• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2022년도 추계학술발표대회
• /
• pp.30-32
• /
• 2022

다가오는 양자 컴퓨터 시대에 대비하여, 양자 컴퓨터상에서의 암호 분석은 활발한 연구 분야 중 하나이다. 양자 알고리즘을 사용한 암호 분석 시, 대상 암호는 반드시 양자 회로로 구현되어 양자 컴퓨터상에서 동작될 수 있어야 한다. 이에 공개키 암호인 RSA, ECC의 핵심 연산 또는 다양한 대칭키 암호들에 대해 양자 회로로 최적화 구현하는 연구들이 발표되고 있다. AES는 고전 컴퓨터상에서 뿐만 아니라, 양자 컴퓨터상에서 활발한 최적화 구현 대상이다. AES의 양자 회로 구현 시, 가장 많은 양자 자원이 필요한 연산은 S-Box이다. 이에 본 논문에서는 다양한 AES 양자 구현에서의 다양한 S-Box 양자회로 구현에 대해 살펴보고 다양한 최적화 특징에 대해 살펴본다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제25권8호
• /
• pp.1060-1066
• /
• 2021

최근, 양자컴퓨터를 활용하기 위한 연구개발이 다양한 분야에서 활발하게 이루어지고 있다. 양자컴퓨터는 양자 얽힘, 양자중첩과 같은 다양한 양자역학의 현상과 특성을 활용하여 연산을 수행하기 때문에 기존 컴퓨팅 환경에 비해 아주 복잡한 연산과정을 거치게 된다. 이러한 양자컴퓨터를 구동하기 위해서는 연산에 활용되는 양자게이트의 구성뿐만 아니라 큐비트의 종류, 배치, 연결성 등 물리적인 양자컴퓨터의 요소를 반영한 알고리즘이 구성되어야 한다. 따라서 양자컴퓨터 구성요소들의 상호간 영향을 포함한 구성 정보를 직관적으로 파악할 수 있는 회로 시각화가 필요하다. 본 논문에서는 양자컴퓨터를 구성하는 양자칩 정보와 양자컴퓨팅 회로 데이터를 3D로 시각화하여 직관적으로 데이터를 관측하고 활용할 수 있도록 시각화 하여 직관적인 정보를 분석할 수 있는 방법을 제안한다.

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

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

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
• /
• 제10권4호
• /
• pp.101-106
• /
• 2021

양자 알고리즘과 양자 컴퓨터는 우리가 현재 사용하고 있는 많은 암호들의 안전성을 깨뜨릴 수 있다. 그루버 알고리즘을 n-bit 보안레벨을 가지는 대칭키 암호에 적용한다면 보안레벨을 (n/2)-bit 까지 낮출 수 있다. 그루버 알고리즘을 적용하기 위해서는 오라클 함수에 대칭키 암호가 양자 회로로 구현되어야 하기 때문에 대상 암호를 양자 회로로 최적화하는 것이 가장 중요하다. 이에 AES 또는 경량 블록암호를 양자 회로로 구현하는 연구들이 최근 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 국산 경량 블록암호 LEA를 양자 회로로 최적화하여 구현 하였다. 기존의 LEA 양자회로 구현과 비교하여 양자 게이트는 더 많이 사용하였지만, 큐빗을 획기적으로 줄일 수 있었으며 이러한 트레이드오프 문제에 대한 성능 평가를 수행하였다. 마지막으로 제안하는 LEA 양자 회로에 그루버 알고리즘을 적용하기 위한 양자 자원들을 평가하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2021년도 추계학술발표대회
• /
• pp.243-246
• /
• 2021

양자 알고리즘이 수행 가능한 양자 컴퓨터는 기존 암호 시스템의 보안성을 낮추거나 깨뜨릴 수 있다. 이에 양자 컴퓨터의 공격 관점에서 기존 암호 시스템의 보안성을 재평가하는 연구들이 활발히 수행되고 있다. NIST는 대칭키 암호 시스템에 대한 양자 후 보안 강도에 평가에 Grover 알고리즘의 적용 비용을 채택하고 있다. Grover 알고리즘이 대칭키 암호 시스템의 보안성을 절반으로 줄일 수 있는 시점에서 중요한 건 공격 비용이다. 본 논문에서는 경량블록암호 SPECK 양자 회로 최적화 구현을 제시한다. ARX 구조의 SPECK에 대해 최적의 양자 덧셈기를 채택하고 병렬 덧셈을 수행한다. 그 결과, 최신 구현물과 비교하여 depth 측면에서 56%의 성능향상을 제공한다. 최종적으로, 제시하는 SPECK 양자 회로를 기반으로 Grover 알고리즘 적용 비용을 추정하고 양자 후 보안 강도를 평가한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
• /
• pp.179-182
• /
• 2023

양자 알고리즘인 Shor 알고리즘으로 공개키 암호의 보안성이 붕괴됨에 따라 NIST는 양자내성암호 표준화 공모전을 진행하였다. 또한 암호시스템의 양자 후 보안을 위해, 양자 컴퓨터상에서 암호 알고리즘들을 미리 구현하고 분석하는 연구가 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는, NIST 양자내성암호 공모전 Round 4의 후보 알고리즘인 Classic McEliece의 공개키 생성 양자 회로 구현을 제시하고 회로에 필요한 양자 자원을 추정한다.

• 스마트미디어저널
• /
• 제12권2호
• /
• pp.83-90
• /
• 2023

양자 컴퓨터의 등장은 기존 해시함수 보안에 위협이 되고 있다. 본 논문에서 우리는 국내/국제 해시함수인 LSH, SHA2, SHA3, SM3에 대한 양자회로 구현 결과를 확인하고 비교 분석을 진행하였다. 양자 컴퓨터에서 기존 해시함수를 동작하기 위해서는 양자 회로로 구현되어야 하며 필요한 양자 자원 추정을 통해 양자 보안 강도를 확인할 수 있다. 우리는 각 논문에서 제안한 양자회로 구현 방법 및 양자 자원 추정 결과를 여러 방면에서 비교하고 이를 통해 향후 양자 컴퓨터 보안을 충족하기 위한 방안을 논의하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2021년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.269-272
• /
• 2021

본 논문에서는 변수간의 다양한 관계 분석 또는 예측 모델에 많이 적용되는 베이지안 네트워크 모델에 대한 양자 회로를 설계하고, 설계한 양자 회로를 '모여봐요! 동물의 숲' 게임에서 진행되는 무 거래에 대한 무값을 예측하는 시나리오에 적용했다. 제안한 양자 가격 예측 모델은 양자 회로로 표현했으며 IBM 의 Qiskit 을 이용해 구현하였다. 구현한 회로는 시뮬레이션 백엔드 뿐만아니라 IBM 에서 클라우드로 제공하는 실제 양자 컴퓨터 2 종의 백엔드에 실행하였고, 실행 결과와 설계한 회로를 바탕으로 제안한 모델의 성능을 분석하여 제안 모델의 효용성을 보였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.168-171
• /
• 2023

양자 컴퓨터가 발전됨에 따라 이와 관련된 연구들이 꾸준히 발표되고 있다. 그 중 양자 컴퓨터의 응용과 밀접한 연관이 있는 양자 회로 최적화 연구는 양자 컴퓨터 환경에서의 암호 공격 비용 추정 연구에서 핵심으로 여겨진다. 본 논문에서는 양자 회로 최적화를 위한 방법과 암호 구현 분야에서 이를 적용한 논문들에 대해 살펴보고자 한다.