[IT위키] 양자난수생성기

2019. 06. 21

양자난수생성기(Quantum Random Number Generator)란?

양자*의 특성을 이용해 패턴 분석 자체가 불가능한 무작위 숫자를 만드는 장치입니다. 통신 네트워크를 통한 해킹의 위험을 원천 봉쇄할 수 있습니다. 양자암호통신*의 핵심 기술입니다. 난수의 조건은 예측불가능(Unpredictable)해야 하며 어느 한쪽으로 편향성이 없어야 하고(Unbiased) 앞뒤 숫자(bit stream) 간에 상호연관성이 없어야(Uncorrelated) 합니다.

* 양자: Quantum, 더는 쪼갤 수 없는 물리량의 최소 단위. 불확정성, 비가역성, 복제 불가능성의 특성을 가지고 있습니다.
* 양자암호통신 [IT위키] 바로 가기

난수는 통신 내용을 암호화한 후 전송하는 데 쓰입니다. 즉, 무작위 숫자를 이용해 정보 탈취나 도청이 불가능하도록 하는 것입니다.

그런데 기존 난수를 생성하는 데 사용된 수학적 알고리즘 방식은 초기값과 동작 상태를 알면 예측 가능하며, 이를 통해 앞뒤 숫자 간 상호 연관성을 알아낼 수 있습니다. 이처럼 수학적 알고리즘 기반으로 생성된 난수를 유사 난수(Pseudorandom Number)라고 부릅니다.

특히, 컴퓨팅 파워가 발전하면서 수학적 알고리즘으로 만든 난수의 패턴이 쉽게 노출될 수 있습니다. 해커가 난수의 상호 연관성을 알아내 정보를 탈취할 가능성이 높아진 것이죠.

이 때문에 앞뒤 숫자 간 상호 연관성이 없는 순수 난수(The True Random Number)를 생성하는 양자난수생성기가 미래 통신 보안의 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

양자난수생성기의 특징은?

현재의 암호체계는 불규칙적으로 보이지만 실제로는 일정한 패턴을 가지고 있는 유사난수를 활용합니다. 유사난수의 경우, 패턴을 읽어내는 연산 능력이 뛰어난 슈퍼컴퓨터를 통해 암호 체계가 무너질 확률이 높습니다. 양자난수생성기로 만든 난수는 패턴 연산 컴퓨팅으로도 풀 수 없는 불규칙성을 가지고 있어 보안성이 높습니다.

난수란?

난수는 흔히 테트리스 게임을 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 테트리스 게임의 묘미는 하늘에서 떨어지는 블록의 모양과, 떨어지는 위치를 예측하지 못하는 데 있습니다. 예측이 가능하다면 재미없는 게임이 되겠죠.

난수를 게임에 적용했을 때는 재미 여부를 좌우하지만, 통신이나 인증 분야에 적용했을 때는 보안과 연결됩니다. 예측이 가능해선 안 되죠. 하지만 슈퍼컴퓨터보다 데이터 처리 속도가 1억 배 빠른 양자 컴퓨터가 본격 등장하면서 기존 암호 체계의 사전 예측 가능성이 커지고 있습니다. 이를 대비하기 위한 보안의 중요성도 커지고 있습니다.

5G 시대, 양자난수생성기가 왜 중요할까?

5G 시대는 사물인터넷(IoT)이 더 활발히 이뤄질 예정입니다. 연결은 우리의 생활을 편리하게 해주지만 동시에 해킹이나 개인정보 유출 같은 보안 문제가 발생할 수도 있습니다. 만약, 기업에서 산업용 드론을 띄우려고 한다면, 해당 제품은 통신 인증을 위해 자신의 고유값을 기지국에 알려줘야 합니다. 이때, 누군가 드론의 고유값을 해킹하기 위한 시도를 할 수도 있죠. 양자난수생성기를 통해 드론의 고유값을 패턴을 풀 수 없는 숫자로 암호화하면, 해커가 중간에 난수를 탈취하더라도 해석을 할 수 없어 활용할 수 있는 방법이 없습니다.

SKT의 양자난수생성기 현황

SKT는 2011년 양자기술연구소를 설립하고 양자암호통신 기술을 개발하고 있습니다. 2016년 세계 1위 양자암호통신 기업 IDQ를 인수했으며, 같은 해 세계 최초로 세종-대전 간 LTE 백홀에 양자암호통신을 적용했습니다. 2017년, 세계에서 가장 작은 크기(5x5mm)의 양자난수생성기 칩을 개발했으며, 현재는 그보다 작은 2.5×2.5mmx0.8T 크기의 모바일 타깃 양자난수생성기 칩을 개발하는 등 양자암호통신 기술 고도화를 위해 노력하고 있습니다.