사진제공=SKT

[여성소비자신문 한고은 기자] 해킹 등 보안 위협으로 부터 안전한 모바일 및 통신 환경을 조성하기 위한 경쟁이 치열해지고 있다. 통신3사는 이를 위해 모두 기존의 난수표방식이 가진 단점을 보완하는, 양자 물리학을 이용한 ‘양자암호’ 보안 기술에 주목한다. 양자암호 기술 구현이 현재 어디까지 와있는지 살폈다.

양자암호보안, 양자컴퓨터 상용화시 보안체계 방어 목적

양자암호란 양자 중첩, 양자 얽힘, 상태의 복사 불가능성과 같은 양자 역학의 특성을 이용해 암호를 생성하고 해독하는 작업을 수행하는 방법을 개발하는 양자 정보 과학 분야의 하나로, 디지털 정보가 0과 1의 비트로 된 수열로 표현되는 데에 비해 양자정보는 0과 1뿐만 아니라 0과 1이 중첩된 양자비트 또는 큐비트로 나타낸다.

즉, 양자암호를 이용하면 양자컴퓨터로 해독하는데 수 조년이 걸리는 수학적 알고리즘을 만들 수 있다는 주장이다.

슈퍼컴퓨터보다 성능이 1000만배 뛰어나다는 예상이 나오는 양자컴퓨터가 상용화될 경우 현재의 보안체계가 무너질 수 있어 이를 방어하고 대응할 수 잇는 양자통신기술이 필요해졌기 때문이다.

SKT 양자보안 기술, ‘글로벌 기준’으로 채택

SK텔레콤은 일찍부터 양자보안 기술 연구에 매진해왔다. 지난해에는 SK텔레콤이 개발한 양자암호기술이 유럽전기통신표준화기구(ETSI)에서 산업표준으로 채택됐다.

‘양자암호통신(QKD기반) 네트워크 통합관리규격 표준(ETSI GS QKD-018)’이 유럽전기통신표준화기구(ETSI) 산하 산업표준그룹에서 승인된 것. SKT가 제안해 ETSI에서 승인된 표준은 양자암호통신을 제어하는 소프트웨어 정의 네트워크를 통신사의 전체 네트워크 통합 관리에 포함시키는 인터페이스 표준이다.

따라서 통신사들이 양자암호통신 네트워크를 도입할 때 복수의 장비사들이 구성한 네트워크를 통합적으로 관리하고 이들 사이에서 양자암호통신을 할 수 있게 됐다.

2020년에는 스위스 제네바에서 열린 ITU-T 회의에서 제안한 양자암호통신 관련 신기술 2건이 국제표준화 과제로 채택됐다. 국제표준화 과제로 채택된 기술은 ITU-T 내 수십여 개 국가의 논의를 거친 뒤 글로벌 표준이 된다.

채택된 신기술은 ▲통신망에서 양자키 분배 활용을 위한 시스템 ▲양자키 분배를 위한 기존 암호화 체계 활용 방법 등 2가지다. 두 기술 모두 통신망에 양자암호를 적용하기 위해 반드시 필요한 핵심 기술이다.

SKT는 2016년 세계 최초로 세종-대전 간 LTE 백홀에 양자암호통신을 실제 적용했으며, 2017년에는 세계에서 가장 작은 크기(5x5mm)의 양자난수생성기(QRNG) 칩을 개발했다. 작년에는 세계 1위 양자암호통신 기업 IDQ를 인수하기도 했다.

박진효 ICT기술센터장은 “양자암호통신 글로벌 표준화 과제를 가장 많이 수행한다는 것은 SK텔레콤의 기술력이 세계에서 인정 받은 것”이라며 “향후 글로벌 표준 개발과 생태계 확대에 앞장서 양자 리더십을 강화할 것”이라고 말했다.

