여백
> IT
'양자의 전성시대' 열리나...넘어야 하는, 고민해야 하는 포인트는?국가 지원이라는 양날의 칼도 고민해야

[이코노믹리뷰=최진홍 기자] 2013년 영국의 가디언은 미국 국가안보국(NAS)에서 일하던 한 프로그래머의 제보를 받아 미국 정부가 세계를 대상으로 전방위적 감청에 나서고 있다는 점을 폭로했다. 가디언이 공개한 기밀문서에 따르면 미국 정부는 프리즘 프로젝트를 통해 일반인은 물론 해외 정상의 전화 내용까지 도청했으며, 2002년부터 무려 10년 이상 독일 메르켈 총리의 휴대전화를 해킹했다. 가디언에 제보한 프로그래머의 이름은 에드워드 스노든. 그는 지금 러시아에 망명중이다.

에드워드 스노든의 폭로는 세계사의 흐름을 바꿨으나, ICT 측면에서도 다양한 파급력을 보여줬다. 이 세상에 절대적으로 안전한 통신 수단이 없다는 점이 새삼 확인됐기 때문이다. 자연스럽게 '완벽에 가까운 통신보안은 어떻게 구현할 수 있을까?'라는 화두가 부상했다. 모바일 시대를 넘어 인공지능 및 빅데이터의 초연결 시대가 도래하는 지금, 현재의 모든 ICT 기술이 매달리고 있는 핵심 키워드다.

양자(Quantum)암호통신이 새로운 도전의 대상으로 부상한 이유다.

   
▲ 양자암호통신의 원리가 보인다. 출처=SKT

양자 ICT 3대장

양자는 모든 물리량의 최소측정값이다. 이를 활용하는 양자 ICT에는 크게 양자컴퓨터, 양자센서, 양자암호통신 등 세 개의 산업이 각광을 받고 있다.

양자컴퓨터는 양자적 조합의 형태인 큐비트를 이용해 연산을 하며 양자중첩, 양자얽힘, 불확실성을 통한 병렬처리가 가능하다. 1982년 미국의 이론 물리학자 리처드 파인만이 처음 양자컴퓨터에 대한 개념을 정립한 후 지속적으로 기술이 발전했으며 2014년 세계 최초의 양자컴포터인 D-Wave가 공개된 바 있다.

양자컴퓨터의 활용성은 무궁무진하다. 당장 알고리즘 자체가 유동적이며 다양하기 때문에 하나의 알고리즘에 의존하는 기존 컴퓨터에 비해 '어렵고 복잡한 문제'를 효과적이고 빠르게 풀어갈 수 있는 능력을 가지고 있다. 다만 일각에서는 지금까지 양자컴퓨터가 보여준 미래로는 현재 컴퓨팅 파워의 보완재일 뿐이라는 지적도 나온다. 연산에 대한 개념에 따라 해결할 수 있는 능력치가 기존 컴퓨터와 비교해 대동소이할 수 있기 때문이다. 확실한 알고리즘으로 문제를 풀어갈 수 있는 순간이라면, 양자컴퓨터는 오히려 기존의 컴퓨터와 비교해 눈부신 성과를 내기는 어렵다는 약점도 있다. 

큐비트의 정의와 활용을 통한 다양한 가능성이 제기되어야 하는 이유다. 그리고 양자센서는 미세한 크기의 양자를 검출해 이를 전기신호로 바꾸는 기술이며 레이저 및 적외선, 가시광선을 세밀하게 제어해 신호를 발산시키는 로드맵이다.

현재 양자 ICT 산업에서 가장 각광을 받는 영역은 바로 양자암호통신이다. 초연결의 시대를 안전한 보안으로 채울 수 있는 최고의 카드로 여겨진다.

양자암호통신은 냉정하게 말해 '본연의 암호체계'로 돌아가는 방식이다.

