How quantum physics can make encryption stronger | Vikram Sharma

번역: Young You 검토: Jihyeon J. Kim

Recently, we've seen the effects of cyber attacks on the business world.

최근 우리는 사이버 공격이 비즈니스 세계에 미치는 영향을 봤습니다.

Data breaches at companies like JP Morgan, Yahoo, Home Depot and Target

JP 모건, 야후, 홈디포, 타겟 등의 기업에서 발생했던 데이터 유출은

have caused losses of hundreds of millions

수백만 달러의 손실을 냈고

and in some cases, billions of dollars.

일부 사례의 경우, 수십억 달러의 손실이 발생했습니다.

It wouldn't take many large attacks to ravage the world economy.

세계 경제를 황폐화시키는 데에는 많은 공격이 필요하지 않았습니다.

And the public sector has not been immune, either.

그리고 국가 공공 부문 또한 예외는 아니었습니다.

In 2012 to 2014,

2012년에서 2014년 사이

there was a significant data breach at the US Office of Personnel Management.

미국 인사 관리청의 중대한 데이터 유출 사건이 있었습니다.

Security clearance and fingerprint data was compromised,

보안 허가 및 지문 데이터가 손실되어

affecting 22 million employees.

2,200만 명의 직원들에게 영향을 주었습니다.

And you may have heard of the attempt by state-sponsored hackers

또한, 정부가 지원하는 해커들이 여러 나라의 선거 결과에 영향을 주기 위해

to use stolen data to influence election outcomes in a number of countries.

도난된 데이터를 사용한다는 것도 한 번쯤 들어보셨을 겁니다.

Two recent examples are the compromise of a large amount of data

최근에도 두 차례의 대규모 데이터 손실 사례가 있었습니다.

from the Bundestag, the national Parliament of Germany,

독일 국회 의사당 하원에서 발생한 데이터 유출 사건과

and the theft of emails from the US Democratic National Committee.

미국 민주당 전국 위원회에서 발생한 이메일 도용 사건입니다.

The cyber threat is now affecting our democratic processes.

사이버 위협은 이제 우리의 민주적인 삶에도 영향을 미치고 있습니다.

And it's likely to get worse.

그리고 그것은 더욱 심각해 질 것입니다.

As computer technology is becoming more powerful,

컴퓨터 기술이 점점 강력해짐에 따라

the systems we use to protect our data are becoming more vulnerable.

우리의 데이터를 보호하는 시스템은 점점 취약해지고 있습니다.

Adding to the concern is a new type of computing technology,

더욱 염려되는 점은, 새로운 유형의 계산 기술인

called quantum computing,

양자 역학 컴퓨팅이라 불리는 기술은

which leverages microscopic properties of nature

자연의 미세한 특성을 활용하여

to deliver unimaginable increases in computational power.

상상할 수 없을 정도의 연산 능력 향상을 가져온다는 점입니다.

It's so powerful that it will crack many of the encryption systems

이것은 오늘날의 많은 암호화 시스템을 무력화할 정도로 강력합니다.

that we use today.

So is the situation hopeless?

그럼 이러한 상황이 절망적일까요?

Should we start packing our digital survival gear

우리는 디지털 생존 장비를 꾸려

and prepare for an upcoming data apocalypse?

다가오는 데이터 종말을 대비해야 할까요?

I would say, not yet.

저는 아직은 아니라고 말하고 싶습니다.

Quantum computing is still in the labs,

양자 역학 컴퓨팅은 아직 연구 중이고

and it will take a few years until it's put to practical applications.

실용화되기까지는 수년이 걸릴 것입니다.

More important,

더 중요한 사실은

there have been major breakthroughs in the field of encryption.

암호화 분야에서는 더 중대한 발전이 있었다는 점입니다

For me, this is a particularly exciting time

저에게 이러한 일들은 보안 통신의 역사에서

in the history of secure communications.

특별히 흥미로운 시간이었습니다.