4월에는 삼성전자와 함께 양자보안5G 스마트폰 ‘갤럭시 퀀텀3’를 출시했다. 스마트폰 금융거래가 활성화된 요즘, 양자암호로 서비스 앱의 로그인/인증/결제/잠금해제/OTP생성에 이르는 과정을 보호받을 수 있는 ‘갤럭시 퀀텀3’는 안심에 안심을 더하는 솔루션이 될 것으로 기대된다.

‘갤럭시 퀀텀3’는 SKT가 선보이는 세 번째 양자보안 폰으로 세계에서 가장 작은 크기(가로 2.5 x 세로 2.5mm)의 양자난수생성 칩셋을 탑재, 양자보안으로 서비스 앱을 보호하고 단말 외장메모리 데이터를 QRNG로 암호화 하는 것이 특징이다.

특히 전작인 ‘갤럭시 퀀텀2’가 제공했던 양자보안 서비스의 편의성 및 적용 영역이 더욱 확대되어 T월드,T멤버십, 11번가 등 SKT와 SK ICT 패밀리사들이 제공하는 서비스 앱들은 물론 은행, 카드, 페이 등 금융 앱과 SNS, 게임에 이르기까지 다양한 서비스 앱들에 양자보안을 제공한다.

KT, 양자암호통신 글로벌 표준·기술 등 핵심 영역 경쟁력 강화

KT는 양자암호통신의 글로벌 경쟁력을 높이기 위해 표준과 기술 등 핵심 영역에서 지속적인 연구개발과 상용화를 하고 있다.

최근에는 KT가 한국정보통신기술협회(TTA)에 제안한 ‘이종 양자키 분배(QKD, Quantum Key Distribution) 장치간 상호 운용을 위한 인터페이스 및 관리 모델’이 양자암호통신 관련 국내 표준안으로 최종 채택됐다. 양자암호 키를 분배하는 장치와 관리 시스템이 직접 통신할 수 있도록 지원하는 것이 특징이다.

양자암호통신 네트워크 구성 장비들(구성요소)간의 연동에 필요한 데이터와 데이터의 형식, 프로토콜을 명시적으로 제안한 실질적 표준이다. 이를 통해 다양한 제조사의 양자암호 관련 장비를 하나의 네트워크에 섞어서 사용할 수 있어서, 양자암호 시스템을 이전보다 쉽고 안정적으로 구축이 가능하다.

이로써 KT는 2019년 ‘양자암호 전달 네트워크 기능 구조’에 이어 2개의 양자암호 통신 관련 국내 표준기술을 보유하게 됐다.

KT는 양자암호통신 전용회선 상품화를 위해 SLA(서비스 품질 협약) 기준에 적용 가능한 서비스 품질 파라미터를 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 ITU-T 국제표준화 승인(Y.3807) 및 구현을 완료했다.

핵심 기술 분야에서 KT는 20kbps 속도의 고속 양자암호통신을 독자 기술로 개발했다. 동시에 4000개 암호장비에 양자암호를 공급할 수 있는 20kbps를 구현했다. 핵심 부품인 ‘고속 단일광자광원 생성 모듈’과 ‘고속 양자난수 연동 인터페이스’도 직접 개발했다. 특히 이 기술을 활용하면 국방·금융·공공 분야에 필요한 한국형 국가 보안 체계의 자체 구축, 양자암호 응용서비스 개발협업 강화 등이 가능하다.

양자암호 네트워크를 중앙에서 통합 감시하고 제어할 수 있는 소프트웨어 정의 기반 자동화 솔루션도 개발을 완료 했다. KT가 이번에 개발한 Q-SDN은 중앙에서 양자암호 통신 네트워크를 통합으로 감시하고 제어해 최적의 양자암호키 자원 관리와 양자암호키 전달경로를 제어할 수 있는 것이 특징이다.

KT가 2010년부터 축적한 네트워크 운영 자동화 기술과 노하우를 양자암호네트워크 제어에 적용했다는 점에서 의미가 있다. KT는 인공지능(AI) 해킹탐지, 자동복구, 우회절체 물리적 보안기술 등 자체 개발한 12개의 특허기술도 적용해 서비스 안정성 및 보안성을 강화했다.

