일본산업뉴스요약

양자암호, 새로운 방식으로 성과
정보통신연구기구 등, 앞서는 중국을 쫓는다

기밀 정보를 제3자에게 도청당하지 않도록 전송하는 차세대 암호기술 ‘양자암호’의 연구가 활발하게 진행 중이다. 국가 차원에서 거대한 양자암호통신망을 정비하는 중국이 실용화 연구에서 앞서고 있다. 반면에 일본은 아직 실험 단계에 있다. 저가격으로 이용할 수 있는 방식을 중심 축으로 개발을 추진하여 해외 기업을 추격한다.

양자암호는 암호화하거나 해독하기 위해 사용하는 ‘열쇠’ 정보를 광입자(광자)의 특수한 성질을 이용하여 송수신자 사이에서 공유한다. 국가기밀이나 의료관련 등 비밀성이 높은 정보의 통신에 적합하다. 송수신자 사이에서 열쇠 정보를 배송하는 ‘양자키 분배기(QKD)’와 ‘One Time Pad(OTP)’라는 암호 기술로 구성된다.

보내고 싶은 정보에 열쇠를 단다. 열쇠 정보는 광입자에 실어서 보내고, 수신자는 광입자의 상태를 판독한다. 보내는 정보 1비트 마다 1비트의 열쇠를 달고, 수신자는 열쇠를 사용하여 암호를 판독한다. 제3자가 도청하면 광입자의 성질이 바뀌기 때문에 광입자의 상태를 확인하면 그 흔적을 통해 도청 여부를 감지할 수 있다.

일본은 정보통신연구기구나 NEC, 도시바 등이 QKD를 개발한다. 광파이버를 사용하는 것이 중심이지만 대륙간 등의 장거리 통신이 되면 중계기에서 정보가 샐 우려가 있다. 그래서 정보통신연구기구 등은 2017년, 인공위성과 지상 사이에서 양자암호 통신을 하는데 성공하였다. 그래도 현재는 중국이 우세하다.

QKD의 실용화를 전망했을 때 일본이 우려하는 것은 안전성의 확보다. 예를 들면 QKD는 규칙성 난수를 이용하지만 현재의 장치가 만드는 난수는 주기성이 없고, 정말 난수인지를 평가할 방법이 없다. 주기성을 알 수 있다면 해독될 우려가 있다.

정보통신연구기구의 후지와라(藤原) 연구매니저는 “무엇을 가지고 안전한지를 결정할 것인가가 어렵다”라고 말한다. 이론 상으로는 안전하다고 하는 QKD지만 “판정 기준 등이 엄격하지 않고, 일본에서 바로 사용할 수 있는 것이 아니다”. 앞서고 있는 유럽의 표준화 단체와 교섭을 통해 일본의 기준 책정에 착수한다.

QKD는 저비용으로 광입자를 효율적으로 검출하지 못하고 비용이 커진다. 도청하는 측의 능력을 최대한으로 평가하는 설계 때문에 처리 속도가 늦다고 한다.

이러한 가운데 연구자들이 현실적인 선택지로서 조기 실용화를 목표하는 것이 ‘물리 레이어 암호’다. 통신속도에서 QKD를 앞서고 장거리 통신을 싸게 실현할 수 있다고 보고 있다.

광입자의 흔적을 포착하는 방식이 아니라 정보의 송신 후에 일부 정보가 누설된다고 가정하는 구조다. 통신 도중에는 대기의 영향 등으로 정보의 일부가 잘못 보내진다. 도청하는 측이 그것을 포착해도 의미는 없다. 송신자 측이 도청당했다는 사실을 확인하면 수학적인 처리로 압축하고, 압축한 정보를 열쇠로 사용한다.

현재로서는 안전성 면에서 QKD에 뒤지지만 실현성은 물리 레이어 암호가 높다고 본다. 정보통신연구기구로부터 약 8km 떨어진 전기통신대학과의 사이에서 물리 레이어 암호의 통신 테스트를 실시한 결과, “QKD보다 훨씬 빠른 통신을 실현할 수 있었다”(후지와라 매니저). 용도에 따른 사용을 상정하고 있으며 QKD와 병행하여 연구를 추진한다.

총무성이 공모한 위성통신에서의 양자암호 기술의 18년도 연구개발 예산은 3억 1천만엔. 중국 등에 비해 크게 낮은 금액이다. 한정된 예산으로 얼마나 최대한의 성과를 낼 것인가? 관민의 지혜가 요구된다.

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