About 15 years ago,

약 15년 전

when I learned of our new-found ability

현실에서는 실제로 존재하지 않는

to create quantum effects that don't exist in nature,

양자 효과를 만들어 내는 우리의 신기술을 발견했을 때

I was excited.

저는 매우 흥분되었습니다.

The idea of applying the fundamental laws of physics

물리학의 기본 법칙을 적용하여 암호화를 더욱 강력히 만드는

to make encryption stronger

이러한 아이디어는 정말 흥미로웠습니다.

really intrigued me.

Today, a select groups of companies and labs around the world, including mine,

오늘날, 저희를 포함한 엄선된 몇몇 기업과 연구소들이

are maturing this technology for practical applications.

실용화를 위하여 이 기술을 발전시키고 있습니다.

That's right.

그렇습니다.

We are now preparing to fight quantum with quantum.

우리는 지금 양자를 가지고 양자와 싸울 준비를 하고 있습니다.

So how does this all work?

이런 일이 어떻게 가능할까요?

Well, first, let's take a quick tour of the world of encryption.

먼저, 암호화의 세계에 대하여 간단히 살펴보겠습니다.

For that, you'll need a briefcase,

여러분이 서류 가방 하나를 가지고 있다고 가정합시다.

some important documents that you want to send your friend, James Bond,

여러분 친구인 제임스 본드에게 전달하고 싶은 중요한 서류들을 넣고

and a lock to keep it all safe.

안전하게 보관하기 위해 가방을 잠갔습니다.

Because the documents are top secret, we're going to use an advanced briefcase.

이 문서들은 1급 기밀문서이기 때문에, 우리는 첨단 서류 가방을 사용할 것입니다.

It has a special combination lock

이 가방은 특수 암호키 잠금장치를 가지고 있고

which, when closed,

가방이 잠길 때

converts all the text in the documents to random numbers.

문서에 있는 모든 글자들은 무작위 숫자들로 변환됩니다.

So you put your documents inside, close the lock --

정리하자면, 서류를 가방에 넣고, 가방을 잠근 후

at which point in time the documents get converted to random numbers --

이 시점에서 문서들의 내용은 무작위 숫자들로 변경되었고

and you send the briefcase to James.

그리고 당신은 서류 가방을 제임스 본드에게 보냈습니다.

While it's on its way, you call him to give him the code.

가방이 전달되는 동안, 그에게 전화로 가방의 암호키를 알려주었습니다.

When he gets the briefcase, he enters the code,

그가 서류 가방을 받아 암호키를 입력하고

the documents get unscrambled, and voilà,

문서가 다시 해독되었고

짜잔!

you've just sent an encoded message to James Bond.

성공적으로 암호화된 메시지가 제임스 본드에게 전달되었습니다.

(Laughter)

(웃음)

A fun example, but it does illustrate three things important for encryption.

재미있는 사례지만, 이것은 암호화의 중요한 세 가지를 보여주고 있습니다.

The code -- we call this an encryption key.

코드(Code) - 우리는 이것을 암호키라고 부릅니다.

You can think of it as a password.

비밀번호와 비슷하다고 생각하시면 됩니다.

The call to James to give him the code for the combination lock.

호출(Call) - 제임스에게 전화를 걸어 서류 가방의 암호키를 알려주었습니다.

We call this key exchange.

우리는 이것을 키 교환이라고 부릅니다.

This is how you ensure

이것은 여러분이 안전하게

you get the encryption key securely to the right place.

암호키를 올바른 위치로 가지고 오는 방법을 의미합니다.

And the lock, which encodes and decodes the document.

잠금(Lock) - 이것은 문서를 암호화하거나 복호화합니다.

We call this an encryption algorithm.

우리는 이것을 암호화 알고리즘이라고 부릅니다.

Using the key, it encodes the text in the documents

암호키를 사용하여, 문서들의 내용들을 암호화하여

to random numbers.

무작위 숫자로 변경합니다.

A good algorithm will encode in such a way

좋은 알고리즘은 이런 방법으로 암호화를 하기 때문에

that without the key it's very difficult to unscramble.

암호키를 모르면 해독하기가 매우 어렵습니다.

