양자내성암호

양자내성암호 (PQC, Post-Quantum Cryptography)

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I. 양자 컴퓨팅 위협 대응을 위한 차세대 공개키 암호, 양자내성암호(PQC)의 개요

• 정의: 쇼어 & 그로버 알고리즘을 탑재한 양자컴퓨터의 연산 공격에도 안전성을 보장하는 복잡한 수학적 난제 기반의 소프트웨어/하드웨어 구현형 차세대 공개키 암호 체계
• 특징: ‘Y2Q(Years to Quantum)’ 위협 도래, HNDL(Harvest Now, Decrypt Later) 공격 대응, 알고리즘 대체(Crypto-Agility) 용이

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II. 양자내성암호(PQC)의 아키텍처 및 핵심 기술 요소

가. 양자내성암호의 개념도 및 메커니즘

flowchart TB
    subgraph THREAT["양자 컴퓨팅 위협"]
        direction LR
        SHOR["쇼어(Shor) 알고리즘"]
        HNDL["HNDL 공격 위협"]
        LEGACY["기존 공개키 무력화"]
        SHOR --> LEGACY
        HNDL --> LEGACY
    end

    subgraph PQC_CORE["PQC 핵심 수학적 난제 기반"]
        direction TB
        LATTICE["격자 기반"]
        HASH["해시 기반"]
        CODE["코드 기반"]
        MQ["다변수 기반"]
    end

    subgraph NIST_STD["NIST PQC 표준 알고리즘 체계 (FIPS)"]
        direction LR
        KEM["키 캡슐화"]
        SIG1["전자서명<br/>• FIPS 204: ML-DSA<br/>• FIPS 206: FN-DSA"]
        SIG2["전자서명 (해시 기반)<br/>• FIPS 205: SLH-DSA"]
    end

    subgraph TRANSITION["암호 전환 및 적용 체계"]
        direction LR
        HYBRID["하이브리드 암호화"]
        PURE["완전 PQC 전환"]
        HYBRID --> PURE
    end

    THREAT ==> PQC_CORE
    PQC_CORE ==> NIST_STD
    NIST_STD ==> TRANSITION

• 양자 공격에 취약한 고전 수학 난제를 고차원 격자, 해시 함수 트리, 신드롬 디코딩 등의 양자 내성 수학 난제로 전환

나. 양자내성암호의 핵심 기술 요소

구분	핵심 기술(키워드)	세부 설명
다변수 기반 (MQ)	UOV / MAYO	다변수 연립 2차 다항식 해 탐색 난제
코드 기반 (Code)	Classic McEliece / HQC	오류정정부호 디코딩 난제 기반
격자 기반 (Lattice)	ML-KEM (FIPS 203)	범용 TLS 키 교환 표준 채택
격자 기반 (Lattice)	ML-DSA (FIPS 204)	PKI 인증서 및 전자문서 서명용
격자 기반 (Lattice)	FN-DSA (FIPS 206)	임베디드/펌웨어 특화
해시 기반 (Hash)	SLH-DSA (FIPS 205)	보수적 고안전성 표준
해시 기반 (Hash)	XMSS / LMS (Stateful)	필수적인 보안 부팅에 적용
운영/전환 기술	Crypto-Agility (암호 민첩성)	동적으로 교체 가능한 모듈러 암호 아키텍처 설계 기법

III. 양자내성암호(PQC) vs 양자키분배(QKD) 비교 및 전환 전략

비교 항목	양자내성암호 (PQC)	양자키분배 (QKD)
보안 기반	수학적 계산 복잡도	양자역학 물리 법칙
구현 계층	응용/전송 계층	물리 계층
인프라 호환성	기존 인터넷 망 및 하드웨어 100% 재사용 가능	전용 다크파이버(암흑광섬유) 및 양자 신뢰노드 신설 필수
지원 기능	기밀성(KEM) + 인증/부인방지(전자서명)	대칭키 분배(Key Distribution) 단일 기능만 지원
통신 토폴로지	End-to-End 글로벌 N:N 통신	Point-to-Point
비용 및 확장성	저비용(SW 패치 중심), 높은 확장성	고비용(광통신 장비 구축), 노드 확장성 제한

• 하이브리드 암호(Hybrid Mode) 우선 적용, K-PQC 및 국가 전환 로드맵 준수