• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 한국정보처리학회 2022년도 추계학술발표대회
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• pp.30-32
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• 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.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• 제25권8호
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• pp.1060-1066
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• 2021

Recently, researches for quantum computers have been carried out in various fields. Quantum computers performs calculations by utilizing various phenomena and characteristics of quantum mechanics such as quantum entanglement and quantum superposition, thus it is a very complex calculation process compared to classical computers used in the past. In order to simulate a quantum computer, many factors and parameters of a quantum computer need to be analyzed, for example, error verification, optimization, and reliability verification. Therefore, it is necessary to visualize circuits that can intuitively simulate the configuration of the quantum computer components. In this paper, we present a novel visualization method for designing complex quantum computer system, and attempt to create a 3D visualization toolkit to deploy large circuits, provide help a new way to design large-scale quantum computing systems that can be built into future computing systems.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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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.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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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.

• KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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• 제10권4호
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• pp.101-106
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• 2021

Quantum algorithms and quantum computers can break the security of many of the ciphers we currently use. If Grover's algorithm is applied to a symmetric key cipher with n-bit security level, the security level can be lowered to (n/2)-bit. In order to apply Grover's algorithm, it is most important to optimize the target cipher as a quantum circuit because the symmetric key cipher must be implemented as a quantum circuit in the oracle function. Accordingly, researches on implementing AES(Advanced Encryption Standard) or lightweight block ciphers as quantum circuits have been actively conducted in recent years. In this paper, korean lightweight block cipher LEA was optimized and implemented as a quantum circuit. Compared to the previous LEA quantum circuit implementation, quantum gates were used more, but qubits were drastically reduced, and performance evaluation was performed for this tradeoff problem. Finally, we evaluated quantum resources for applying Grover's algorithm to the proposed LEA implementation.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 한국정보처리학회 2021년도 추계학술발표대회
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• pp.243-246
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• 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.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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• pp.179-182
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• 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.

• Smart Media Journal
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• 제12권2호
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• pp.83-90
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• 2023

The advent of quantum computers threatens the security of existing hash functions. In this paper, we confirmed the implementation results of quantum circuits for domestic/international hash functions, LSH, SHA2, SHA3 and SM3, and conducted a comparative analysis. To operate the existing hash function in a quantum computer, it must be implemented as a quantum circuit, and the quantum security strength can be confirmed by estimating the necessary quantum resources. We compared methods of quantum circuit implementation and results of quantum resource estimation in various aspects and discussed ways to meet quantum computer security in the future.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 한국정보처리학회 2021년도 춘계학술발표대회
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• pp.269-272
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• 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.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.168-171
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• 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.