What makes encryption so important

암호화가 중요한 이유는

is that if someone were to capture the briefcase and cut it open

만약 어떤 사람이 서류 가방을 가로채 그것을 강제로 연다고 하더라도

without the encryption key and the encryption algorithm,

암호키나 암호화 알고리즘이 없이는

they wouldn't be able to read the documents.

그들은 문서를 읽지 못할 것입니다.

They would look like nothing more than a bunch of random numbers.

오직 무수한 무작위 숫자들로 된 의미 없는 문서만 보게 될 겁니다.

Most security systems rely on a secure method for key exchange

대부분의 보안 시스템은 상호 통신을 위한 암호키를

to communicate the encryption key to the right place.

올바른 위치에 전달하기 위하여 보안이 적용된 방법을 사용합니다.

However, rapid increases in computational power

그러나 연산 능력의 급격한 발전은

are putting at risk a number of the key exchange methods we have today.

오늘날 우리가 사용하는 키 교환 방식에 위협을 주고 있습니다.

Consider one of the very widely used systems today -- RSA.

오늘날 널리 사용되는 암호화 시스템 중 하나인 RSA를 생각해 봅시다.

When it was invented, in 1977,

이것이 발명된 1977년에는

it was estimated that it would take 40 quadrillion years

426 비트인 RSA 암호키를 해독하기 위해서는

to break a 426-bit RSA key.

4경 년의 시간이 걸릴 것으로 추정하였습니다.

In 1994, just 17 years later,

1994년, 그로부터 단지 17년 후

the code was broken.

이 RSA 암호키는 해독되었습니다.

As computers have become more and more powerful,

컴퓨터들이 더더욱 강력해 짐에 따라

we've had to use larger and larger codes.

우리는 더 길고 더 긴 암호키를 사용해야 했습니다.

Today we routinely use 2048 or 4096 bits.

오늘날, 우리는 보통 2048 또는 4096 비트의 암호키를 사용합니다.

As you can see, code makers and breakers are engaged in an ongoing battle

보시다시피, 코드 제작자와 해독자들은 서로보다 앞서기 위하여

to outwit each other.

지속적으로 싸우고 있습니다.

And when quantum computers arrive in the next 10 to 15 years,

그리고 양자 컴퓨터가 완성되는 10년 내지 15년 이후에는

they will even more rapidly crack the complex mathematics

해독자들은 최신 암호화 시스템의 근간을 이루고 있는

that underlies many of our encryption systems today.

매우 복잡한 공식들을 더 빠르게 해독해 낼 것입니다.

Indeed, the quantum computer is likely to turn our present security castle

실제로 양자 컴퓨터는 오늘날 우리가 쌓아온 보안이라는 성을

into a mere house of cards.

카드 그림 속의 초라한 집으로 만들어 버릴 가능성이 높습니다.

We have to find a way to defend our castle.

우리는 우리의 성을 지킬 방법을 찾아야 합니다.

There's been a growing body of research in recent years

최근 몇 년 동안 암호화를 더욱 강력하게 만들기 위하여

looking at using quantum effects to make encryption stronger.

양자 효과를 사용하는 것에 대한 연구가 증가하고 있습니다.

And there have been some exciting breakthroughs.

그리고, 몇 가지 흥미로운 돌파구가 존재하였습니다.

Remember those three things important for encryption --

암호화의 세 가지 중요한 요소에 대해서 기억하십니까?

high-quality keys, secure key exchange and a strong algorithm?

높은 수준의 암호키, 안전한 암호키 교환, 그리고 강력한 알고리즘 말입니다.

Well, advances in science and engineering

과학과 공학의 발전은, 이 세 가지 요소 중

are putting two of those three elements at risk.

두 가지 요소에 대하여 위협을 주고 있습니다.

First of all, those keys.

먼저, 암호키입니다.

Random numbers are the foundational building blocks of encryption keys.

무작위 난수는 암호키의 기본 구성 요소입니다.

But today, they're not truly random.

오늘날 이것은 진정한 무작위가 아닙니다.

