뚫리지않는 방패 ‘양자내성암호’ 공략법 찾았다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리나라를 포함한 국제 공동연구진이 양자컴퓨팅 환경에서 안전한 내성이 있어 암호기술로 이용이 가능하다고 믿어왔던 양자내성암호 대표문제 공략 가능성을 다시 한번 입증해 냈다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 한국과학기술연구원(KIST)·서울대·한양대·KIAS·영국 임페리얼 대학과 격자 기반 양자내성암호의 기반 문제인 ‘이진 선형잡음문제’ 공략 가능성을 증명, 물리학분야 국제학술지 물리학 전문 학술지인 ‘뉴 저널 오브 피직스’에 게재했다고 16일 밝혔다.

연구진은 올해 초 선형잡음문제 분할정복 알고리즘을 개발한 데 이어, 이번에는 알고리즘 계산에 필요한 양자샘플의 구성부터 주된 알고리즘 계산에 이르기까지의 모든 과정을 결함허용 양자컴퓨팅 관점에서 최적화했다. 이로써 양자컴퓨터 관련 수학, 암호학 등 학문 및 산업 분야에 큰 시사점을 제공할 수 있게 되었다. 특히, 양자컴퓨팅 및 차세대 암호연구에 보다 명확한 연구 비전을 제시해 줄 것으로 기대된다.

연구진은 양자샘플의 생성 및 활용을 단순히 가정하는 기존 연구들과는 달리, 양자샘플을 구성하고 메인 계산에 활용하는 전 과정을 최적화했다는 점에서 큰 의미가 있다고 설명했다. 양자샘플을 구성하기 위한 양자회로를 알고리즘에 종합적으로 분석하고 최적화한 연구는 이번이 처음이다.

양자샘플은 고전 컴퓨터에서의 데이터와 같은 것으로, 양자컴퓨터의 활용을 위해서는 그 구성과 활용이 필수이다. 연구진은 이진 선형잡음문제 공략 알고리즘을 위한 양자샘플 구성에 있어서 각각 다른 인코딩 방법을 사용해 이를 최적화했다.

양자샘플 구성에는 ‘원-핫(One-Hot) 인코딩’ 방법을 활용했다. 원-핫 인코딩은 다수의‘0’과 한 개의‘1’값으로 데이터를 구분하는 방식이다. 머신러닝 등에서 널리 활용되고 있다.

이와 달리, 주된 알고리즘 계산에는 ‘이진(Binary) 인코딩’을 사용했다. 이진 인코딩은 잘 알려진 ‘0’과‘1’ 방식의 이진법을 활용한 정표현 방법이다.

연구진은 개별 인코딩 적용 방식을 통해 결함허용 양자컴퓨팅의 구동 자원을 최적화해, 이진 선형잡음문제의 다항시간 내 공략 가능성을 증명했다.

방정호 ETRI 양자컴퓨팅연구실장은 “분명히, 선형잡음문제의 양자 공략가능성에 대해 한 걸음 더 전진한 연구결과이지만 여전히 결함허용 논리 큐비트를 구현하고 양자 레지스터 규모를 확장하는 일은 양자컴퓨팅 분야의 커다란 숙제”라고 말했다.

박성수 ETRI 양자기술연구단장은 “양자내성암호의 안전성 혹은 양자컴퓨팅의 계산능력에 대한 과도한 신뢰는 학술적으로 옳지 않다”며 “양자컴퓨팅, 암호학의 발전을 위해서는 수학, 물리학, 암호학 등 연구자들의 끊임없는 논의와 상호협력이 필요하다”고 설명했다.

연구진은 향후 동일한 개별 인코딩 적용 방식을 기반으로, 양자 데이터 검색 알고리즘의 계산자원량을 결함허용 관점에서 정밀 분석하는 연구를 수행할 예정이다. 특히 기존 계산과학적으로 증명된 양자이득이 결함허용 관점의 실제 양자속도향상으로 이어질 수 있을지 면밀히 검토할 예정이다.