양자 컴퓨팅이 암호학에 미치는 영향을 살펴봅니다. 양자 컴퓨팅은 대량의 데이터와 복잡한 계산을 필요로 하는 산업에 현식전인 효과를 가져올 것입니다.
암호화 취약성
고대 그리스의 군인들은 비밀 파견을 보내기 위해 양피지 한 장을 참모들에게 둘러쌌기 때문에, 훔쳐보기에도 지장이 없는 다양한 방법으로 정보를 보호해 왔습니다. 지금까지 뚫을 수 없었던 이 암호들은 금융 거래를 암호화 하는 것부터 온라인 통신을 안전하게 하기 위해 암호화하는 것까지 오랜 시간이 걸리는 디지털 슈퍼컴퓨터나 정교한 암호 분석 기술에 의존합니다. 하지만 이 계산적으로 강력한 기계들은 실행 가능한 양자 컴퓨터가 등장한다면, 오늘날의 많은 암호화 알고리즘을 생성하는 데 드는 시간보다 훨씬 짧은 시간에 해독할 수 있을 것입니다.
양자 컴퓨팅은 원자 크기의 물체가 동시에 여러 상태에 있을 수 있는 양자 중첩과 연못 위의 파동이 서로 간섭하는 것과 같은 양자 간섭 같은 물리학의 특성을 이용합니다. 이러한 양자적 특성은 소수를 결정하는 것을 포함한 고전 컴퓨터보다 훨씬 더 빠르게 계산을 수행할 수 있게 해줍니다. 대부분의 현재 암호화 알고리즘은 디지털 컴퓨터가 깨기 어려운 큰 수의 인수분해를 기반을 합니다. 그러나 피터 쇼르라는 수학자는 양자 컴퓨터가 큰 수를 쉽게 인수분해할 수 있는 알고리즘을 개발했는데, 이는 오늘날의 많은 암호화 알고리즘이 깨질 수 있다는 것을 의미합니다.
암호화 혁신
만약 양자 컴퓨터가 충분히 강력해지면, 그것들은 많은 일반적인 암호화 방법들을 깰 수 있습니다. 이것은 영업 비밀부터 국가 보완 파일, 군사 계획에 이르기까지 개인 정보와 기업 정보를 심각하게 위협합니다.
양자 컴퓨터는 고전 컴퓨터가 다룰 수 없는 문제를 시뮬레이션하고 해결하기 위해 양자역학 사용합니다. 이 슈퍼 컴퓨터는 몇 년 만에 할 수 있는 일인 몇 초 안에 수행할 수 있습니다.
세계가 양자시대를 준비하면서 기업과 정부는 데이터를 확보할 새로운 암호기술을 개발하기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 양자물리학 원리를 이용해 당사자 간 대칭키를 설정하고 교환하는 양자암호가 한 예입니다. 또 다른 하나는 양자 컴퓨터가 풀 수 없는 수학적 문제를 이용해 안전한 통신을 보장하는 포스트 양자암호 입니다.
양자 컴퓨팅은 엄청난 이점을 약속하지만, 이러한 이점이 실현되려면 시간이 걸릴 것입니다. 큐비트는 매우 취약하기 때문에 양자 상태를 유지하기 위해 과냉각 냉장고와 진공 챔버가 필요합니다. 아주 작은 교란에도 불구하고 큐비트가 변색되고 중첩 상태에서 사라질 수 있습니다.
양자 키 분포
양자 키 분배(QKD)는 암호학과 짝을 이루면 도청자가 데이터를 가로챌 가능성 없이 두 당사자간의 통신을 가능하게 합니다. 이 기술은 물리 원리와 특수 목적 하드웨어를 사용하여 메시지 데이터가 아닌 키만 생성하고 분배합니다. 그런 다음 암호화 알고리즘은 키를 사용하여 데이터를 암호화합니다. 그러나 QKD 시스템은 여전히 많은 조직에서 상대적으로 비현실적입니다. 우선, 큐비트를 진동과 온도 변화로부터 격리 유지하기 위해 고도로 제어된 환경이 필요합니다. 이러한 요인은 큐비트의 상태에 노이즈와 디코히어런스를 도입하여 계산을 방해합니다.