Currently, we construct encryption keys

현재, 우리는 소프트웨어에서 발생시킨

from sequences of random numbers generated from software,

연속적인 무작위 난수들을 가지고 암호키를 구성합니다.

so-called pseudo-random numbers.

이를 의사 난수라고 부릅니다.

Numbers generated by a program or a mathematical recipe

프로그램이나 수학적 방법으로 생성된 이러한 난수는

will have some, perhaps subtle, pattern to them.

특유의, 어쩌면 미묘한 패턴을 갖게 됩니다.

The less random the numbers are,

숫자가 덜 무작위할수록

or in scientific terms, the less entropy they contain,

혹은 과학적 용어로, 숫자의 엔트로피가 적을수록

the easier they are to predict.

암호키는 예측하기 쉬워집니다.

Recently, several casinos have been victims of a creative attack.

최근, 몇몇 카지노들은 한 창의적인 공격의 피해를 입었습니다.

The output of slot machines was recorded over a period of time

슬롯머신의 기록을 일정 기간 동안 녹화한 후

and then analyzed.

그것을 분석한 것입니다.

This allowed the cyber criminals

이를 통해 사이버 범죄자들은

to reverse engineer the pseudo-random number generator

슬롯머신 뒤에 감추어진 의사 난수 발생기의 설계를

behind the spinning wheels.

역공학 할 수 있었습니다.

And allowed them, with high accuracy, to predict the spins of the wheels,

그리고 이것은 높은 정확도로 슬롯머신의 결과를 예측 가능하게 했고

enabling them to make big financial gains.

그들에게 큰 금전적인 이득을 가져다주었습니다.

Similar risks apply to encryption keys.

암호키도 비슷한 문제를 가지고 있습니다.

So having a true random number generator is essential for secure encryption.

따라서 진정한 난수 발생기를 보유하는 것은 암호화에 필수적입니다.

For years, researchers have been looking at building true random number generators.

수년 동안, 많은 연구자들은 진정한 난수 발생기 제작을 연구해 왔습니다.

But most designs to date are either not random enough,

그러나 현재까지의 대부분의 설계들은 충분히 무작위하지 않거나

fast enough or aren't easily repeatable.

빠르지 않거나, 반복하기 쉽지 않습니다.

But the quantum world is truly random.

하지만 양자 세계는 진정한 무작위입니다.

So it makes sense to take advantage of this intrinsic randomness.

따라서 양자 고유의 무작위성이라는 이점을 난수에 이용하는 것은 합리적입니다.

Devices that can measure quantum effects

양자 효과를 측정할 수 있는 장비는

can produce an endless stream of random numbers at high speed.

무작위 난수를 끊임없이 빠른 속도로 생성할 수 있습니다.

Foiling all those would-be casino criminals.

모든 카지노 범죄들을 좌절시킬 수 있을 것입니다.

A select group of universities and companies around the world

전 세계의 엄선된 대학 및 회사들은

are focused on building true random number generators.

진정한 난수 생성기를 개발하기 위하여 노력했습니다.

At my company, our quantum random number generator

우리 회사의 양자 난수 발생기는

started life on a two meter by one meter optic table.

가로 2m, 세로 1m 크기만 한 광학 테이블로 시작했습니다.

We were then able to reduce it to a server-size box.

그리고 좀 더 지나서 일반 서버 크기로 줄일 수 있었습니다.

Today, it's miniaturized into a PCI card that plugs into a standard computer.

오늘날에는 더욱 소형화되어 일반 컴퓨터의 PCI 카드로 연결됩니다.

This is the world's fastest true random number generator.

이것이 세계에서 가장 빠른 진정한 난수 발생기입니다.

It measures quantum effects to produce a billion random numbers per second.

난수를 발생하기 위한 양자 효과를 초당 10억 회 측정할 수 있습니다.

And it's in use today to improve security

이것은 오늘날 전 세계의 클라우드 공급자들,

at cloud providers, banks and government agencies

은행, 정부 기관 등지에서 보안을 향상시키는 데 사용됩니다.

around the world.

