양자컴퓨팅 시대의 암호기술: AES, SHA-3, PQC 정리

PLURA

비록 많은 분야가 여전히 연구 단계에 머물러 있지만, 몇몇 알고리즘은 이미 구체화되어 실제 적용 가능성이 확인된 상태입니다.

Quantum Era Cryptography

1. 주요 알고리즘이 양자컴퓨팅에 영향을 받는지 여부

  1. AES (대칭키 암호)

    • 영향: 양자 알고리즘 Grover에 의해 ‘키 검색’이 어느 정도 가속될 수 있으나, AES-256 기준으로 키 공간이 2^256 → 2^128 정도로 줄어드는 수준이므로 여전히 안전 여력이 있음.
    • 결론: AES는 대칭 암호로서 충분히 큰 키 길이를 사용하면 양자 컴퓨팅 시대에도 계속 안전하게 사용 가능.

  2. SHA-3 (해시 함수)

    • 영향: 마찬가지로 Grover 알고리즘에 의해 2^n → 2^(n/2) 정도로 공격 난이도가 내려갈 수 있으나, SHA-3-512(출력 512비트) 사용 시 2^256 수준의 보안성 확보 가능.
    • 결론: SHA-3 역시 양자 환경에서도 충분한 안전성을 유지함.

  3. RSA, ECC (비대칭키 암호)

    • 영향: 양자 알고리즘 Shor에 의해 소인수분해(RSA)나 이산로그(ECC) 문제가 다항 시간에 해결되므로, 이론상 완전히 붕괴.
    • 결론: 양자컴퓨터가 충분한 규모로 구현될 경우 RSA와 ECC는 더 이상 안전하지 않으므로, PQC로의 전환이 필수.

2. 영향을 받는다면 어떤 대안이 있으며, 우리의 선택지는 무엇인가?

  1. Post-Quantum Cryptography(PQC)

    • NIST 표준 후보

      • 키 교환(KEM): CRYSTALS-Kyber, HQC
      • 디지털 서명: CRYSTALS-Dilithium, SPHINCS+ (추가로 FALCON 표준화 예정)

    • 특징

      • 격자 기반(Lattice-based), 코드 기반(Code-based), 해시 기반(Hash-based) 등 다양한 수학적 난제 활용
      • 양자컴퓨터의 Shor 알고리즘으로도 쉽게 풀리지 않는 구조 설계

  2. 대칭 암호(AES) + PQC 조합

    • 대칭 암호: AES-256, 해시 함수는 SHA-3
    • 비대칭 키 교환/서명: PQC 알고리즘 (Kyber, Dilithium 등)

  3. 현실적인 선택 시나리오

    • 하이브리드 방식: 기존 RSA/ECC를 유지하면서, PQC 알고리즘을 병행 사용
    • 또는 완전 교체: PQC가 표준화되고 검증된 이후, 단계적으로 교체 진행

3. 언제쯤 일상적으로 사용될 것인가?

  1. 표준화 시점

    • NIST는 2024년경 Kyber, Dilithium, SPHINCS+ 등을 최종 표준으로 발표(예정).
    • 이후 IETF 등 국제 표준화 기구를 통해 TLS 등 네트워크 프로토콜에 반영.

  2. 상용 제품 반영

    • 이미 Google, Cloudflare 등에서 PQC-TLS 실험 서비스 중.
    • OpenSSL 3.1+와 liboqs 연동 등을 통해 하이브리드 모드 지원.
    • 2025~2027년 사이에 브라우저, 서버 등의 대규모 업그레이드가 이뤄져 상용화 확산 예상.

  3. 완전 보편화 전망

    • 양자컴퓨팅 하드웨어 성숙도에 따라 다소 유동적이지만, 2030년 전후로는 “PQC + AES/SHA-3” 조합이 디폴트로 자리 잡을 가능성이 높음.

결론

  1. 대칭 암호(AES)와 SHA-3는 양자 환경에서도 비교적 안전하므로, 기존 인프라에서 그대로 유지 가능.
  2. RSA와 ECC는 양자컴퓨팅에 의해 깨질 우려가 커, PQC(포스트 양자 암호)로 전환이 필수적.
  3. NIST 표준(PQC) 발표에 따라 2025~2027년 사이에 TLS, OpenSSL 등 핵심 인프라에서 본격적으로 적용될 것이며, 그 후 빠르게 보편화될 전망.

📖 함께 읽기

참고자료

Tags