• 전자통신동향분석
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• 제38권5호
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• pp.34-50
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• 2023

Quantum error correction is a key technology for achieving fault-tolerant quantum computation. Finding the best decoding solution to a single error syndrome pattern counteracting multiple errors is an NP-hard problem. Consequently, error decoding is one of the most expensive processes to protect the information in a logical qubit. Recent research on quantum error decoding has been focused on developing conventional and neural-network-based decoding algorithms to satisfy accuracy, speed, and scalability requirements. Although conventional decoding methods have notably improved accuracy in short codes, they face many challenges regarding speed and scalability in long codes. To overcome such problems, machine learning has been extensively applied to neural-network-based error decoding with meaningful results. Nevertheless, when using neural-network-based decoders alone, the learning cost grows exponentially with the code size. To prevent this problem, hierarchical error decoding has been devised by combining conventional and neural-network-based decoders. In addition, research on quantum error decoding is aimed at reducing the spacetime decoding cost and solving the backlog problem caused by decoding delays when using hardware-implemented decoders in cryogenic environments. We review the latest research trends in decoders for quantum error correction with high accuracy, neural-network-based quantum error decoders with high speed and scalability, and hardware-based quantum error decoders implemented in real qubit operating environments.

• 한국위성정보통신학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.21-26
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• 2012

우리나라는 지난 20여 년 디지털 정보기술 강국을 지향해 왔지만 선진국에서 이미 투자를 시작한 양자 정보 과학 분야에 대한 연구 및 투자는 거의 이루어지지 않았으며, 양자 정보 통신 기술의 수준 또한 개발 선진국들에 비해 턱없이 부족한 상황이다. 최근, 양자역학에 기반을 두고 있는 양자 정보 처리 및 통신에 대한 연구가 세계적으로 활발히 진행 중이다. 90년대부터 본격화된 양자정보이론의 연구는 양자 컴퓨팅, 양자 통신, 양자 정보이론 등의 분야에서 발전해오고 있으며, 90년대 말에 이르러 양자 암호 통신 및 양자 알고리즘 등의 분야에서 큰 연구 성과를 나타내기 시작하였다. 본 논문에서는, 양자 통신 시스템에서 효율적인 양자 신호 전송 및 검출을 위해 직교 시퀀스를 이용한 효율적인 양자 신호 검출 방안에 대해 논하고자 한다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.53-62
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• 2013

클라우드 환경은 분산컴퓨팅 분야의 한가지로서, 물리 노드와 가상 노드로 구성이 되어 있다. 분산화 된 클라우드 환경에서의 최적 경로 탐색은 각 노드들이 최적 경로 탐색을 수행하는 것이다. 실시간으로 급변하는 탐색 환경은 빠른 데이터 전송을 통한 각 노드들의 동기화를 요구한다. 따라서 QoS의 보장과 최적 경로 탐색을 위해서 양자화 기법이 필요하다. 양자화 기법을 통해 중앙 서버는 각 노드로 실시간 탐색 환경 데이터를 빠르게 전송가능하며 각 노드들은 원활하게 최적 경로 탐색을 수행할 수 있다. 본 논문에서는 중앙 서버에서 각 노드들의 최적 경로 탐색 문제를 해결하기 위해 데이터의 전송량을 줄일 수 있는 양자화를 적용한다. 최적 경로 생성 시스템에 양자화 데이터 전송을 적용하는 실험을 하기 위해 클라우드 환경의 시뮬레이션을 구성하였다. 양자화 기법의 적용을 통해 클라우드 환경에서 전송 되는 총 데이터를 줄이면서 성능을 높일 수 있으며, 최적 경로 탐색을 위한 어플리케이션의 QoS를 보장할 수 있다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.687-692
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• 2023

이번 연구는 양자 컴퓨터가 가지는 중첩의 특성을 이용하여 음악을 만들어 보고자 하는 의도에서 시작하였다. 기존의 음악은 작곡가가 작곡한 것에 제한되는 특징을 가진다. 하지만, 양자 컴퓨터의 중첩을 이용한 음악은 제한된 범위 내에서 실행 시에 변화되는 음악적 특징을 가진다. 이를 이용하여, 실행 시에 특정 화음을 기준으로 변화하는 음악을 만들 수 있을 것이다. 이번 논문에서는 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터를 연결하여 소리를 발생시킨다, 그리고 중첩의 성질을 적용하여 변화하는 음을 만들어내는 것에 중점을 둔다.

• 정보보호학회지
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• 제33권2호
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• pp.31-37
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• 2023

소인수분해와 같이 매우 큰 경우의 수를 탐색하고 연산하며 비교하는 작업에서 강점을 가지는 양자컴퓨터는현재 사용되는 암호체계를 붕괴시킬 수 있다는 점에서 위협이 될 수 있다. 하지만 화학, 머신러닝과 같은 분야에서는 대단히 큰 혁신을 가져올 차세대 컴퓨터로 주목받고 있으며, IBM, Google, Amazon과 같은 세계적인 IT 기업들이 이러한 양자컴퓨터 관련 연구개발에 적극적으로 투자하고 있다. 본 고에서는 양자컴퓨터의 최근 개발 현황과 양자컴퓨팅을 위한 플랫폼인 IBM Qiskit, Google Cirq, ProjectQ, Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum, Intel Quantum SDK에 대해 알아보고자 한다.

