암호화의 미래

양자 컴퓨터의 위협

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 완전히 다른 방식으로 작동합니다. 큐비트(qubit)를 사용해 동시에 여러 계산을 수행하며, 특정 문제에서는 기존 컴퓨터보다 수십억 배 빠릅니다.

"양자 컴퓨터가 현재의 RSA-2048 암호화를 해독하는 데 기존 슈퍼컴퓨터로는 300조 년이 걸리지만, 충분히 발전한 양자 컴퓨터는 몇 시간이면 충분합니다. 이 시점이 'Q-Day'(Quantum Day)로 불리며, 2030년대에 도래할 것으로 예측됩니다."
미국 국립표준기술연구소(NIST) 양자 암호화 프로젝트

"Harvest Now, Decrypt Later" 위협

공격자들은 현재 암호화된 데이터를 수집해 두었다가, 양자 컴퓨터가 충분히 발전하면 해독할 수 있습니다. 정부 기밀, 의료 기록, 금융 데이터 등 장기간 보호가 필요한 정보가 특히 위험합니다.

양자 컴퓨터 발전 현황

Google (2024): Willow 칩으로 105큐비트 달성, 오류 수정 개선
IBM (2024): 1,121큐비트 Condor 프로세서 발표
중국 (2024): 1,000큐비트 이상의 양자 컴퓨터 개발 중
예측: 2030년대 초 암호화 해독 가능한 양자 컴퓨터 등장 예상

현재 암호화의 취약점

현재 우리가 사용하는 대부분의 암호화는 양자 컴퓨터에 취약합니다.

양자 컴퓨터에 취약한 암호화

RSA: 인터넷 보안(HTTPS, SSL/TLS)의 기반
ECC: 타원곡선 암호화, 비트코인 등에 사용
DSA/ECDSA: 전자서명에 사용
Diffie-Hellman: 키 교환 프로토콜

쇼어 알고리즘(Shor's Algorithm)

1994년 피터 쇼어가 발견한 이 알고리즘은 양자 컴퓨터를 사용해 큰 수의 소인수분해를 다항 시간 내에 해결합니다. RSA 암호화의 보안은 이 문제의 어려움에 기반하므로, 쇼어 알고리즘은 RSA를 무력화합니다.

그로버 알고리즘(Grover's Algorithm)

대칭키 암호화(AES 등)도 완전히 안전하지 않습니다. 그로버 알고리즘은 검색 문제를 제곱근 만큼 빠르게 해결합니다. AES-128은 AES-64 수준으로 약화되며, AES-256을 사용해야 양자 시대에도 안전합니다.

포스트 퀀텀 암호화(PQC)

포스트 퀀텀 암호화(Post-Quantum Cryptography, PQC)는 양자 컴퓨터로도 해독할 수 없는 새로운 암호화 방식입니다.

"2024년 8월, NIST는 3개의 포스트 퀀텀 암호화 표준을 최종 확정했습니다. ML-KEM(키 캡슐화), ML-DSA(전자서명), SLH-DSA(해시 기반 서명)가 새로운 표준으로 선정되어 양자 시대를 대비합니다. 전 세계 정부와 기업들은 이제 이 표준으로 전환을 시작해야 합니다."
NIST - 포스트 퀀텀 암호화 표준 발표 (2024)

NIST PQC 표준 알고리즘

ML-KEM (CRYSTALS-Kyber): 키 캡슐화 메커니즘, TLS 등에 사용
ML-DSA (CRYSTALS-Dilithium): 전자서명, 범용 용도
SLH-DSA (SPHINCS+): 해시 기반 서명, 백업 옵션
FN-DSA (FALCON): 추가 서명 표준 (2025년 예정)

PQC의 기반 수학 문제

격자(Lattice) 문제: ML-KEM, ML-DSA의 기반
해시 기반: SLH-DSA, 수학적으로 가장 안전
코드 기반: Classic McEliece 등
다변수 방정식: Rainbow 등 (일부 공격당함)

Q-Day 대비 현황

전 세계 정부와 기업들이 양자 시대를 대비하고 있습니다.

정부 차원의 대응

미국: 2024년까지 연방 기관 PQC 인벤토리 작성 의무화
EU: 2025년까지 중요 인프라 PQC 전환 권고
중국: 자체 양자 암호화 표준 개발 및 양자 통신망 구축
한국: 국가정보원 주도 양자내성암호 전환 로드맵 수립

기업의 대응

Google: Chrome에 하이브리드 PQC 적용 시작
Apple: iMessage에 PQ3 프로토콜 적용 (2024)
Signal: PQXDH 키 교환 프로토콜 적용
Cloudflare: PQC 지원 TLS 인증서 제공

전환 과제

PQC 알고리즘은 키 크기가 크고 성능이 낮음
기존 시스템과의 호환성 확보 필요
수십 년간 사용된 암호화 인프라 전체 교체
인력 부족과 인식 부족

지금 당장 할 수 있는 것

양자 컴퓨터가 아직 현실화되지 않았지만, 지금부터 대비하는 것이 중요합니다.

개인 사용자

AES-256 사용: 대칭키 암호화는 AES-256 이상 사용
장기 보관 데이터 암호화: 10년 이상 보관할 데이터는 강화된 암호화
최신 소프트웨어 유지: PQC 업데이트가 포함된 최신 버전 사용
비밀번호 강화: 장기적으로 안전한 긴 비밀번호 사용

개발자/기업

암호화 인벤토리: 현재 사용 중인 암호화 알고리즘 파악
암호화 민첩성: 알고리즘 교체가 쉬운 구조로 설계
하이브리드 접근: 기존 + PQC 이중 암호화 검토
공급업체 확인: 사용 중인 서비스의 PQC 대응 계획 확인

지금 할 수 있는 것

민감한 정보는 암호화해서 저장
장기 보관 데이터는 더 강력한 보호
소프트웨어 최신 버전 유지
양자 대응 소식에 관심 갖기

양자 컴퓨터는 위협이기도 하지만 기회이기도 합니다. 양자 키 분배(QKD)와 같은 양자 기술은 이론적으로 해독 불가능한 통신을 가능하게 합니다. 암호화와 해독의 경쟁은 계속되지만, 보안의 중요성은 변하지 않습니다.