT는 2019년 QKD 시스템 자체 개발에 성공했으며 2020년 5G 상용망 양자암호 실증에 성공했다.

지난해에는 기존 장비 기준 4000배 빠른 20kbps의 고속 양자암호통신을 독자 기술로 개발했다. 올해 초 서울-부산(490㎞) 구간에서 양자암호통신을 실증했으며 5월에는 국내 통신사 최초로 국내 최장거리인 1㎞ 구간에서 무선 양자암호 전송에 성공했다.

7월에는 QKD 방식으로 암호화를 구현한 양자암호 전용회선 서비스를 출시했으며 8월에는 5G나 LTE 등 무선 환경에서도 더 높은 보안성 확보를 위해 양자암호에 기반을 둔 가상사설망(VPN) 기술을 안랩과 함께 상용화했다.

KT 관계자는 “양자암호통신은 일반적으로 ‘광 인프라 기반’으로 구성돼 관련 기술 및 시설을 보유한 기업에 적합하다. 또한, 양자컴퓨터에 의한 보안 이슈에 대응이 가능하므로 이통사의 다양한 고객층의 보안 요구에 적합한 인프라를 제공할 수 있다”며 “KT는 최상의 보안 서비스 제공을 위한 양자암호통신 산업 육성에 박차를 가할 것”이라고 전했다.

 

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LG유플러스 직원들이 양자내성암호 기술이 적용된 광전송장비를 점검하고 있다. (사진제공=LG유플러스)

 

LG유플러스는 PQC를 중심으로 양자암호통신 기술 개발에 집중하고 있다. 2019년 서울대학교 산업수학센터, 암호기술기업 크립토랩과 PQC 기술 개발 업무협약을 체결한 LG유플러스는 이듬해 크립토랩, 코위버와 함께 광전송장비(ROADM)에 장착되는 PQC 암호화모듈을 세계 최초로 개발했다.

2021년 PQC 기술을 USB에 담은 ‘Q-PUF USB’ 보안토큰을 개발했으며, 올해 초 PQC 서비스의 공공·민간분야 검증을 마쳤다. 지난 4월에는 PQC 전용회선 서비스 ‘U+양자내성암호 전용회선’을 세계 최초로 출시했다.

U+양자내성암호 전용회선은 PQC 기술이 적용된 광전송장비(ROADM)를 통해 해킹이 불가능한 보안 환경을 제공한다. 쉬운 문제를 수학적으로 어렵게 만드는 ‘격자 기반 암호’를 채택해 △낮은 CPU 성능 △작은 메모리 용량 △낮은 전력 및 대역폭 등 제한적인 IoT 환경에서도 안정적으로 운용이 가능하다.

구성철 LG유플러스 유선사업담당은 “PQC 기술의 선두주자로서 LG유플러스는 양자암호 서비스 상용화를 통해 양자정보통신 산업을 국가의 핵심 산업으로 육성하는데 필요한 기술환경 및 산업 생태계를 조성할 것”이라며 “U+양자내성암호 서비스의 뛰어난 보안성을 통해 다가올 양자 컴퓨팅 시대에도 고객 경험을 혁신해 나갈 것”이라고 말했다.

박준영 기자 pjy60@viva100.com

 

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