양자암호통신 (Quantum Cryptography Comm.)

양자의 중첩, 얽힘 특성, 불확정성을 이용한 양자암호통신의 개요

정의

- 양자의 특성인 양자 중첩, 얽힘, 불확정성 등 양자역학원리를 이용하여, 암호화키를 송/수신부에 분배하고, 이를 통해 암호화 통신을 진행하는 암호통신기술

 

양자의 3가지 특성

  양자중첩

  Quantum Superposition

 여러 상태가 확률적으로 하나의 양자에 동시에 존재하고 측정하기 전까지

 정확한 양자 상태를 알 수 없는 특성

  양자얽힘

  Quantum Entanglemen

 둘 이상의 양자가 가지는 비고전적 상관관계로

 두 양자가 서로 멀리 떨어져 있어도 존재하는 특성

  불확정성

  Uncertainty Principle

 서로 다른 물리량을 동시에 정확하게 측정이 불가한 것으로,

 양자 암호 통신에서 복제가 불가능하다는 것을 증명해 주는 특성으로 중요함

 

키워드

- 양자암호통신(Quantum Cryptography Communication)양자키분배 (QKD, Quantum Key Distribution)

Quantum Channel, COW04, BB84

 

메커니즘

기술요소

 

 

단일광자 검출	동작속도 결정	– 단일 광자의 미약한 광 신호를 고감도 광학센서 기반 수신
신호 처리	BB84 COW4	– 양자키 분배 방식 결정 – 생성 암호키 오류 수정
간섭계 안정화	수신 광자 오차 제거	– 전송과정에서 수신단에 도착한 광자의 위상오차 제거 기술
QRNG	난수 생성	– 암호키 생성 과정 중 필요한 완전 난수 생성 기술
Encryptor	암/복호화 수행	– QKD에서 전달받은 암호 이용 – 10Gbps 이상 고속 데이터 전송
양자 중계	양자 증폭	– 광신호 장거리 전송 한계 해결 – 양자상태 유지하며 신호 전달

• 비밀키 분배 속도는 COW4가 유리하지만, 시스템 안정성에서 BB84가 매우 유리하므로 BB84 프로토콜이 대부분 시스템에 채용

참고

광자분리 공격	양자 난수표 정보를 재전송하는 프로토콜을 역으로 활용하여 정보를 일부 분리해 내는  공격
맨-인더-미들-어택	정보를 중계해주는 가짜 중게소 행세를 하며 송신자와 수신자를 교란하는 공격
서비스 거부 공격	과부하를 주어 서비스를 거부하게 하는 공격

 

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양자 - 양자 컴퓨터 - 니스크, Noisy Intermediate-Scale Quantum, NISQ

(개념) 2023년 시점 기준으로 현시대의 양자 컴퓨터(quantum computer) 기술의 상황을 상징적으로 표현한 말

- 컴퓨터의 능력(capabilities), 오율(error rates)과 주변 방해잡음(disturbance noise) 영향 등에 대한 양자 컴퓨터의 기술적 한계.

 

‘noise(잡음)’ :  양자 컴퓨터의 기본 연산소자인 큐비트(qubit)가 하드웨어 상에서의 어떤 결점이나 주위 환경의 영향으로 인한 연산 오류에서 자유롭지 못하다는 점을 상징

 

‘intermediate-scale(중간규모)’은 수백만 개 이상의 큐비트들을 갖는 본격적인 규모의 양자 컴퓨터에 도달하기 전에 당분간 수백 개 정도의 큐비트들에 머무를 양자 컴퓨터의 규모를 상징