(128 관리 4-4) 양자암호통신의 주요 기술

최근 정보통신의 발전으로 인해 도감청이 불가능한 양자암호통신에 대한 관심이 높아지고 있다.
양자암호통신에 대하여 다음을 설명하시오.

가. 양자암호통신의 암호키 분배방식
나. 양자암호통신의 주요기술
다. 양자암호통신의 취약점

 

핵심 키워드 

 

양자 광원, 광자 검출기, 양자암호 통신 채널, 양자암호 프로토콜(BB84), 양자 난수 생성기(QRNG)

 

멘토링

양자암호통신 구성도 그리고,
주요 구성 요소를 설명하시면 됩니다. 
핵심 키워드 위주로 구조화하여 표현한다면 고득점이 예상됩니다.

 

물리계층의 신개념 보안통신기술, 양자암호통신

[논문]물리계층의 신개념 보안통신기술, 양자암호통신

 

양자암호통신 구성도

 

구성 요소 설명

 - 정리는 나중에 할게요. 우선은 개념만 참고하세요

 

QKD : 양자신호의 생성, 검출과 QBER 측정 등을 담당하는양자키 분배기

 

양자신호 생성기

- QRNG(양자난수생성기)를 통한 순수 랜덤넘버에 기반해 기저와 편광을 선택, 광자 신호 생성 및 측정

 

양자신호 검출기

- QRNG(양자난수생성기)를 통한 순수 랜덤넘버에 기반해 기저와 편광을 선택, 광자 신호 수신 및 측정

 

QRNG

- 양자 성질을 이용, 순수랜덤넘버(True Random Number) 생성기

 

양자암호 생성 통신 채널

- 편광 신호는 양자 채널로 보내지고, 퍼블릭 채널 통해 같은 필터를 사용했는지 체크합니다.

 

Quantum Channel

- 광자의 생성 및 전송, 측정을 위한 전송 채널, 광자의  원거리 도달을 위한 릴레잉, 증폭 등 기술이 필요

- 광자의 원거리 전송이 힘들기 때문에 실질적 구현의 어려움을 겪고 있으나 지속적 R&D를 통해 전송 거리 확장 중

 

Classic Channel (Public Discussion)

- 측정한 기저, 편광 정보에 기반한 도청자 여부 파악 및 키 도출을 위한 일반 채널 통신

 

일반 통신망

- 양자암호키를 이용해 비밀통신 수행

 

 

One Time Pad 구현의 실질적 해법, 양자암호통신

One Time Pad 구현의 실질적 해법, 양자암호통신

 

양자암호통신 기술 (etri.re.kr)

양자암호통신 기술

 

앞에서 설명한 BB84 프로토콜에서 보는 바와 같 이 양자암호통신 기술은 양자상태를 “직접적으로” 암호 키 생성에 이용하는 것으로서 원리적으로 단일 양자(single quantum)의 복제 불가능성에 기초 하고 있다.

따라서 양자암호통신의 구현을 위해서는 단일광자(single photon) 상태와 같은 특별한 양자 상태의 빛을 사용해야 하며, 이러한 빛을 측정하기 위한 고감도 광자 검출기가 필수적이다.

또한, 광섬유 등을 이용하는 양자암호 통신채널 구현 시에도 사용하는 구체적인 코딩방식에 따라 특별한 구성방법이 필요하다. 

 

양자광원

 

BB84 프로토콜을 포함한 많은 양자암호 프로토콜들은 단일광자 상태를 사용하는 방식으로서 단일광자 상태는 양자암호통신에서 특별히 중요하다. 이상적인 단일광자 상태는 정해진 하 나의 모드에 오직 한 개의 광자만이 존재하는 상태를 말한다

 

https://ettrends.etri.re.kr/ettrends/179/0905179011/34-5_99-112.pdf

 

양자 광원은 고전 전자기파와 다르게 전자기파 의 양자화 개념을 통해서 설명이 가능한 비고전 광원으로서,

대표적으로 광자 수 상태(Photon number state), 얽힘 상태(Entangled state), 압축광(Squeezed state) 등이 있다.

 

광자 검출기

양자암호통신 기술의 실제 구현을 위해서는 고성능의 광자검출기가 필수적이다.

특히, 광섬유 나 대기 중을 통해서 단일광자 수준의 광신호를 전송할 경우 발생하는 광손실은 거리에 비례해서 증가하며 따라서 광자검출기의 양자효율(광자 한 개가 입사할 경우의 검출효율)은 양자암호의 통신거리를 제한하는 주요 인자가 된다. 또한, 광자검출기의 양 자효율과 잡음(dark noise) 수준은 양자암호통신의 에러율과 직접적으로 관련되므로 높은 양자효율과 낮은 잡음수준을 갖는 광자검출기는 양자암호통신 시스템의 성능을 좌우하는 핵심적인 사항이다.

 

양자효율과 잡음의 양자암호통신의 에러율과 직접적 관련되는 시스템 성능을 좌우하는 검출기술

 

광검출기 

TTA정보통신용어사전

광 검출기, 光檢出器, photodetector

빛 에너지를 전기적인 신호로 변환시키는 장치.

양자 암호 키 분배 시스템(QKD system)은 송수신부 1쌍과 양자 채널로 구성된다.

일반적으로 송신부는 단일 광자를 생성하는 단일 광자 생성부(single photon generation), 단일 광자 위상 변조 및 간섭이 발생하는 광 간섭부(optical interferometer)로 구성된다. 

수신부는 단일 광자를 검출하는 단일 광자 검출부(single photon detector), 광 간섭부로 구성된다. 

 

양자암호통신 채널

양자암호 혹은 양자 키 분배 기술은 멀리 떨어진 두 사용자(Alice와 Bob) 사이에 양자역학적으로 완벽한 보안성이 보장되는 비밀 키를 분배하는 기술

---

아래와 같이 도식화 먼저하고 상세 설명을 하는 방법도 있는데,

참고하시길 바랍니다.

 

KPC 해설서

---