한국통신학회 KICS

스마트 양자통신 연구센터 (Smart Quantum Communication ITRC) 소개

1. 스마트 양자통신 연구센터 개요

해킹에 의한 개인정보 유출 피해가 잦아지면서 정보보안에 대한 관심이 나날이 높아지고 있다. 전화통화, 인터넷 뱅킹, 이메일 전송 등 일상 생활에서 발생하는 다양한 데이터는 도청이나 위변조를 방지하기 위해 암호화 된다. 현재 많은 통신방식에 사용되는 암호는 비대칭키 방식으로 암호해독에 걸리는 시간이 매우 길다는 점이 안전성을 확보하는 주요 성질이다. 그러나 양자컴퓨터와 같은 초고속 컴퓨터가 실현되면 암호해독의 시간이 매우 빨라지게 되며 따라서 현재 암호방식의 안전성이 큰 위협을 받고 있다. 이러한 이유로 양자컴퓨터 등의 초고속 컴퓨터가 출현해도 안전성을 확보할 수 있는 암호 방식 중에 하나로 양자암호가 주목을 받게 되었다.

양자통신은 정보보안 능력과 정보전송 방식에서 기존 통신방식과 차별화 되는 새로운 패러다임을 제시하는 기술이다. 양자통신의 한가지인 양자암호통신은 실용화 및 상용화 단계에 근접한 기술로, 정보보안을 위한 암호화키를 양자상태로 전송해 도청 위험을 원천 차단하는 기술이며, 국방, 의료, 공공망 등과 같이 정보보호가 특히 중요시되는 네트워크에 우선적으로 적용될 예정이다.

고려대학교 스마트 양자통신 연구센터는 기존의 양자유선통신 성능 강화와 양자무선통신 개발을 위해 과학기술정보통신부의 지원 하에 2015년 8월에 설립되었다. 본 센터는 ‘무결점 통신보안을 위한 양자통신 핵심기술 개발 및 응용’을 목표로 국내 7개 대학과 4개 기업, 정부연구기관이 참여하고 있으며, 참여기관 간의 유기적인 연구협력체계를 통해 국내외의 양자통신 기술개발을 선도하고 있다.

2. 추진체계 및 운영전략

양자통신 및 양자정보 기술개발을 위해서 공학뿐만 아니라 물리학, 수학 등 다양한 이공계열 학문간 교류와 융합이 필요하다. 국내 7개 대학의 14개 연구팀이 참여하고 있는 본 연구센터는 고려대학교와 한양대학교의 연구진이 양자 정보처리 및 신호제어 기술을 연구하고 있으며, 지상 양자암호 통신 분야는 고려대학교와 세종대학교, 울산과학기술원의 연구진들이 공동 연구를 진행하고 있다. 서울대학교와 서울시립대학교는 위성 양자통신에 필요한 기술을 개발 중이다.

한편 산업체와의 협력을 위해 양자암호통신 기업, 통신장비 개발기업, 그리고 통신보안 기업이 참여하고 있으며, 대학 연구실과 적극적인 공동연구를 수행할 뿐만 아니라 인적 교류도 활발하게 진행 중이다.

그림 1. 연구수행체계

3. 주요 연구개발 내용

본 센터는 양자통신 기술과 장비의 국산화, 양자 관련 소자부품과 암호화 기술 등 원천기술 개발, 초고속 연산이 가능하고 기존 광통신보다 정보전송 속도가 빠른 양자컴퓨터의 원천기술 개발, 향상된 후처리 알고리즘 개발 및 구현 등을 중점 연구분야로 설정하고 5개의 기술개발 세부과제를 진행 중에 있다.

- 지상 양자통신 기술 개발
양자통신 시스템의 안정성과 양자통신망 기초기술 연구, 사이버테러의 범죄심리 행동특성 연구를 수행하여 양자통신 시스템 공격을 모델링하고 해킹 방어 개선방안을 수립하며, 이를 통해 양자통신 시스템의 성능을 향상시킴.
- 위성 양자통신 기술 개발
무선양자통신의 기반기술 확보를 위해 지상과 위성간 무선 양자통신 시스템을 설계하기 위한 기초 요구조건을 도출하고 레이저 기반의 위성 탐지 및 추적, 양자 중계기 구현 등 위성양자통신에 필요한 핵심기술을 개발함.
- 양자정보 기술 개발
양자통신 및 양자중계기를 위한 양자정보처리 요소기술 개발을 위해 양자정보처리 원리를 이용한 기계 학습, 양자통신 후처리 기술에 대한 심화 연구 및 설계, 응용 연구를 진행함.
- 향상된 후처리 알고리즘 개발 및 구현
오류정정 후처리 알고리즘 간의 성능 비교를 통해 문제점과 개선점을 분석한 후, 파운틴 부호 기반의 오류정정 후처리 알고리즘과 키확장 기반의 후처리 알고리즘을 각각 개발 및 구현 하고, 양자암호 시스템과의 연동시험을 통해 검증함.
- UX 디자인 기반 개인보안 SW 개발
UX 디자인 기반의 난수발생기에 대한 사용자 리서치를 통해 사용자 경험을 분석하고 제품 전략을 수립하며, 양자난수발생기(QRNG)를 활용한 보안 SW 프로토타입을 개발하고 사용성 테스를 진행하여 UX 기반 서비스 디자인 모델을 수립함.

그 밖에도 초중등생의 창의력 계발과 인문학 전공자들의 ICT 융합을 가능하게 하기 위해 SW 교육프로그램을 개발하고, 참여 대학원생들의 아이디어를 창업으로 유도할 수 있는 창업프로그램도 운용하고 있다.

올해로 4년차 연구를 수행중인 본 연구센터는 지난 3년간 각 세부과제별로 진행해 온 분야별 연구성과를 토대로 스마트 양자통신기술의 고도화 및 성능검증에 집중할 예정이다.

그림 2. 연구 추진 전략