QKD (Quantum Key Distribution, 양자 키 분배)

QKD (Quantum Key Distribution, 양자 키 분배)

양자역학의 원리(불확정성 원리, 양자얽힘)를 활용하여 도청이 이론적으로 불가능한 암호키를 두 통신 당사자 간에 안전하게 분배하는 기술

목적: 도청 원천 차단이 가능한 물리적으로 안전한 키 분배

특징: 정보이론적 보안(무조건적 안전), 도청 탐지 가능, 양자 채널+고전 채널 필요, 거리 제한 존재

BB84 프로토콜: 1) 송신자(Alice)가 랜덤 비트를 랜덤 편광 기저(직선/대각선)로 광자에 인코딩하여 전송 2) 수신자(Bob)가 랜덤 기저로 측정 3) 고전 채널로 사용 기저 비교(기저 일치 비트만 유지) 4) 샘플링으로 오류율 확인(도청 시 25% 이상 오류 발생) 5) 오류 보정 및 프라이버시 증폭 → 최종 비밀키 도출

E91 프로토콜: 양자얽힘(Entanglement) 기반, Bell 부등식 위반 확인으로 도청 탐지, EPR 쌍 활용

구조: 양자 채널(광섬유/자유공간, 광자 전송, 도청 시 양자 상태 변화) + 고전 채널(인증된 공개 채널, 기저 비교/오류 보정)

장점: 이론적으로 완벽한 보안(물리 법칙 기반), 도청 즉시 탐지, 미래 양자컴퓨터에도 안전

단점: 전송 거리 제한(광섬유 ~100km), 양자 중계기 미성숙, 높은 구축 비용, 낮은 키 생성 속도, 채널 손실

PQC와 비교: QKD(물리적 보안/양자 채널 필요/거리 제한/하드웨어 의존) vs PQC(수학적 보안/기존 인프라 활용/거리 무제한/소프트웨어), QKD(키 분배만) vs PQC(암호화/서명/키교환 모두), 상호 보완적 활용 가능

적용사례: 한국 SKT 양자암호통신망, 중국 京滬(징후) 간선(2,000km), EU OpenQKD 프로젝트, 위성 QKD(중국 묵자호), 금융기관 간 보안 통신

연관: 양자내성암호(PQC), 양자암호(Quantum Cryptography), BB84, 양자얽힘, 양자중계기