[MHN IT] 해커를 잡을 수도 있는 가장 완벽한 암호, 양자 암호란?

빛의 편광성과 중첩원리를 이용해 정보전달
양자역학에 의해 해커의 존재 판별 가능

[문화뉴스 MHN 권성준 기자] 점점 현실이 되고 있는 4차 산업 혁명의 시대에서 데이터 보안의 중요성은 이전보다 훨씬 더 중요하게 강조되고 있는 분야다.

물론 IT와 통신 기술이 비약적으로 발달한 21세기에 데이터 보안은 언제나 중요하게 여겨졌다. 하지만 4차 산업 혁명으로 이젠 인공지능과 인터넷이 일상의 모든 장소를 점거하기 시작하면서 해킹으로 인한 피해는 과거에 비해 훨씬 심각하게 다가올 것이다.

과거에는 개인 정보의 유출로 끝났던 해킹이 이젠 몸캠피싱, N번방 등의 사건을 통해 한 개인의 인생을 파탄 나게 하는데 충분한 영향력을 끼칠 수 있다는 것이 알려졌다.

하지만 현대의 암호 알고리듬으로는 보안에는 명백히 한계가 있다. 그렇다면 완벽한 암호 체계가 존재할 수 있을까? 적어도 이론적으로 완벽한 방법은 존재한다. 바로 양자 컴퓨터를 통한 양자 암호 기술이다.

현재 인터넷에서 사용 중인 암호 방식은 난수표를 이용한 암호 방식이다.

난수표 방식은 정보를 주고받고자 하는 두 사람이 각자 같은 난수표를 하나씩 가진 다음 보내려는 정보를 발송하면 컴퓨터가 난수표를 이용해 데이터를 암호화 시켜서 난수표를 가진 사람만이 데이터를 알아볼 수 있게 만들어 정보를 지키는 방식이다.

난수표의 기본 원리는 만약 "안녕"이라는 단어를 보낼 때 난수표를 안: 159, 녕: 488이라는 식으로 난수표를 설정한 다음 159 488을 보내면 난수표를 가지고 있는 사람은 이 숫자를 쉽게 해독할 수 있다.

하지만 현대의 데이터 전송 방법에는 문제가 있다. 만약 난수표를 해독할 수 있는 제 3자가 중간에서 데이터를 몰래 복사해 가도 알 수 있는 방법이 존재하질 않는다. 이러한 단점을 해결할 수 있는 것이 양자 암호 기술이다.

양자 얌호는 빛의 편광성을 이용해 데이터를 보낸다. 빛은 삼각함수 모양을 그리며 진행하는 횡파이다. 따라서 진행 방향에 수직하게 진동한다.

진행 방향에 수직 한 방향은 무수히 많지만 빛은 편광 판을 이용해 한 방향으로 진동하는 빛을 만들어낼 수 있다. 만약 + 모양과 X 모양의 편광 판을 이용한다면 4가지 진동방향을 이용해 정보를 생산할 수 있다.

이런 원리를 이용해 전송자가 정보를 만들어 수신자에게 전송하면 수신자는 임의의 필터를 이용해 이 정보를 받는다. 이러한 과정을 반복해서 실행한 다음 수신자의 컴퓨터는 받은 정보를 전부 저장한다.

그다음 서로 간의 컴퓨터가 정보 교환을 해서 저장된 정보 중 전송자랑 같은 필터를 사용한 정보를 선택하고 나머지 정보는 제거한다. 이렇게 한다면 수신자는 전송자의 정보를 완전히 얻을 수 있다.

만약 제 3자가 중간에서 정보를 훔친다면 어떨까? 이 경우는 물리법칙이 제 3자를 방해한다.

양자역학에 의하면 관측하기 전에 확률로 존재하던 물리학적 상태는 관측을 통해 한 상태로 붕괴한다. 슈뢰딩거의 고양이 이론을 생각하면 되는데 고양이가 죽었는지 살았는지는 관측 전에 확률로 존재하다가 관측을 통해 죽은 상태와 살아있는 상태 둘 중 하나로 붕괴한다는 사고실험이다.

만약 제 3자가 필터를 통과한 빛에 간섭을 해 관측을 해버렸다면 정보는 변질되 버린다. 전송자와 수신자의 컴퓨터가 동일한 필터 정보를 얻어 수신자가 정보를 봤을 때 이 데이터가 변질되어 있다면 제 3자가 존재한다는 의미가 된다.

만약 제 3자가 동일한 필터를 사용한다면 어떻게 될까? 이 경우는 제 3자의 존재를 눈치챌 방법이 없다. 하지만 데이터의 길이가 길어진다면 우연히 동일한 필터를 사용할 확률은 0에 수렴한다고 봐도 무방할 정도이므로 양자 암호는 거의 완벽한 암호 기술로 여겨진다.