[특집-미래전쟁] 28. 양자암호통신 상용화 핵심기술 개발
매우 높은 전압, 큰 부피 및 부담스러운 무게 및 높은 가격으로 활용·보급 제한... TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술 확보해 특허 등룍 완료
2026-01-17
최근 중동의 맹주국으로 불리는 이란에서 대규모 시위가 발생해 수천 명의 국민이 사망했다. 1979년 회교혁명으로 신정체제가 구축된 이후 가장 심각한 국가 존망의 위기에 봉착했다는 평가를 받는다.
이란은 종교 지도자가 정치까지 지배하는 국가로 강력한 이슬람율법을 적용해 인권 침해 논란이 끊이지 않는 국가다. 머리에 쓰는 두건인 히잡(Hijab)을 착용하지 않는 여성에 대한 단속과 처벌은 반정부 시위를 촉발했다.
반미 외교노선으로 미국과 갈등을 빚고 있을 뿐만 아니라 핵개발로 경제제재 조치를 받는 것도 사회적 혼란을 가중시켰다. 시위대가 시위 과정을 온라인으로 공유하거나 연대하는 것을 차단하기 위해 전화와 인터넷망을 차단했다.
작금의 이란 사태가 2011년부터 북아프리카와 중동 지역을 강타했던 자스민 혁명(Jasmin Revolution)의 데자뷰라는 평가를 받는 이유다. 당시 튀니지와 이집트 등에서 독재정권이 붕괴된 것도 소셜네트워크서비스(SNS)의 파급력이었다.
이란 정부가 통신망을 통제하자 글로벌 통신망을 운용 중인 미국 스타링크(Starlink)가 이란 지역에 무료 인터넷을 제공하기로 결정했다. 미국 트럼프(Donald Trump) 대통령이 스타링크의 소유주인 일론 머스크(Elon Musk) 테슬라(Tesla) 회장에게 요청했기 때문이다.
스타링크의 연결이 이란의 반정부 시위에 어느 정도 영향을 미칠지 예측하기 쉽지 않지만 정부의 통제력을 약화시킬 것이라는 점은 명확하다. 미국 정부가 이란 정권을 교체하기 위한 군사 작전을 시도할 가능성도 높다.
1990년대 중반 이후 컴퓨터와 인터넷으로 촉발된 정보화혁명은 이전 산업혁명과 차원이 다른 변화를 촉발시켰다. 전화나 팩시밀리로 소통하는 것보다 경제성과 효율성이 높아졌기 때문이다.
◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개
한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.
더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.
주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.
이번에 소개할 기술은 차세대반도체연구소 양자정보연구단 한상욱 책임연구원(swhan@kist.re.kr)이 수행한 '양자암호통신 상용화를 위한 핵심기술인 트윈-필드 (Twin-Field, TF) 양자 키 분배 (Quantum Key Distribution, QKD) 네트워크 기술'이다.
◇ 매우 높은 전압, 큰 부피 및 부담스러운 무게 및 높은 가격으로 활용·보급 제한
양자암호통신 상용화 핵심기술인 TF QKD((Twin-field Quantum Key Distribution) 프로토콜의 네트워크 확장을 위한 실용적인 구조 개발 및 실험적 검증을 진행했다.
2018년 제안된 TF QKD는 기존 QKD의 거리 제한을 크게 개선할 수 있으며 세계적인 주요 선도그룹에 의해 1:1 구조에서의 검증이 이뤄졌다. 다만 TF QKD의 높은 구현 난이도로 인해 네트워크 구축에 관한 연구는 미진한 실정이다.
참고로 TF QKDTF는 양자키 분배(QKD) 기술의 한 종류로 기존 QKD의 통신 거리 한계를 극복하고 다대다 네트워크 확장에 유리한 장거리 양자암호 프로토콜이다.
◇ TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술 확보해 특허 등룍 완료
연구 내용을 살펴보면 △플러그-앤-플레이 (Plug-and-play, PnP) 구조를 적용하여 TF QKD 구현 난이도 개선 △통신 구성원(Alice, Bob)이 레이저를 공유하게 하여 복잡한 레이저 파장 제어시스템 불필요 △패러데이 미러(Faraday Mirror, FM)를 통해 Alice와 Bob의 양자신호가 동일한 광 경로를 왕복하게 설계함으로써 시스템 제어를 단순화 가능 (타이밍 및 편광 제어 불필요) 등이다.
연구한 결과는 △2:N TF QKD 네트워크 구조를 제안하고 실험적으로 검증 △TF QKD 네트워크에 관해 세계 두 번째로 실험적 검증 △편광, 시간, 파장 분할 멀티플렉싱 기술 적용 △TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술 확보 등이다.
TF QKD 네트워크에 관해 세계 두 번째로 실험적 검증은 별(Star) 구조 네트워크로는 세계 최초다. 또한 TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술은 특허 등료까지 완료한 상태다.