원래 암호는 특정 사람들만 공유하는 것을 원칙으로 한다. A라는 사람이 B라는 사람에게 암호화된 메시지를 보내면 B가 ‘난수표’를 기반으로 A의 메시지를 해독하는 것을 생각하면 편하다. 문제는 A와 B만 주고 받아야 하는 메시지가 유출되거나, 난수표가 해독당하는 경우다. 2차 세계대전 당시 독일은 엔지니어인 아르투어 세르비우스(Arthur Scherbius)가 개발한 암호 생성기 에니그마(Enigma)가 영국의 천재 수학자이자 인공지능 테스트 고안으로 유명한 앨런 튜링의 암호 해독기 봄(Bombe)으로 풀린 사례가 대표적이다.

비단 2차 세계대전 당시만의 일은 아니다. 현재의 암호통신도 권한을 가진 사용자만이 원본 데이터를 확인할 수 있도록 데이터를 암호화하여 정보를 송수신하는 방식이 대표적이다. 다만 이 과정에서 효율성을 이유로 공개키 방식을 채택하고 있으며, 가장 대표적인 방식이 RSA라는 공개키 방식이 주로 사용된다. 그러나 최근 RSA 공개키 방식이 데이터 탈취로 이어지는 잦은 해킹 및 사고에 노출되며 논란이 커지는 중이다. 5G로 대표되는 네트워크 시대를 맞아 강력한 암호 인프라에 대한 업계의 관심이 커지는 이유다.

양자암호통신은 이 지점에서 암호 본연의 가치에 충실하도록 돕는다. 양자암호는 0과 1이 중첩된 양자비트, 혹은 큐피트로 메시지를 작성하며 편광을 활용해 무제한의 범위를 전제한다. 여기서 양자암호통신은 광자의 개수를 조절해 중간 탈취자의 존재를 빠르게 확인할 수 있다. 통신채널로 지나는 양자비트를 복사하는 것도 불가능하며 편광 방식의 변화로 인해 중간 탈취자가 정보를 획득하고 다시 도망쳐도 잡아낸다.

양자암호방식은 주로 비누거품에 비유되고는 한다. A라는 사람이 B라는 사람과 통신을 주고받을 때 현행 암호방식은 취약점이 많다. 중간에 정보를 탈취해 복사한 후 다시 네트워크에 올려도 눈치채기 어렵고, 무엇보다 탈취할 수 있는 경우의 수가 많기 때문이다. 그러나 양자암호통신은 누군가 암호화된 데이터에 접근하는 순간 이를 눈치챌 수 있으며, 무엇보다 강력한 진입장벽을 자랑한다. 심지어 데이터가 송수신 되는 과정에서 데이터가 조금이라도 변형되거나 조작되면 그 즉시 감지가 가능하다. 여기에는 양자를 보내는 기술인 양자키분배기가 존재하고 양자를 만드는 양자난수생성기(QRNG, Quantum Random Number Generator)가 있다. 양자난수생성기는 양자의 특성을 이용해 패턴 분석 자체가 불가능한 무작위 숫자를 만드는 장치로, 통신 네트워크를 통한 해킹의 위험을 원천 봉쇄한다.

정리하자면 양자 ICT 산업의 요소는 양자컴퓨터, 양자센서, 양자암호통신이 가장 각광을 받고 있으며 양자컴퓨터는 복잡하고 불규칙적인 알고리즘 연산을 가능하게 만드는 슈퍼 컴퓨팅, 양자 컴퓨팅을 가능하게 만든다. 다만 지금까지 등장한 양자컴퓨터는 D-Wave의 등장에서 알 수 있듯이 기존 컴퓨터의 보완재로만 그 가능성을 보여줬으며, 아직 개발의 여지가 많다. 양자센서는 초연결 시대를 맞아 이와 관련된 적용이 시도되는 중이다.

양자 ICT 산업에서 가장 두각을 보이는 것은 양자암호통신 영역이며, 여기에는 양자키분배기 및 양자난수생성기 기술이 존재한다. 전자는 암호를 통신망에 태워보낼 수 있는 기술이며 후자는 양자의 패턴을 활용해 순수한 난수를 만드는 기술이다.