또 별도의 양자암호 단말 없이 ‘QS-VPN’ 스마트폰 애플리케이션(앱)으로 양자암호통신 기술을 구현할 수 있는 ‘양자 하이브리드’ 기술도 개발했다. 기존에는 양자난수생성칩셋(QRNG)을 탑재한 양자보안 단말이나 별도의 양자통신단말이 있어야만 양자보안통신을 사용할 수 있었지만, ‘QS-VPN’ 앱을 활용하면 전용 단말 없이도 스마트폰 간 양자암호통신 구현이 가능하다.

또한 KT가 독자 개발한 양자암호통신 서비스 품질평가 기준이 국제전기통신연합(ITU)으로부터 세계 최초로 국제 표준 승인을 받았다.

KT가 독자 개발하고 ITU 국제표준으로 세계 최초 승인을 받은 ‘양자암호통신 서비스 품질 평가 기준’은 ▲응답지연(Response Delay) ▲응답지연변이(Response Delay Variation) ▲손실율(Loss Ratio)에 따라 특화된 파라미터(매개변수)를 적용해 서비스 품질을 측정할 수 있다.

따라서 고객에게 객관적인 품질 정보 제공이 가능한 것이 특징이다. 이를 통해 양자암호 전용회선 상용화에 필요한 약관 신고사항인 서비스품질 협약(Service Level Agreement, SLA)의 규정이 가능하다.

특히 KT는 이 기준을 자체 구축해 운영 중인 양자암호통신 네트워크 관리 시스템에 적용했다. 이를 통해 빠르고 정확하게 양자암호통신의 실제 품질을 객관적으로 평가하는 등 품질 개선을 통한 고품질 서비스를 제공할 수 있는 환경을 마련했다.

KT는 양자암호통신 서비스 품질평가 기준을 비롯한 다양한 기술 표준과 사용 서비스 패키지 등을 지속적으로 개발해 관련 산업을 선도할 계획이다. 이미 KT는 양자암호통신 분야에서 많은 상용화 경험과 표준채택, 최신 기술 개발 등을 지속적으로 해오고 있다.

KT의 양자암호통신 기술은 현재 사회 곳곳에서 적용 중이다. 강원도청과 2군단은 실종자 탐색용 드론의 영상 송수신 체계에 KT의 양자암호통신 기술을 접목해 보안성을 높였다. 또한 제주도청은 해킹이나 외부 침입에 의한 자율주행차량 사고를 막기 위해 일부 구간에 KT의 양자암호통신 솔루션을 적용해 차량과 관제센터간 통신 내용을 보호하고 있다.

최근 20kbps 속도로 양자암호키를 제공하는 고속 양자암호키 분배 시스템을 구현하고, 핵심 부품인 ‘고속 단일광자광원 생성 모듈’과 ‘고속 양자난수 연동 인터페이스’도 직접 개발했다.

KT는 양자암호통신 서비스 안정화를 위한 양자채널 자동 절체 복구 기술 개발, 양자-데이터 채널 단일 광케이블 전송에 이어 이번에 세계최초로 양자암호 네트워크 운용관리 서비스 품질 평가 국제 표준화에 성공해 양자암호통신 분야에서 기술력을 세계적으로 인정을 받았다.

토종 양자암호통신 생태계 구축에도 KT가 앞장서고 있다. KT는 지금까지 5건의 양자암호키 분배 장치 공급 계약을 통해 국내 중소기업에 양자 기술을 이전했고, 올해에도 5건 이상의 기술을 중소기업에 제공할 계획이다.

KT 융합기술원 이종식 인프라DX연구소장은 “양자암호통신 발전을 위해 응용 기술뿐 아니라 근본적인 양자기술 개발에 집중할 필요가 있다”며 “KT는 특화 기술 개발과 국내 기술 생태계 조성을 동시에 진행해 대한민국 양자암호통신 경쟁력을 높이는 데 기여하겠다”고 말했다.