또한 필요한 기술을 구현하는 데도 시간이 걸립니다. 하지만 기업들은 양자 컴퓨팅의 위협이 다가오고 있음을 감안하여 이문제를 조만간 고려할 필요가 있습니다. 우선 비즈니스 크리티컬 자산을 재고하고 영향 분석을 통해 높은 가치의 자산을 식별하고 우선순위를 지정하여 양자 안전 알고리즘으로 전환하는 것부터 시작해야 합니다. 적절한 계획과 실행을 통해 비즈니스 중단을 최소화하면서 양자 안전 암호화로 원활라게 전환할 수 있습니다. 대규모 양자 컴퓨팅 시대에 가까워질수록 모든 기업은 그 역량이 암호화된 정보의 보안을 어떻게 손상시킬수 있는지 알아야 합니다.
포스트 양자 암호학
양자 컴퓨팅은 전기 자동차, 그린 배터리, 화학 연구와 같은 분야에서 엄청난 가능성을 가지고 있지만, 우리의 가장 일반적인 암호화 방법 중 많은 것들도 위협하고 있습니다. 양자 컴퓨터는 현재의 공개 키 암호 시스템을 10초 이내에 파괴하여 민감한 데이터를 나쁜 행위자에게 노출시키고 네트워크를 취약하게 만들 수 있다고 추정됩니다.
오늘날 공개키 암호법은 고전 컴퓨터가 어렵거나 불가능한 수학 문제에 의존하고 있습니다. 하지만 대형 양자 컴퓨터가 보급되면 현재 사용 가능한 모든 암호화된 정보를 체계적으로 해독할 수 있을 것입니다.
다행히도, 연구원들은 양자 공격에 저항하기 위한 포스트 양자 암호법(PQC)을 개발하고 있습니다. 이 비교적 새로운 분야는 양자 컴퓨터가 효율적으로 풀 수 없는 수학적 문제를 확인하고 그 주변의 암호 시스템을 설계하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 아직 이르지만, 국립표준기술연구원(NIST)은 이미 PQC 알고리즘에 대한 표준을 만들기 위해 노력하고 있습니다.
보안 위험
양자 컴퓨팅의 보편성은 심각한 사이버 보안 위험을 제시합니다. 양자 컴퓨터의 처리 능력은 데이터 거래, 디지털 인증서, 문서의 무결성 및 진위를 보호하는 알고리즘을 포함하여 기존의 많은 암호 알고리즘을 깨뜨릴 수 있습니다. 이는 조직의 가장 민감한 정보의 개인 정보 보호, 보안 및 비즈니스 연속성을 손상시킬 수 있습니다.
가장 큰 위험은 양자 컴퓨터가 초기 키 교환이 일어난 후에도 표준 암호화 방식으로 보호되는 정보를 해독할 수 있을지 모른다는 것입니다. 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터에 대해 불가능하거나 비현실적인 연산, 이를테면 큰 수를 인수분해하거나 복잡한 시스템을 시뮬레이션할 수 있기 때문입니다. 다행스럽게도 양자 컴퓨터 공격의 위험을 줄일 수 있는 방법이 있습니다. 예를 들어, 양자 키 분배를 통해 무작위 시퀸스를 암호화하는 일련의 광자를 전송하여 당사자 간에 비밀 키를 안전하게 공유할 수 있습니다. 그런 다음 이 광자를 각 끝에서 측정하여 비밀 키가 손상되었는지 확인합니다. 그러나 이 방법은 당사자가 가까이 있어야 하며 모든 당사자가 이 방법에 참여할 것이라는 보장은 불가능합니다.
프로토콜 오버홀
현재 대부분의 전자상거래와 IT 보안은 양자물리학의 원리에 의존하는 암호화 알고리즘을 사용하여 확보하고 있습니다. 이들은 큐비트로 표현되는 1과0의 중첩을 기반으로 하는 경우가 많습니다.
잘못된 큐비트는 시스템을 손상시키는 오류를 일으킬 수 있으므로, 이 컴퓨터들은 양자 상태를 잃지 않기 위해 극도로 차가운 상태로 유지되어야 합니다. 그 예방책에도 불구하고, 그것들은 결함이 없습니다.