   
▲ SKT가 유럽의 양자암호통신 로드맵에 참여한다. 출처=SKT

세계는 양자암호통신 전성시대

현재 각 국 정부, 기업들은 양자 ICT 산업에 주목하고 있다. 유럽연합(EU)과 미국은 이미 양자 기술 개발에 각각 약 1조3000억원, 약 1조4000억원을 투자하겠다고 밝힌 바 있다. 나아가 미국은 지난해 9월 ‘양자정보과학 국가전략’ 수립 및 ‘국가 양자이니셔티브법(National Quantum Initiative Act)’ 제정을 통해 체계적인 지원 기반을 마련했고, 중국은 2022년까지 양자 ICT 산업을 체계적으로 육성한다는 방침을 세웠다.

중국은 양자 ICT 산업에서 가장 빠른 상용화 로드맵을 보여주기도 한다. 실제로 2016년 8월 중국 정부는 북서부 간쑤성 고비사막에 있는 주취안 위성발사센터에서 세계최초 양자통신위성(QUESS)을 탑재한 장정 2-D로켓을 발사했다. 위성의 이름은 중국 춘추전국 시대 철학가이자 과학자면서 기술자였던 묵자(墨子)다. 무게는 약 600kg이며, 90분마다 한 번씩 지구를 한 바퀴 돈다.

중국과학원과 중국 과학기술대는 지난 2011년부터 양자통신위성 프로젝트를 진행한 바 있다. 중국 선전시 난산(南山)구, 칭하이성 더링하(德令哈)시, 허베이성 청더시 싱룽(興隆)현, 윈난성 리장(麗江)시 등 4곳에 지상 거점을 마련한 상태에서 다양한 가능성을 타진하는 중이다. 묵자 프로젝트를 총광한 양자위성 개발 프로젝트 책임자인 판젠웨이(潘建偉) 중국 과학기술대학 교수는 “양자는 물질을 구성하는 최소단위로 분할할 수 없어 복제가 불가능하다는 양자물리학의 기본원리를 바탕으로 한다”면서 “인상적인 미래를 보여줄 것”이라고 말했다.

EU도 움직이고 있다. 지난해 양자 플래그십 조직을 신설해 2018년부터 2028년까지 10년간 10억 유로의 예산을 기업, 연구기관 등에 지원한다는 방침을 세웠다.

국내에서 양자 ICT 산업과 관련된 로드맵은 주로 기업이 추진하고 있다. 대표적인 사례가 SK텔레콤이다.

SK텔레콤은 2005년 고등과학원과 부산 경성대 공동 연구팀이 25㎞ 거리에서 양자암호통신을 시도하는 실험에 성공한 이후, 자체적으로 꾸준한기술개발을 타진했다. 2014년 열린 ‘World IT Show2014’ 현장에서 50㎞ 거리를 두고 10kbps의 속도로 초당 800G의 데이터를 암호화할 수 있는 암호키를 만드는 기술력을 보여주기도 했다.

2013년 국내 최초로 양자암호통신 연구기관 ‘퀀텀정보통신연구조합’ 설립을 이끌었다. 조합 내 총 15개 회원사 중 12곳은 중소기업이다. SK텔레콤은 중소기업과 함께 양자암호통신 핵심 기술을 개발하고, 새로운 가치를 창출해 국가 경제에 기여한다는 방침이다.

2016년 세계 최초로 세종-대전 간 LTE 백홀에 양자암호통신을 실제 적용했으며, 2017년에는 세계에서 가장 작은 크기(5×5㎜)의 양자난수생성기(QRNG) 칩을 개발하기도 했다. 2018년에는 아이디큐(IDQ)를 전격 인수했으며 도이치텔레콤의 모바일엣지엑스에 상호 투자하기로 결정하는 등 양자암호통신 영역에서 두각을 보이고 있다. 스위스 제네바에서 열린 ITU-T회의에서 SK텔레콤이 제안한 양자암호통신 관련 신기술 2건이 국제표준화 과제로 채택되기도 했으며 ITU-T에서 양자표준 분야 의장(Associate Rapporter)으로 활동한 바 있다.

