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Nikkei X-TECH_2024.2.20

알려지지 않은 스위스 테크
사실은 간단한 '광파이버 도청'
스위스의 양자암호장치 업체가 눈 앞에서 시연

“광섬유의 도청은 어렵다고 생각하겠지만 사실 간단하다. 시연해 보겠다”.

양자암호장치 등을 개발하는 스위스 기업 IDQ(ID Quantique)의 Director of Strategic Quantum Initiatives인 Bruno Huttner 씨는, 이 말 그대로 필자가 보는 앞에서 아주 쉽게 도청을 해 보였다. 준비한 것은 광섬유로 연결된 2대의 노트북과 도청용 노트북이다. 2대의 노트북 사이에서는 암호화되지 않은 영상 데이터가 흐르고 있다.

이 광섬유는 표면을 덮는 수지 피복의 일부를 데모용으로 벗겼다. “이건 어려운 것이 아니다. 전용 기구로 간단히 할 수 있다”(Huttner 씨).

Huttner 씨는 다음으로, 광섬유가 드러난 부분에 광신호의 일부를 빼내는 ‘광파이버 태핑 장치’를 설치하고, 도청용 노트북에 신호를 꺼내 보였다. 광섬유는 코어와 클래드라고 하는 굴절률이 서로 다른 매질 속을 반사하면서 전달되는데, 크게 구부리면 반사하지 않고 일부 빛이 밖으로 새나간다.

광섬유 태핑 장치는 이 원리를 이용하여 통신에는 영향을 주지 않는 절묘한 휘어짐으로 광섬유에 흐르는 신호를 밖으로 빼낸다.

광섬유 태핑 장치를 도청용 노트북에 연결하자마자, 그 화면에는 2대의 PC로 교환되고 있는 것과 같은 영상이 나타났다. 즉 신호가 분기되어 도청할 수 있었던 것이다. “통신이 암호화되어 있는 경우는 바로 암호를 깨지 못할 수도 있지만, 네트워크에 흐르는 데이터를 모두 보존해 두었다가 나중에 해석하는 방법도 있다”(Huttner 씨).

현재의 암호키 교환의 초기 단계에서는 소수의 페어를 이용하는 공개키 암호가 사용된다. 어떤 소수를 썼는지는 숫자를 전부 맞춰보지 않으면 풀 수 없기 때문에 슈퍼컴퓨터라도 현실적인 시간에 산출하기 어렵다고 한다.

다만 고성능 양자컴퓨터가 실현되면, 키 교환에 사용되는 2개의 소수를 간단하게 산출할 수 있는 것을 알고 있다. “때문에 공개키 암호가 아니라 (양자의 특성을 사용해 키를 교환하는) 양자암호키분배(Quantum Key Distribution, QKD) 시스템이 필요하다”(IDQ의 CEO인 Gregoire Ribordy 씨).

-- 광자의 알고리즘도 내장 --
광섬유 도청의 위험성을 제시한 다음에 Huttner 씨는 IDQ의 QKD 장치의 데모를 선보였다.

IDQ의 장치도 포함한, 현재 실용화되고 있는 QKD 시스템에서는 대향하는 2개의 장치가 광섬유를 통해서 편광 또는 위상과 같은 광자 상태의 정보를 사용해, ‘0’ 또는 ‘1’을 전송하는 방법으로 키 교환을 한다. 광섬유 태핑 장치 등을 사용해, 이 네트워크를 도청할 수 있었다고 해도, 판독하는 측에서는 광자의 편광 또는 위상 중 하나만 판독할 수 있다(다른 쪽은 일정하기 않다).

이러한 양자적인 특징 때문에 암호키의 기초가 되는 정보를 완전히 판독하지 못해 키를 알아낼 수 없다. 암호키 자체도 완전한 랜덤성이 보장되는 양자적 현상을 이용한 난수발생기가 사용되기 때문에 수학적으로 다음에 발생하는 숫자를 예측할 수 없다. 이것들을 이용해 절대로 깨지지 않는 암호를 실현할 수 있다.

IDQ의 QKD 장치는 1U 사이즈로, 이것들을 1쌍으로 사용한다. 데모에서는 이 2대가 싱글 모드 광섬유로 접속되어 있어, 상시 키 교환을 하고 있었다. 이 시스템에도 광섬유를 구부리는 장치가 연결돼 있었다. 이 장치의 다이얼을 돌려 빛을 누설하면, 수신장치까지 도달하는 광자의 수가 줄어든다. “장치에는 광자 수가 줄면 도중에 도청되었다고 판단해, 통신을 차단하는 알고리즘이 들어가 있다”(Huttner 씨).

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