실제 환경에서 양자 신호 전송하는 기술 시스템화

국내 연구진이 무선 양자암호통신을 위한 핵심 집적화 부품을 자체 기술로 개발, 시스템화하여 실제 환경에서도 양자 신호를 전송하고 복원하는데 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 해킹을 원천적으로 차단할 수 있는 차세대 보안통신기술인 무선 양자암호통신기술을 이용해 연구원 1동 옥상 100m 이상의 거리에서 야간 뿐만 아니라 낮에도 양자 신호(광자)를 전송하고 복원하는데 성공했다고 밝혔다. 

ETRI가 이번에 개발한 무선 양자암호통신 시스템 기술은 빛의 알갱이인 광자(Photon)에 정보를 담아 전송하고 복원하여 암호키를 생성하는 기술이다. 제 3자가 데이터를 탈취할 경우, 양자 정보가 변하게 되어 해킹이나 도청이 원천적으로 불가능하다. 

ETRI는 100m 이상의 전송 거리에서 밤의 경우 1%, 낮에는 3% 수준의 우수한 양자비트오류율을 유지하는데 성공했다. 연구진은 초당 2십만 비트 이상의 암호키 생성이 가능한 200kbps 수준의 기술을 확보했다. 

일반적으로 양자 신호를 잘못 전달하는 비율을 나타내는 양자비트오류율이라 하는데 11% 이하이면 양자 암호키를 생성할 수 있다. 오류율이 낮을수록 더욱 빠른 속도로 암호키를 생성할 수 있으며 3%의 양자비트오류율은 아주 우수한 성능이다. 

또한, 양자암호통신을 통해 생성한 암호키는 저속의 암호키를 이용하여 고속의 데이터를 암호화하는 용도로 사용되기 때문에 이번에 확보한 암호키 속도는 수십 Gbps급 데이터 전송에도 충분히 활용 가능하다고 연구진은 설명했다.

이번 발표는 양자 신호보다 훨씬 더 강한 태양 빛이 있는 낮에도 성공적으로 양자 신호를 복원했다는 점에서 큰 의미가 있다. ETRI 연구진은 잡음 초저감 기술을 개발, 적용하여 낮에도 3% 이하의 양자비트오류율을 나타내는 양호한 결과를 얻었다고 설명했다. 

또한, ETRI는 지난해 말, 자체적으로 개발한 수 cm수준의 집적형 양자암호통신용 핵심 부품을 시스템에 적용하여 상용화에 더욱 다가섰다는 평가를 받는다. 

무선 양자암호통신 핵심 부품의 소형화는 드론 기반 시스템, 소형 단말 시스템 등 향후 다양한 분야에 양자암호통신이 응용되기 위한 필수적인 핵심 기술이다.

ETRI가 개발한 무선 양자키분배 시스템은 실환경 구동에 필요한 기술을 상당부분 확보한 만큼, 현재 단계에서 핵심 기술의 기술이전이 가능하며 1~2년 내에 상용화에 더욱 가까워 질 수 있을 것이라고 밝혔다. 향후, 본 기술은 스마트폰과 은행 ATM처럼 가까운 거리 내의 통신시 활용 가능하다고 설명했다.

다만, 연구진은 무선 양자암호통신 시스템이 단거리 뿐만 아니라 장거리 통신 등의 다양한 분야에 상용화되기 위해서는 추가적으로 장거리 양자 신호 전송 연구, 이동체 양자 통신 기술 연구 및 암호화기와 복호화기를 포함한 현대 암호통신과의 융합 기술 개발이 필요하다고 말했다. 

아울러 연구진은 무선 양자암호통신 시스템에서 다중 레이저를 활용한 양자암호통신 시스템의 해킹 가능성을 처음으로 규명했다. 또 해킹을 차단하고 성능을 확보할 수 있는 방법을 포토닉스 리서치(Photonics Research)에 게재, 3월호 표지논문에 선정되기도 했다.

ETRI 무선 양자암호통신 연구 책임자인 윤천주 박사는“무선 양자통신용 광원과 편광부호화용 모듈, 편광복호화용 모듈과 단일광자검출기까지 집적화된 초소형 무선양자암호통신 송수신 부품을 연구 개발해 소형 단말, 단거리 서비스 연구 기술 개발을 계속 진행할 예정이다”라고 밝혔다. 

또한, 연구진은 소형 무선양자암호통신 송수신 부품을 활용하여 전송 거리를 더욱 증가시킬 수 있는 기술뿐만 아니라 자동차나 드론과 같은 이동체 등에서도 사용될 수 있는 무선양자암호통신 시스템을 개발할 계획이라고 설명했다.