LG유플러스, 세계 최초 양자내성암호 전용회선 서비스 출시

LG유플러스는 양자내성암호에 집중하고 있다. 양자컴퓨터의 해킹 공격도 방어할 수 있는 양자내성암호 전용회선 서비스를 세계 최초로 출시한다. 이동통신 3사 중 양자내성암호 이용약관 승인이 완료되어 정식 서비스를 출시하는 것은 이번이 처음이다.

양자내성암호(PQC, Post-Quantum Cryptography)는 현존 슈퍼컴퓨터보다 연산속도가 이론상 1000만배 빠른 양자컴퓨터를 이용한 모든 공격에 대해 안전한 내성을 갖는 암호기술이다. 양자컴퓨터로도 해독하는 데 수조년 소요하는 복잡한 수학적 알고리즘을 기반으로 한다.

세계 최초로 선보이는 ‘U+양자내성암호 전용회선’은 양자내성암호 기술이 적용된 광전송장비(ROADM, Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)를 통해 해킹이 불가능한 보안환경을 제공한다. 고객이 전용회선을 통해 데이터를 송‧수신할 때 양자내성암호 키(key)로 암·복호화하는 방식이다.

LG유플러스는 이 서비스 출시를 위해 첨단암호 기술 개발 스타트업 ‘크립토랩’, 국내 최대 광전송장비업체 ‘코위버(COWEAVER)’와 손잡고, 2019년부터 2년여간 기술 개발에 매진했다.

U+양자내성암호는 수학적 알고리즘에 따라 격자 기반, 다변수 다항식 기반, 코드 기반, 해쉬 기반 등 다양한 방식의 암호 중 격자 기반 암호를 채택했다. 격자 기반 암호는 인수분해 등 어려운 수학을 이용한 기존 암호와는 달리, 행렬처럼 쉬운 문제를 쓰면서 수학적으로 어렵게 만드는 암호기술이다. 쉬운 문제의 답을 조금씩 다르게 하는 격자의 성향을 활용, 답을 어렵게 만들기 위해 200차원 격자를 이용한다.

예를 들어, 연립방정식에서 변수가 세 개일 때 식이 세 개면 문제가 풀리지만, 끝자리를 조금씩 바꾸면서 문제에 약간의 차이를 두면 수백개의 식이 주어져도 풀 수 없게 되는 원리다.

이 같은 암호기술은 전 세계 많은 기관으로부터 오랜 연구를 통해 안전성이 입증되었을 뿐 아니라, 낮은 CPU 성능, 작은 메모리 용량, 낮은 전력과 대역폭 등 제한적인 환경을 가진 IoT 환경에도 적합하다.

우수한 보안성 때문에 전세계적으로도 양자내성암호에 대한 관심이 증가하는 추세다. 미국 국토안보부(DHS, Department of Homeland Security)와 연방정부기관은 2030년까지 양자내성성을 갖추도록 ‘양자내성암호 전환준비 로드맵’을 내놓았고, IBM, 구글, 아마존 등 글로벌 기업들은 미국 국립표준기술연구소 주도로 양자내성암호 표준화 작업을 진행하고 있다.

U+양자내성암호 전용회선은 ▲개인정보나 금융정보를 다루는 보안 민감도가 높은 금융기관과 금융 서비스 플랫폼 ▲IDC 센터에서 거대한 데이터베이스를 관리하는 게임‧플랫폼 ▲메타버스, NFT(대체불가토큰), AI(인공지능) 등 최신 기술을 도입한 IT기업 등 외부 위협으로부터 데이터를 안전하게 지킬 수 있는 보안 서비스를 요구하는 고객에 최적의 네트워크가 될 것으로 예상된다.

한고은 기자  h9@wsobi.com

<저작권자 © 여성소비자신문, 무단 전재 및 재배포 금지>