• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2024년도 제69차 동계학술대회논문집 32권1호
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• pp.427-430
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• 2024

본 논문에서는 그리드 컴퓨팅에서의 안전한 통신을 위한 양자내성암호 기반 사용자 인증 및 키 교환 프로토콜을 구현하고 성능을 측정한다. 디지털 서명을 통해 사용자를 검증하고 암호키를 교환하여 신뢰할 수 있는 사용자들만이 그리드 컴퓨팅에 참여할 수 있도록 한다. 사용자 인증과 키 교환 과정에 NIST 선정 표준양자내성암호인 ML-DSA와 ML-KEM을 적용하여 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 양자내성암호를 적용한 프로토콜이 기존의 현대암호 기반 전자서명이나 키 교환 과정에 비해 양자내성과 동시에 준수한 사용성을 지녔음을 보인다. 이를 통해 그리드 컴퓨팅의 시스템의 P2P 특성에서 기인하는 보안 문제를 해결하고, 기존에 주로 내부망이나 실시간 스트리밍 서비스에서 활용되던 그리드 컴퓨팅의 인터넷 환경으로의 확장 가능성을 제시한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2022년도 춘계학술발표대회
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• pp.183-186
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• 2022

고성능 양자 컴퓨터가 개발될 것으로 기대됨에 따라 잠재적인 양자 컴퓨터의 공격으로부터 안전한 양자 후 보안 시스템을 구축하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 대표적인 양자 알고리즘인 Grover 알고리즘이 대칭키 암호에 적용될 경우 보안 강도가 제곱근으로 감소되는 보안 훼손이 발생한다. NIST는 대칭키 암호에 대한 양자 후 보안 요구사항으로, 암호 알고리즘 공격에 요구되는 Grover 알고리즘 비용을 기준을 기준으로 양자 후 보안 강도를 추정하고 있다. 대칭키 암호를 공격하기 위한 Grover 알고리즘의 비용은 대상 암호화 알고리즘의 양자 회로 복잡도에 따라 결정된다. 본 논문에서는 NIST 경량암호 공모전 최종 후보에 오른 Sparkle 알고리즘의 양자 회로를 효율적으로 구현하고 Grover 알고리즘을 적용하기 위한 양자 비용에 대해 분석한다. 마지막으로, NIST 양자 후 보안 요구사항과 분석한 비용을 기반으로 경량암호 Sparkle에 대한 양자 후 보안 강도를 평가한다. 양자 회로 구현 및 비용 분석에는 양자 프로그래밍 툴인 ProjectQ가 사용되었다.

• 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.

• 정보와 통신
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• 제31권9호
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• pp.70-76
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• 2014

절대 보안성을 제공하는 양자 키 분배 (quantum key distribution, QKD)는 양자 역학을 이용한 정보통신 응용 중 가장 현실적으로 유망한 분야이다. BB84는 가장 널리 알려진 양자 암호키 분배 프로토콜로써, 4개의 양자 상태를 사용한다. 그 이후, 6개의 양자 상태를 사용하는 six-state 프로토콜이 제안되었으며, 이는 기 제안된 BB84프로토콜 대비 더 높은 보안성을 보이는 것으로 알려져 있다. 또한 QKD의 암호키 전송률 및 보안성 증가를 위해 이중 큐빗 QKD 프로토콜이 제안되었다. 이중 큐빗은 하나의 광자에 편광, 위상, 그리고 주파수 등의 서로 다른 두 개의 변조를 하는 것이다. 이중 큐빗 QKD 프로토콜은 16개의 양자 상태를 사용하며, 심볼 오류율 (Symbol Error Rate, SER)관점에서 앞서 언급한 두 개의 프로토콜 보다 더 높은 보안성을 보장할 수 있다. 본고에서는 앞서 언급한 총 3종류의 QKD 프로토콜의 보안성을 분석하고 비교함으로써 양자 상태 증가에 따른 QKD보안성을 성능을 살펴본다.

• 정보와 통신
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• 제31권6호
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• pp.46-52
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• 2014

본고에서는 차세대 보안통신기술인 양자암호통신에 대해 기술한다. 양자암호통신은 양자키분배와 암호통신으로 이루어지는데 양자키분배란 양자역학적 원리에 의해 비밀키를 송/수신자가 절대 안전하게 나누어 갖는 방법을 일컫는다. 나누어진 비밀키를 이용하여 현대암호 기법을 이용한 암호통신을 수행하면 도청으로부터 절대 안전한 보안통신 구현이 완성된다. 해외에서는 양자암호통신의 가능성과 중요성을 인식하고 집중적인 투자를 통해 연구개발을 진행하고 있으나 아직까지 국내에서는 체계적인 연구개발 활동이 미약한 상황이다. KIST는 2013년 25km 떨어진 송/수신자가 비밀키를 나누어가질 수 있는 BB84 양자키분배 프로토콜 기반 시스템 하드웨어를 구현하여 해외학회에 전시 및 시연 했다. 추후 현대암호와의 융합연구 병행 기술개발을 추진한다면 조기에 양자암호통신 실용화가 가능할 것이라 기대된다. 절대 안전한 차세대 보안통신의 실현은 직접적으로는 국가적인 보안통신망의 확보를 가능하게 하고 간접적으로는 미래 초연결사회에서 활발한 지식 정보 교류를 가능하게 하여 새로운 사회 문화적 변화를 이끌어 내는 기반 기술이 될 것으로 기대한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2019년도 춘계학술발표대회
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• pp.129-132
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• 2019

