1. 머리말 암호의 역사는 상당히 오래되었다[1]. 역사상 가장 오래된 암호의 기록은 기원전 400년경 고대 그리스인들이 쓰던 스키테일 암호다. 스키테일 암호는 굵은 원통형 막대에 가느다란 종이를 감아 보내고자 하는 메시지를 적고, 남은 부분을 의미 없는 글자들로 채워서 보내는 것이다. 메시지를 확인하려면 처음 메시지를 작성할 때 사용한 원통 막대와 같은 굵기의 막대에 다시 종이를 감아 글자들을 읽어내면 된다. [그림 1] 스키테일 암호 사진[2] 현대의 시각에서 보면 특정 글자 갯수로 묶은 블록당 한 글자씩만 읽으면 되기 때문에 매우 간단하게 풀 수 있지만, 암호의 개념이 없던 옛날에는 꽤나 획기적인 방법이었을 것이다. 이렇듯 인류는 오랜 옛날부터 비밀스러운 무언가를 전달하는 방법을 만들어왔다. 전쟁의 통신용, 특정 그룹의 소속감과 유대감을 확보하려는 수단, 연인에게 사랑을 전하는 방법 등의 목적을 위해 방법들을 발전시켜 왔다. 오랜 시간이 흘러, 수학의 발전과 기계의 사용은 암호학의 새로운 도약을 가져왔다. 사람이 손으로 암호화를 수행하던 것에서 벗어나서 기계를 통한 암호 시스템을 만들게 된다. 현대 암호의 시작이다. 현대 정보이론의 아버지로 불리는 섀넌(Claud Elwood Shannon)은 1945년 Bell랩에 라는 보고서를 제출한다.(이 보고서는 1949년 기밀이 해제되어 라는 이름으로 발표된다) 섀넌은 이 보고서에서 일회성 암호 체계가 안전함을 증명하고, 동시에 혼돈과 확산 이론을 제시한다. 이 이론을 토대로 발달한 것이 대칭키 암호 시스템(Symmetric-key Cryptography) 이다대칭키 암호 시스템은 암호화/복호화에 동일한 키가 사용되는 암호 시스템이다. 내부 구조가 간단해 연산 속도가 빠르다는 장점을 가진다. 하지만 송수신자가 동일한 키를 공유해야 하는 특성상 정보를 주고받는 대상이 늘어날 경우 키의 수가 대상 수만큼 늘어남에 따라 저장 및 관리에 어려움이 생긴다. 한편, 1976년 스탠퍼드대학교의 디피(Whitfield Diffie)와 헬만(Martin Hellman)은 라는 논문에서 처음으로 공개키 암호 시스템의 개념을 제안한다. 이는 불특정 다수 사용자 간에 사전에 키를 나눠가지는 단계를 생략한 채 보안 통신을 하는 방법을 제공했다.(공개키 암호 시스템의 암복호화 순서를 역으로 활용하면 전자서명 기능도 제공할 수 있다) 다만, 이를 구현하기 위해서는 복잡한 수학문제를 활용하기 때문에 대칭키 암호 시스템에 비해 연산 속도가 느리다. 현대의 보안통신은 앞 두 가지 암호 시스템을 적절히 활용한 하이브리드 타입도 사용한다. 공개키 암호 시스템을 이용해 암호통신을 위한 대칭키를 나눠가진 후, 대칭키 암호 시스템을 이용해 대용량 암호 통신을 수행하는 것이다. 이는 사전에 키를 나눠가지지 않으면서도 빠른 암호통신을 가능하게 해주는 장점을 가진다. 하지만 1980년대 리처드 파인만(Richard Phillips Feynman)은 이런 현대 암호시스템에 큰 파장을 불러일으킬 한 컴퓨터의 등장을 예고한다. 그리고 2019년 구글은 시커모어라는 이름의 프로세서를 장착한 양자컴퓨터를 선보인다. 시커모어는 양자 우월성(Quantum supremacy)을 최초로 달성한 양자컴퓨터이다. 이는 현대 암호학이 더 이상 안전하지 않을 수 있음을 말하며, 새로운 암호시스템을 찾아야 할 필요성을 제기한다. 2. 양자컴퓨터와 새로운 보안 위협 2.1 양자컴퓨터란? 현대의 컴퓨터는 정보를 처리하기 위해 비트(Bit) 단위를 사용한다. 각 비트는 0 또는 1로 표현되며, 이 비트들의 조합으로 정보를 만들고 저장하고 처리하는 연산을 수행한다. 이것이 현재 우리가 쓰는 컴퓨터다. 양자컴퓨터는 정보를 처리하기 위해 큐비트(Qubit, Quantum Bit)를 사용한다. 각 큐비트는 0 과 1이 동시에 존재하는 중첩(superposition), 여러 개의 큐비트가 서로 강력한 상관관계를 가지는 양자 얽힘(entanglement) 같은 물리적 현상을 활용하여 정보를 처리하는 컴퓨터다. 위 현상을 활용하는 양자컴퓨터는 각 경우의 수에 해당하는 정보를 동시에 처리할 수 있어 연산 속도가 기존 컴퓨터에 비해 매우 빠른 것이 특징이다. 예를 들어 2비트 정보를 처리한다고 가정하면, 현대의 컴퓨터는 00, 01, 10, 11의 4가지 경우에 대해 4번에 걸쳐 연산을 수행해야 한다. 하지만 양자컴퓨터는 4가지 경우가 중첩되어 있는 2큐비트를 활용하여 동시에 연산을 수행할 수 있다. 이를 확장하여 n비트 정보를 처리할 경우 엄청난 속도의 향상을 기대할 수 있다.