SK텔레콤은 3월부터 5G 가입자 인증 서버에 IDQ의 양자난수생성기(QRNG, Quantum Random Number Generator)를 적용하고 있다.

SK텔레콤의 양자암호통신 기술력은 이제 세계적인 수준으로 올라왔다는 평가다.

SK텔레콤은 지난해 스위스 양자ICT 기업 IDQ에 약 700억원을 투자했으며, 사내 양자기술연구소(퀀텀테크랩) 조직을 IDQ로 통합해 스위스, 한국, 미국, 영국에 IDQ 사무소를 전진 배치한 바 있다. 그 연장선에서 SK텔레콤의 양자암호통신 기술력이 크게 부각되는 중이다.

SK텔레콤은 20일 IDQ가 EU 산하 ‘양자 플래그십(Quantum Flagship)’ 조직이 추진하는 ‘OPEN QKD’ 프로젝트에 양자키분배기 1위 공급사로 참여한다고 밝혔다. OPEN QKD는 도이치텔레콤, 오렌지, 노키아, 애드바 등 이동통신사와 통신장비사는 물론 정부, 대학의 연구기관까지 총 38개의 파트너가 참여하는 대규모 프로젝트다.

   
▲ SKT가 유럽의 양자암호통신 로드맵에 참여한다. 출처=SKT

IDQ는 프로젝트에 참여하는 기업, 연구기관 중 가장 많은 구간에 양자키분배기를 공급하며 스위스 제네바, 독일 베를린, 스페인 마드리드, 오스트리아 비엔나 등 유럽 주요국의 14개 구간(1구간에 약 100Km)에 양자암호 시험망을 구축한다는 설명이다. EU가 중점적으로 추진하는 양자암호통신 전략에 핵심으로 참여하는 셈이다.

IDQ는 이와 동시에 스위스 제네바에서 기업, 대학과 손잡고 블록체인, 스마트그리드, 스마트병원 등 미래 유망 산업 분야에 실제 양자암호 기술을 적용할 계획이다. 양자암호통신의 생태계를 넓혀 사업 기회를 늘리겠다는 의도다.

먼저 스위스 블록체인 기업 몽 벨레항(Mt Pelerin)과 함께 암호화폐 거래소의 디지털 자산 해킹을 막는 ‘양자 금고’ 솔루션을 개발한다. 또한 전력·네트워크 사업자 SIG와는 스마트그리드 분야에서 협력한다. SIG의 데이터센터와 전력발전소에 양자암호통신을 실제 적용해 안전한 전력 공급망을 구축한다. 제네바 대학과는 병원이 장기간 환자 데이터를 안전하게 보관하도록 돕는 암호화 솔루션을 연구할 계획이다.

미국에서도 새로운 꿈을 꾸고 있다. 지난해 미국 양자통신 전문기업 ‘퀀텀엑스체인지(Quantum Xchange)’와 파트너십을 체결한 이후 최근 뉴욕과 뉴저지를 잇는 미국 최초의 양자암호 통신망을 구축했기 때문이다. IDQ와 퀀텀엑스체인지는 현재 구축된 양자암호 통신망을 내년까지 워싱턴D.C.에서 보스턴에 이르는 800Km 구간으로 확장한다는 계획이다. IDQ는 양자키분배기를 공급하며, 퀀텀엑스체인지는 암호키(Key) 전송거리를 확장하는 솔루션을 적용한다. 오는 11월에는 괌·사이판 이통사 IT&E와 협력해 인기 관광지 괌에 양자암호 통신망을 구축할 예정이다.

SK텔레콤은 양자키분배기, 양자난수생성기 등 양자암호통신의 핵심 키워드를 바탕으로 다양한 가능성을 타진한다는 설명이다. 미세한 크기의 양자도 감지하는 양자센서 기술 개발에도 속도를 내며 사실상 양자 ICT 산업 전반을 아우른다는 방침이다.