▲ 2:N TF QKD 네트워크 구조 [출처=한국과학기술연구원]
▲ 실험적 검증 결과 [출처=한국과학기술연구원]
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이란은 종교 지도자가 정치까지 지배하는 국가로 강력한 이슬람율법을 적용해 인권 침해 논란이 끊이지 않는 국가다. 머리에 쓰는 두건인 히잡(Hijab)을 착용하지 않는 여성에 대한 단속과 처벌은 반정부 시위를 촉발했다.
반미 외교노선으로 미국과 갈등을 빚고 있을 뿐만 아니라 핵개발로 경제제재 조치를 받는 것도 사회적 혼란을 가중시켰다. 시위대가 시위 과정을 온라인으로 공유하거나 연대하는 것을 차단하기 위해 전화와 인터넷망을 차단했다.
작금의 이란 사태가 2011년부터 북아프리카와 중동 지역을 강타했던 자스민 혁명(Jasmin Revolution)의 데자뷰라는 평가를 받는 이유다. 당시 튀니지와 이집트 등에서 독재정권이 붕괴된 것도 소셜네트워크서비스(SNS)의 파급력이었다.
이란 정부가 통신망을 통제하자 글로벌 통신망을 운용 중인 미국 스타링크(Starlink)가 이란 지역에 무료 인터넷을 제공하기로 결정했다. 미국 트럼프(Donald Trump) 대통령이 스타링크의 소유주인 일론 머스크(Elon Musk) 테슬라(Tesla) 회장에게 요청했기 때문이다.
스타링크의 연결이 이란의 반정부 시위에 어느 정도 영향을 미칠지 예측하기 쉽지 않지만 정부의 통제력을 약화시킬 것이라는 점은 명확하다. 미국 정부가 이란 정권을 교체하기 위한 군사 작전을 시도할 가능성도 높다.
1990년대 중반 이후 컴퓨터와 인터넷으로 촉발된 정보화혁명은 이전 산업혁명과 차원이 다른 변화를 촉발시켰다. 전화나 팩시밀리로 소통하는 것보다 경제성과 효율성이 높아졌기 때문이다.
◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개
한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.
더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.
주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.
이번에 소개할 기술은 차세대반도체연구소 양자정보연구단 한상욱 책임연구원(swhan@kist.re.kr)이 수행한 '양자암호통신 상용화를 위한 핵심기술인 트윈-필드 (Twin-Field, TF) 양자 키 분배 (Quantum Key Distribution, QKD) 네트워크 기술'이다.
◇ 매우 높은 전압, 큰 부피 및 부담스러운 무게 및 높은 가격으로 활용·보급 제한
양자암호통신 상용화 핵심기술인 TF QKD((Twin-field Quantum Key Distribution) 프로토콜의 네트워크 확장을 위한 실용적인 구조 개발 및 실험적 검증을 진행했다.
2018년 제안된 TF QKD는 기존 QKD의 거리 제한을 크게 개선할 수 있으며 세계적인 주요 선도그룹에 의해 1:1 구조에서의 검증이 이뤄졌다. 다만 TF QKD의 높은 구현 난이도로 인해 네트워크 구축에 관한 연구는 미진한 실정이다.
참고로 TF QKDTF는 양자키 분배(QKD) 기술의 한 종류로 기존 QKD의 통신 거리 한계를 극복하고 다대다 네트워크 확장에 유리한 장거리 양자암호 프로토콜이다.
◇ TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술 확보해 특허 등룍 완료
연구 내용을 살펴보면 △플러그-앤-플레이 (Plug-and-play, PnP) 구조를 적용하여 TF QKD 구현 난이도 개선 △통신 구성원(Alice, Bob)이 레이저를 공유하게 하여 복잡한 레이저 파장 제어시스템 불필요 △패러데이 미러(Faraday Mirror, FM)를 통해 Alice와 Bob의 양자신호가 동일한 광 경로를 왕복하게 설계함으로써 시스템 제어를 단순화 가능 (타이밍 및 편광 제어 불필요) 등이다.
연구한 결과는 △2:N TF QKD 네트워크 구조를 제안하고 실험적으로 검증 △TF QKD 네트워크에 관해 세계 두 번째로 실험적 검증 △편광, 시간, 파장 분할 멀티플렉싱 기술 적용 △TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술 확보 등이다.
TF QKD 네트워크에 관해 세계 두 번째로 실험적 검증은 별(Star) 구조 네트워크로는 세계 최초다. 또한 TF QKD 네트워크 구현을 위한 원천 기술은 특허 등료까지 완료한 상태다.
▲ 2:N TF QKD 네트워크 구조 [출처=한국과학기술연구원]
▲ 실험적 검증 결과 [출처=한국과학기술연구원]
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