양자내성암호(PQC)

1. 개요

• 정의: 양자컴퓨터 환경에서도 안전성을 유지하는 차세대 공개키 암호 (키 캡슐화·전자서명)
• 필요성
  • 쇼어 알고리즘: 소인수분해·이산대수 문제를 다항 시간에 해결 → RSA·ECC·DH 무력화
  • 그로버 알고리즘: 대칭키 전수조사를 제곱근 수준으로 단축 → 키 길이 확대(AES-256 등)로 대응
  • HNDL 위협: 지금 수집한 암호문을 향후 양자컴퓨터로 복호화 → 장기 기밀 데이터는 선제 전환 필요

2. 구성/원리

• 수학적 기반별 분류
  • 격자 기반: Module-LWE 등 격자 문제 → ML-KEM, ML-DSA (효율 우수, 주류)
  • 해시 기반: 해시 함수 안전성에만 의존 → SLH-DSA (보수적, 서명 크기 큼)
  • 코드 기반: 오류정정부호 복호 난제 → HQC, Classic McEliece
  • 다변수·아이소제니 기반: 일부 후보는 공모 과정에서 공격으로 탈락
• NIST 표준화 (2024-08 최종 발표)
  • FIPS 203 ML-KEM (CRYSTALS-Kyber 기반, 키 캡슐화)
  • FIPS 204 ML-DSA (CRYSTALS-Dilithium 기반, 전자서명)
  • FIPS 205 SLH-DSA (SPHINCS+ 기반, 상태 비저장 해시 서명)
  • 후속: FALCON 기반 FN-DSA 표준화 진행, 코드 기반 HQC를 추가 KEM으로 선정

3. 특징 또는 비교

• 기존 암호 대비: 키·서명 크기 증가로 대역폭·저장공간·핸드셰이크 패킷 크기 영향

4. 고려사항·최신 동향

• 전환 전략: 암호 자산 목록화(CBOM) → 위험 우선순위 → 하이브리드 적용 → 완전 전환
• 암호 민첩성: 알고리즘 교체가 쉬운 구조(추상화 계층, 설정 기반 선택) 설계
• 하이브리드 모드: 기존 ECDH + ML-KEM 병행으로 전환기 위험 분산 (TLS 1.3에 적용 확산)
• 제약 환경: IoT·스마트카드 등 메모리·연산 제약, 부채널 공격 대응 구현 필요
• 국내 동향: KpqC(한국형 양자내성암호) 공모전 진행, 정부 차원의 PQC 전환 로드맵 추진
• QKD와 구분: QKD는 물리 계층 키 분배, PQC는 소프트웨어 알고리즘 기반 (상호 보완)