[논문 리뷰] A Review of Quantum Cybersecurity: Threats, Risks and Opportunities

Md Jobair Hossain Faruk, Sharaban Tahora외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 07.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 양자 사이버보안에 대한 종합적인 체계적 리뷰를 제공하며, 양자 컴퓨팅이 현대 암호 기술에 대해 어떻게 변혁적인 위협과 기회를 동시에 안기는지 분석한다. 논문은 현재의 양자 저항성 암호 기법과 양자 강화 보안 기반 기술을 평가하여, 변화하는 양자 시대 사이버보안 환경을 뒷받받는 연구자들과 전문가들을 위한 통합 지식 기반을 제공한다.

ABSTRACT

The promise of quantum computing is not speeding up conventional computing rather delivering an exponential advantage for certain classes of problems, with profound implications for cybersecurity for instance. With the advent and development of quantum computers, cyberspace security can surely become the most critical problem for the Internet in near future. On contrary, prosaic quantum technology can be promising to transform cybersecurity. This research aims to synthesize basic and fundamental studies concerning quantum cybersecurity that can be emerged both as a threat and solution to critical cybersecurity issues based on a systematic study. We provide a comprehensive, illustrative description of the current state-of-the-art quantum computing and cybersecurity and present the proposed approaches to date. Findings in quantum computing cybersecurity suggest that quantum computing can be adopted for the betterment of cybersecurity threats while it poses the most unexpected threats to cybersecurity. The focus and depth of this systematic survey not only provide quantum and cybersecurity practitioners and researchers with a consolidated body of knowledge about current trends in this area but also underpins a starting point for further research in this field.

연구 동기 및 목표

• 현대 암호 시스템에 대한 위협이자 해결책으로서의 양자 사이버보안 분야의 기초 연구를 통합하기 위해.
• 양자 컴퓨팅의 최신 동향과 사이버보안 인프라에 대한 영향을 분석하기 위해.
• 양자 저항성 암호 기법과 양자 강화 보안 기반 기술에 대한 제안된 접근 방식을 식별하고 평가하기 위해.
• 양자 사이버보안 분야의 신규 동향에 대해 연구자들과 전문가들에게 통합된 참고 자료를 제공하기 위해.
• 분야의 핵심 과제와 기회를 맵핑하여 향후 연구의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• 양자 컴퓨팅과 사이버보안 분야의 동료 심사 논문 및 컆퍼런스 논문을 대상으로 한 체계적 문헌 리뷰 수행.
• 기존의 양자 저항성 암호 기법을 라벨 기반, 코드 기반, 이소지 기반 암호로 분류.
• Shor의 알고리즘과 Grover의 알고리즘을 분석하여 RSA 및 AES와 같은 기존 암호 표준에 미치는 영향 평가.
• 양자 키 분배(QKD) 프로토콜과 그 실용적 구현 과제 평가.
• 기존 암호 기법과 양자 저항성 암호 기법을 융합한 하이브리드 암호 기법 설문 조사.
• 유의미한 발견들을 통합하여 양자 사이버보안 분야의 위협, 위험, 기회에 대한 체계적인 개요 제공.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Shor의 알고리즘과 Grover의 알고리즘이 기존의 공개키 암호 기법과 대칭 키 암호 기법에 어떻게 위협이 되는가?
• RQ2 현재 표준화 과정에 있는 가장 유망한 양자 저항성 암호(PQC) 후보는 무엇인가?
• RQ3 기존 시스템을 해체하는 것 외에 양자 기술이 보안을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 실제 네트워크 환경에서 양자 키 분배(QKD)의 실용적 제약과 구현 과제는 무엇인가?
• RQ5 하이브리드 암호 기법은 어떻게 기존 암호 기법에서 양자 저항성 암호 기법으로 효과적으로 이행할 수 있는가?

주요 결과

• 장애 내성 양자 컴퓨터에서 Shor의 알고리즘은 RSA와 ECC와 같은 널리 사용되는 공개키 암호 기법을 다항식 시간 내에 뚫을 수 있다.
• Grover의 알고리즘은 브루트 포스 공격에 대해 제곱근의 속도 향상을 제공하여 AES와 같은 대칭 암호의 유효 보안 수준을 낮춘다.
• NIST의 양자 저항성 암호 표준화 과정에서 라벨 기반 암호가 현재 가장 두드러진 후보로 부상하고 있다.
• 양자 키 분배(QKD)는 정보 이론적 보안을 제공하지만 거리 제약과 높은 구현 비용 등의 실용적 제약을 겪고 있다.
• 기존 암호 기법과 양자 저항성 암호 기법을 융합한 하이브리드 암호 기법이 실용적인 이행 경로로 부상하고 있다.
• 양자 안전 암호 기법으로의 전환은 장기적인 계획 수립, 인프라 업데이트, 그리고 글로벌 표준화의 협업이 필요하다. 이는 암호 기술의 수명이 매우 길기 때문이다.