현재 양자컴퓨터 개발에 대한 전폭적인 연구가 이루어지고 있다. 지금의 양자컴퓨터의 개발수준은 기존 암호 시스템에 위협이 될 정도는 아니지만, 가까운 미래에 다가올 양자컴퓨터 시대에 대한 양자내성암호가 필요한 상황이다. 이에 양자내성암호 표준화를 위해 미국 NIST는 공모전을 열었고, 본 논문에서는 양자컴퓨터 개발현황과 NIST(National Institute of Standards and Technology) 양자내성암호 공모전의 암호알고리즘 설명과 동향을 살펴보고자 한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2020년도 추계학술발표대회
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• pp.405-408
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• 2020

양자 컴퓨터를 활용한 양자 알고리즘은 우리가 현재 사용하고 있는 많은 암호들의 안전성을 깨뜨릴 수 있다. 그루버 알고리즘을 n-bit 보안레벨을 가지는 대칭키 암호에 적용한다면 보안레벨을 O(2^n/2)까지 낮출 수 있다. 그루버 알고리즘을 적용하기 위해서는 우선 대상 암호가 양자 회로로 구현되어야 한다. 때문에 대상 블록암호를 양자 회로로 최적화하는 연구들이 최근 활발히 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 국산 경량 블록암호 LEA를 양자 회로에서 최적화 하였다. 기존의 LEA 양자 회로구현과 비교하여 양자 게이트는 더 많이 사용하였지만, 큐빗을 획기적으로 줄일 수 있었으며 이에 대한 성능 평가를 수행하였다. 마지막으로 제안하는 LEA 구현에 그루버 알고리즘을 적용하기 위한 양자 자원을 평가하였다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제12권6호
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• pp.181-188
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• 2023

Grover 양자 알고리즘은 brute-force attack 가속화로 대칭키 암호의 보안 강도를 크게 감소시키므로 기존 블록 암호가 양자 컴퓨터에 안전하지 않을 것이라 예상한다. 따라서 대상 암호에 대한 양자회로 구현을 통해 Post-quantum 보안 강도를 확인하여 대규모 양자 컴퓨터 시대에 대비할 수 있다. 본 논문에서는 모든 SIMECK 경량 암호군에 대해 양자 자원(큐비트, 양자 게이트)을 최소화 한 기법으로 설계된 최적의 양자회로 구현 결과를 제시하고 각 함수별 양자 회로 동작을 설명한다. 마지막으로 제안된 SIMECK 양자회로에 대한 양자자원 추정 결과를 SIMON 양자 회로 결과와 비교하고 Grover 공격 비용을 계산하여 SIMECK 경량암호의 Post-quantum 보안 강도를 평가한다. Post-quantum 보안 강도 평가 결과 모든 SIMECK 경량 암호군이 NIST 보안 강도에 도달하지 못했다. 따라서 대규모 양자 컴퓨터 등장 시 SIMECK 암호의 안전성이 불명확하다고 예상하며 이에 대해 본 논문에서는 보안 강도를 높이기 위한 방안으로 블록사이즈 및 라운드 수와 키 길이를 증가시키는 것이 적합하다고 판단한다.

• 전자통신동향분석
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• 제34권5호
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• pp.99-112
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• 2019

A quantum light source is an essential element for quantum information technology, including quantum communication, quantum sensor, and quantum computer. Quantum light sources including photon number state, entangled state, and squeezed state can be divided into two types according to the generation mechanism, namely single emitter and non-linear based systems. The single emitter platform contains atom/ion trap, solid-state defect/color center, two-dimensional material, and semiconductor quantum dot, which can emit deterministic photons. The non-linear based platform contains spontaneous parametric down-conversion and spontaneous four-wave mixing, which can emit probabilistic photon pairs. For each platform, we give an overview of the recent research trends of the generation, manipulation, and integration of single photon and entangled photon sources. The characteristics of quantum light sources are investigated for each platform. In addition, we briefly introduce quantum sensing, quantum communication, and quantum computing applications based on quantum light sources. We discuss the challenges and prospects of quantum light sources for quantum information technology.

• 정보보호학회지
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• 제30권3호
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• pp.5-10
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• 2020

본 논문에서는 특정 격자문제와 관련하여 고전계산 알고리즘에 비해 지수적으로 빠르게 문제를 해결하는 최신 양자계산 알고리즘들을 소개한다. 먼저 물리적, 전산학적 문제들을 대수적으로 정형화하는 숨은 부분군 문제의 개념을 소개하고, 양자계산 알고리즘이 효율적으로 해결하는 숨은 부분군 문제들을 통하여 기존 암호체계에 영향을 줄 수 있는 양자계산 알고리즘의 부류에 대해 알아본다. 아울러 격자문제와 관련이 있는 다항시간 양자계산 알고리즘의 연구에 대한 전반적인 성과를 정리하고, 격자문제에 기반한 post-quantum cryptography가 갖추어야 할 기본 요건에 관하여 논한다.