• 정보보호학회지
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• 제33권3호
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• pp.39-47
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• 2023

양자컴퓨팅 기술이 발전함에 따라, 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전한 암호인 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC) 기술의 중요성이 대두되고 있다. NIST에서는 2016년부터 시작된 표준화 공모 1,2,3 라운드를 통해 2022년 공개키 암호 및 Key-establishment, 전자서명 분야의 양자내성암호 표준을 선정한 바 있으며, 현재는 4 라운드와 전자서명 분야 추가 선정 공모를 진행 중이다. 이러한 배경에서 2022년 국내에서도 양자내성암호 알고리즘 표준화 공모인 KpqC 공모전 1라운드를 시작하였고, 공개키 암호 및 Key-establishment 7종, 전자서명 9종의 알고리즘이 표준 후보로 제출되었다. 본고에서는 KpqC 공모전 1 라운드 공개키 암호 및 Key-establishment 알고리즘 중 격자 기반 공개키 암호/KEM(Key Encapsulation Mechanism) 알고리즘 3종 NTRU+, SMAUG, TiGER에 대해 분석 및 소개한다. 각 알고리즘의 기반 문제, 설계 방식, 특징, 안전성 분석 방식 등을 분석하고, 구현성능을 비교 분석한다.

• 정보보호학회지
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• 제34권2호
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• pp.5-12
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• 2024

양자 컴퓨팅 환경을 대비한 암호 시스템에 대한 중요성이 대두되면서 국내외로 양자 내성 암호 시스템 표준 알고리즘을 선정하려는 노력이 이루어지고 있다. AIMer는 MPCitH 기반 영지식 증명 시스템인 BN++을 개선하고 대칭키 프리미티브기반의 일반향 함수 AIM2를 결합하여 만들어진 전자서명으로, 현재 NIST의 양자 내성 전자서명 추가 라운드 및 양자내성 암호 국가 공모전(KpqC) 2라운드를 진행 중인 알고리즘이다. 많은 양자 내성 암호 시스템이 격자 문제에 안전성을 기반하고 있는 것에 비해 AIMer 전자서명은 사용하는 대칭키 프리미티브 기반 일방향 함수 AIM2의 일방향성에 안전성을 기반하고 있으며, 성능적인 측면에서도 현재까지 선정된 NIST 표준 알고리즘 및 KpqC 2라운드 후보 알고리즘 내에서는 비격자 문제 기반 전자서명 중 공개키 크기와 서명 크기를 합쳤을 때 가장 작은 크기를 가지고 있다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2024년도 춘계학술발표대회
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• pp.188-191
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• 2024

최근 양자컴퓨터와 양자컴퓨팅 기술이 발전하면서, 수학적 난제에 기반을 둔 현대 암호들이 위협받고 있다. 이에 양자 내성 암호에 대한 활발한 연구들이 진행되고 있으며, 이와 동시에 양자 내성 암호를 분석하기 위한 노력들도 존재한다. 양자 내성 암호 중 한 종류인 격자 기반 암호는 NP-hard 문제에 속하는 격자 문제를 기반으로 하며, 해당 격자 문제가 해결된다면 격자 기반 암호 시스템에도 큰 위협이 될 수 있다. 본 논문에서는 이러한 격자 기반 문제를 해결하기 위한 기법 중, 고차원 격자를 대상으로 하는 Approximate algorithm의 기술 동향에 대해 알아보고, 현재의 알고리즘 개발 동향을 기반으로 향후 진행되어야 할 연구 방향에 대해 살펴본다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권2호
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• pp.151-164
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• 2023

최근 양자 컴퓨터의 개발은 현재 사용 중인 이산대수 문제나 인수분해 문제 기반의 공개키 암호에 큰 위협이 되므로, 이에 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서는 현재 컴퓨팅 환경 및 도래하는 양자 컴퓨팅 환경에서 모두 구현이 가능한 양자내성암호를 위해 공모전을 진행하고 있다. 이 중 NIST 양자내성암호 공모전 4라운드에 진출한 SIKE(Supersingular Isogeny Key Encapsulation)는 유일한 Isogeny 기반의 암호로써, 동일한 안전성을 갖는 다른 양자내성암호에 비해 짧은 공개키를 갖는 장점이 있다. 그러나, 기존의 암호 알고리즘과 마찬가지로, SIKE를 포함한 모든 양자내성암호는 현존하는 암호분석에 반드시 안전해야만 한다. 이에 본 논문에서는 SIKE에 대한 전력 분석 기반 암호분석 기술을 연구하였으며, 특히 웨이블릿 변환 및 딥러닝 기반 클러스터링 전력 분석을 통해 SIKE를 분석하였다. 그 결과, 현존하는 클러스터링 전력 분석 기법의 정확도를 50% 내외로 방어하는 마스킹 대응기법이 적용된 SIKE에 대해 100%에 가까운 분석 성공률을 보였으며, 이는 현존하는 SIKE 기법에 대한 가장 강력한 공격임을 확인하였다.

• 정보보호학회지
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• 제33권2호
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• pp.39-48
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• 2023

소인수 분해 및 이산대수 문제의 난제를 기반으로 설계된 기존의 공개키 암호 및 전자서명 체계가 1994년 제안된 Shor 알고리즘으로부터 안전성에 대한 위협을 받게 되자, NIST에서는 양자컴퓨팅 환경으로부터 보안성이 유지되는암호를 선정하기 위해 양자내성암호 공모전을 개최하였다. 총 3 Round를 통해 PQC 표준화 대상 알고리즘을 채택하였으며, 추가로 채택된 양자내성암호의 기반에 대한 다양성을 두기 위해 Round 4를 진행하였다. 따라서 본 논문에서는 표준화 대상으로 선정된 알고리즘(Selected Algorithms 2022)과 현재 Round 4를 진행하고 있는 알고리즘의 기반이 되는 배경지식과 구조를 설명하고, 알고리즘별 주요 사양을 통해 각각의 장단점을 살펴볼 것이다. 나아가 현재 양자내성연구단을 통해 우리나라에서 제안된 KpqC에 대해서도 간단히 소개할 것이다.