[첨단 헬로티]

최근 ‘보안 시스템의 혁명’이라 일컬어지는 양자암호통신에 대한 연구경쟁이 치열하다. 국내에서도 활발한 연구 활동이 이루어졌는데, 그 결실을 한국전자통신연구원(이하 ETRI)이 맺었다. 무선 양자암호통신을 할 수 있는 핵심기술 개발에 처음으로 성공한 것. 

 

▲ ETRI 연구진이 이번에 개발한 양자암호통신 방식의 모듈형 송·수신 부품을 가리키고 있다. 

 

ETRI가 개발한 송·수신 핵심부품은 양자암호통신을 하는 과정에서 암호키를 무선 전송하는 데 필요한 것이다. 그동안에는 부피가 미터(m)급으로 큰 편광결합기, 빔 결합기, 반파장판 등 개별 부품 및 장치들을 사용해 왔는데, 새로운 집적화 방식을 적용하여 기존 대비 1/100 크기인 센티미터(㎝)급 이하로 부품 소형화에 성공했다.

양자암호통신은 레이저 광원으로부터 나온 광자(光子)의 세기를 줄여 단일 광자 수준으로 만든 후 수신자에게 전송하여 암호키를 생성하게 된다. 광자의 편광 및 위상 양자 상태를 생성, 전송 및 검출하여 송·수신자에게 암호화된 키를 만들어주는 원리다. 따라서 중간에 해킹이나 도청을 하면 양자 상태가 변하게 되어 원칙적으로 해킹이나 도청이 불가능하다. 

연구진은 양자암호통신용 송·수신 핵심부품으로서 4채널 광원, 4채널 편광 결합/분리 모듈, 4채널 단일광자검출기까지 부품 모듈로 구현하였다. 또한 송신부 핵심 편광 결합 칩의 크기는 40㎜ x 2㎜ 수준으로 기존 송신부를 구성하던 4개의 부품을 아주 작게 만들었다. 시스템 구동 속도도 100MHz로 세계적 수준이다.

기존 송·수신부품은 고가의 벌크 개별부품들을 여러 개 조합해야 하므로 가격이 비쌌다. 그리고 개별부품들을 정렬해야 하는 어려움이 있었으나, 이번 연구진이 개발한 부품은 이런 문제점을 해결했다. 따라서 안정성 확보, 대량생산, 저가화 등이 가능하여 양자통신 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 

이번 무선 양자암호통신 부품은 향후 통신장비에 내장되어 암호화 장치로 활용될 것으로 보고 있다. 특히, 국가행정망 보안 네트워크나 보안 금융망, 군사기밀 암호전송, 데이터센터 기밀유지, 개인의료/정보 보안서비스, 차량해킹 방지 등에 유용할 것으로 전망된다.

▲ 양자암호통신 방식의 모듈형 송·수신 부품과 편광 결합 칩

향후 연구진은 개발된 송·수신 핵심 부품을 이용하여 내년 초에 실제 환경에서 무선양자통신을 시연할 계획이다. 이를 통해 수백 kbps급의 암호키 전송률을 확인하고 퀀텀비트 에러율을 세계적 수준을 뛰어넘는 5% 이내로 맞춘다는 방침이다.  

ETRI는 향후 모듈 크기를 더 소형화 하는 데 주력하고 집적화하며 또한 양자 암호키 생성 속도와 전송 거리를 개선할 계획이다. 

ETRI 윤천주 광통신부품연구그룹 프로젝트 리더는 “차량 내 및 차량 간 보안 통신, 모바일 단말 등 다양한 기기가 통신망에 연결될 사물인터넷(IoT) 시대에 보안이 완벽 보장되는 양자암호통신으로 민감한 정보 송·수신이 가능케 될 것이다”라고 말했다.