양자암호통신(Quantum)

양자암호화란?

양자암호학에는 두가지 채널이 사용된다. 광자 하나하나에 신호를 실어 보내서 통신하는 양자채널(quantum channel)과 기존의 통신망을 활용하는 퍼블릭채널(public channel)이 있다. 퍼블릭채널은 일반적으로 기존의 TCP/IP 프로토콜을 활용한다.

 

1984년 C. H. Bennet과 G. Brassard가 양자암호에 대한 논문을 발표하면서 같이 제안한 양자암호 통신 프로토콜이다. 송신자(엘리스)와 수신자(밥) 사이에 OTP를 생성하는 프로토콜이며, 표와 같이 0비트의 상태를 나타내는 편광 2가지와 1비트의 상태를 나타내는 편광 2가지를 정의 한 다음 십자필터와 대각필터를 통해 측정하게 된다. 이 프로토콜을 통해 엘리스와 밥은 임의의 난수를 생성할 수 있으며, 중간에 도청자(이브)가 난입하여 정보를 가로채려는 시도를 해도 정확한 정보획득이 어려울뿐더러, 신호가 왜곡되어 이브의 존재가 드러나게 된다. BB84 프로토콜의 전체적인 흐름은 다음과 같다.

 

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1. 엘리스가 임의의 비트를 생성한다
2. 비트를 전송할 편광신호로 변환하기 위해 필터를 하나 선택한다.
3. 필터에 대응되는 편광신호를 생성하고 양자채널로 보낸다
4. 밥은 측정하기 위한 편광필터를 임의로 선택한다.
5. 선택한 편광필터로 값을 측정하여 보관한다
6. 엘리스와 밥은 퍼블릭 채널을 통해 같은 필터를 사용했는지 여부를 검증한다
7. 같은 필터를 사용한 비트에 대해서만 보관하고 서로 다른 필터를 사용한 비트는 제거한다.

 

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양자(Quantum)의 고유한특성

- 양자의 종류에는 광자, 전자, 이온, 원자 등 여러가지가 있지만 양자암호통신에서는 빛의 최소단위인 광자를 이용

- 양자암호통신은 예측할 수 없는 양자의 움직임으로 만든 난수로 정보를 암호화

 

 

양자 중첩

- 여러 상태가 확률적으로 하나의 양자에 동시에 존재하고 측정하기 전까지 정확한 양자상태를 알수없다는 특성

양자얽힘

- 둘 이상의 양자가 가지는 비고전적 상관관계로 두 양자가 서로 멀리 떨어져 있어도 존재하는 특성

불확실성

- 서로 다른 물리량이 동시에 정확하게 측정이 불가능한 특성

 

 

 

 

 

양자암호통신의 구성

- 양자키분배(QKD, Quantum Key Distribution)

- 데이터 암호화/복호화를 수행하는 암호장비