(Applause)

(박수)

But even with a true random number generator,

그러나 진정한 난수 발생기를 이용하더라도

we've still got the second big cyber threat:

두 번째의 큰 위협 요소는 아직도 남아 있습니다.

the problem of secure key exchange.

암호키 교환에 대한 문제입니다.

Current key exchange techniques will not stand up to a quantum computer.

현재의 암호키 교환 기술은 양자 컴퓨터를 견뎌내지 못합니다.

The quantum solution to this problem

이 문제에 대한 양자 해결책은

is called quantum key distribution or QKD,

양자 키 분배(Quantum key distribution) 혹은 QKD 라고 하며

which leverages a fundamental, counterintuitive characteristic

양자 역학의 근본적인 특성인

반 직관적인 성질을 이용합니다.

of quantum mechanics.

The very act of looking at a quantum particle changes it.

양자 입자를 관찰하는 바로 그 행위가 양자를 변화시킨다는 점입니다.

Let me give you an example of how this works.

어떻게 작동하는지 예를 들어 보겠습니다.

Consider again exchanging the code for the lock with James Bond.

제임스 본드에게 서류 가방 암호키를 전달했던 과정을 다시 떠올려 봅시다.

Except this time, instead of a call to give James the code,

이번에는 우리가 그에게 전화를 걸어 암호키를 알려주는 대신에

we're going to use quantum effects on a laser to carry the code

양자 효과를 이용하여 레이저에 암호키를 싣고

and send it over standard optic fiber to James.

표준 광섬유를 통해서 이를 보낼 것입니다.

We assume that Dr. No is trying to hack the exchange.

그리고 아니오 박사가 이러한 교환 과정에서 해킹을 시도한다고 가정해 봅시다.

Luckily, Dr. No's attempt to intercept the quantum keys while in transit

다행히도, 아니오 박사가 양자 암호키를 전송 중간에 가로채려고 시도하면

will leave fingerprints that James and you can detect.

제임스 본드와 여러분이 그 사실을 알아차릴 수 있는 지문이 남게 됩니다.

This allows those intercepted keys to be discarded.

이렇게 되면 중간에 가로채진 암호키를 파악하여 버릴 수 있습니다.

The keys which are then retained

그리고 유지된 암호키들은

can be used to provide very strong data protection.

매우 강력한 데이터 보호에 사용될 수 있습니다.

And because the security is based on the fundamental laws of physics,

이 보안 방법은 물리학의 기본 법칙을 기반으로 하므로

a quantum computer, or indeed any future supercomputer

양자 컴퓨터나 미래의 어떠한 슈퍼컴퓨터도

이를 깨트릴 수 없을 것입니다.

will not be able to break it.

My team and I are collaborating with leading universities

저와 저희 팀원들은

이 흥미로운 기술을 차세대 보안 제품으로 발전시키기 위하여

and the defense sector

to mature this exciting technology

into the next generation of security products.

주요 대학 및 국방 기관들과 협력하고 있습니다.

The internet of things is heralding a hyperconnected era

사물인터넷(IoT)은 2020년까지 약 250~300억 개의 장치가

with 25 to 30 billion connected devices forecast by 2020.

상호 광범위한 연결을 하는 시대가 될 것임을 예고하고 있습니다.

For the correct functioning of our society in an IoT world,

사물인터넷 세계 안에서 사회 기능이 올바르게 작동하기 위해서는

trust in the systems that support these connected devices is vital.

이러한 장치 간 연결을 지원하는 시스템의 신뢰성은 매우 중요할 겁니다.

We're betting that quantum technologies will be essential in providing this trust,

저희는 양자 기술이 이러한 신뢰를 제공하는데 필수적이고

enabling us to fully benefit from the amazing innovations

우리의 삶을 풍요롭게 할 놀라운 미래 혁신 기술로부터

that are going to so enrich our lives.

최고의 이익을 우리에게 가져다줄 것으로 확신합니다.

감사합니다.

Thank you.

(Applause)

(박수)