양자 컴퓨터로 할 수 있는 많은 계산은 고전적인 계산보다 훨씬 빠릅니다. 이것은 그들을 화학과 생물학에서 개별 분자의 시뮬레이션과 같은 과학 작업에 적합하게 만듭니다. 그것들은 또한 수치 최적화와 같은 작업에 이상적입니다.
양자 컴퓨터의 가장 중요한 영향은 비대칭 키 암호 시스템을 해독하는 능력일 것입니다. 하지만 연구원들은 양자 공격에 대한 저항력을 제공할 수 있는 새로운 암호 방법을 연구하고 있습니다.
산업 적응
양자 컴퓨팅이 오늘날의 슈퍼컴퓨터를 능가할 것을 약속하지만, 고전 컴퓨터보다 유용한 작업을 더 잘 수행할 수 있을 정도로 큰(큐비트 용량 측면에서) 하나를 구축하는 데는 시간이 걸릴 것입니다. 한편, 연구자들은 더 큰 양자 시스템을 사용할 수 있을 때까지 양자 공격에 저항할 수 있는 암호 체계를 개발하는 데 집중하고 있습니다.
이 알고리즘들은 양자역학의 반직관적인 특성을 바탕으로 개별 큐비트가 동시에 1과 0의 다양한 조합을 나타낼 수 있다는 사실을 이용한 것입니다. 따라서 이들은 기존은 컴퓨터나 슈퍼컴퓨터보다 더 효율적으로 방대한 양의 데이터를 처리할 수 있습니다. 본격적인 상용 기계가 보급되면 양자 컴퓨팅의 영향은 세계 경제를 변화시킬 것입니다. 이들의 장점은 산업 전반에 걸쳐 적용되어 동료 기술을 향상시키고 이전과는 다른 복잡한 문제를 해결할수 있게 해줍니다. 하지만 동일한 양자 컴퓨터 파워를 활용하여 사이버 보안을 약화시킬 수 있으므로 금융 회사들은 양자 이후 암호화로 전환하는 것을 필수로 생각합니다. 금융 회사들은 양자 안전 암호법에 의해 보호되어야 할 자산, 응용 프로그램 및 정보를 평가함으로써 양자 컴퓨터의 도래를 준비할 수 있습니다. 또한 그들은 PQC로 이동하는 계획을 수립하고 필요하다면 공급업체와의 관계에서 전환을 가속화할 수 있는 충분한 민첩성을 확보할 수 있습니다.
결론
양자 컴퓨팅의 가능성은 엄청난 흥분을 불러 일으켰고, 많은 조직들이 그 기술에 투자하여 만들었습니다. 그 엄청난 힘은 우리가 암호화 알고리즘을 깨뜨리고, 복잡한 시스템을 시뮬레이션하고, 복잡한 알고리즘을 전례 없는 효율성으로 최적화하는 것과 같은 일들을 수행할 수 있게 해줄 것 입니다.
하지만, 이 새로운 형태의 컴퓨팅과 관련된 중대한 위험이 있습니다. 예를 들어, 양자 컴퓨터는 소인수분해와 같은 어려운 수학 문제를 고전 컴퓨터보다 훨씬 빨리 풀 수 있습니다. 그 결과, 오늘날 인터넷에서 민감한 데이터를 보호하는 공개 키 암호법을 깰 수 있을 것입니다. 또한 데이터를 해독할 때 동일한 키가 필요하고 기밀성을 보장하는 대칭 암호법도 약화될 것입니다. 양자 컴퓨터는 아직 초기 단계이지만 이미 현재 암호화 프로토콜에 큰 위협이 되고 있습니다. 기업은 이러한 전환에 대비하기 위해 즉각적인 조치를 취해야 합니다. 여기에는 현재 암호화를 재고하고 양자 이후 암호화로 업그레이드하기 위한 계획을 수립하는 것이 포함됩니다. 또한 필요할 때 새로운 알고리즘에 원활하게 적응할 수 있도록 암호화 민첩성을 구축해야 합니다.