올해 4분기에는 양자난수생성기 제품 라인업을 대폭 강화해 자율주행차, 데이터센터, 모바일 등 다양한 분야에서 매출을 확대할 예정이다. 박진효 SK텔레콤 ICT기술센터장은 “5G 세상에는 모든 사물이 데이터화 되며 그만큼 보안이 절대적으로 중요해질 것”이라며, “양자암호통신이 대한민국의 국보급 기술로 거듭날 수 있도록 투자를 아끼지 않을 계획”이라고 밝혔다.

SK텔레콤은 5G 시대를 맞아 양자 ICT 산업의 스펙트럼을 넓히는 한편 기술력 확보에도 집중할 방침이다. 당장 삼성전자 등 다양한 파트너와 함께 양자 ICT 산업 전반의 경쟁력을 키운다는 방침도 세웠다.

   
▲ 지난 3월 양자난수생성기가 공개되고 있다. 출처=SKT

“이대로 괜찮을까”

세계 양자 ICT 산업이 전방위적으로 커지는 가운데 국내에서는 아직 이와 관련된 로드맵이 느리게 가동되는 중이다. 기업은 상당히 빠른 행보를 보이고 있으나 사실상 정부의 존재감이 미비하다. 정보통신기획평가원(IITP)의 ICT 기술수준조사 결과에 따르면 국내의 양자정보통신 기술수준은 최고 기술보유국인 미국의 73.6%에 불과하며, 유럽(99.9%), 일본(90.0%), 중국(86.1%)와 10% 이상의 큰 차이를 보이고 있다.

자유한국당 김성태 의원(국회 과학기술정보방송통신위원회 자유한국당 간사, 국회 양자정보통신포럼 공동대표)이 최근 양자응용기술 및 산업 진흥을 위한 ‘정보통신 진흥 및 융합 활성화 등에 관한 특별법(가칭 ‘ICT 특별법’)’ 개정안을 발의하며 새로운 시도를 하고 있으나 아직은 여의치 않다는 분석이다.

김성태 의원은 “국내는 세계 최초 5G 상용화 등 명실상부한 세계 최고 ICT 국가의 위상을 보유하고 있지만 양자정보통신 분야에서만큼은 걸음마 수준에 불과하다”고 지적하며 “양자 기술과 산업에 대한 국가 차원의 종합적인 지원과 육성이 늦어질수록 선진국과의 기술격차가 더욱 벌어져 영영 따라잡을 수 없을 수도 있으며 나중에는 ICT 강국의 위치마저도 위협받을 수 있다”고 주장했다.

기업 주도의 양자 ICT 산업만 이뤄지고 정부 차원의 정책적 지원은 사실상 전무한 가운데, 업계에서는 정부의 다양한 노력도 이어져야 한다고 본다. 다만 양자암호통신의 경우 정부가 지나치게 산업에 개입하면 오히려 정치적 이유로 양자암호통신이 무력화되는 등 부작용이 나타날 수 있다. 결국 정부가 규제 해소와 같은 판을 깔아주는 시도를 이어가며 양자암호통신 기술력을 민간의 영역에 남겨두어 지원하는 것이 가장 효과적이라는 분석도 나온다.

최진홍 기자  |  rgdsz@econovill.com  |  승인 2019.10.21  10:16:55
최진홍 기자의 다른기사 보기

[태그]

#이코노믹리뷰, #최진홍

[관련기사]

이 기사에 대한 댓글 이야기 (0)
자동등록방지용 코드를 입력하세요!   
확인
- 200자까지 쓰실 수 있습니다. (현재 0 byte / 최대 400byte)
- 욕설등 인신공격성 글은 삭제 합니다. [운영원칙]
이 기사에 대한 댓글 이야기 (0)
SPONSORED
여백
여백
전문가 칼럼
동영상
PREV NEXT
여백
포토뉴스
여백