출처 :: http://blog.naver.com/hansyoo/220004099342

스마트폰으로 만드는 양자 난수 발생기

May 16, 2014, Hamish Johnston, physicsworld.com

조만간 양자 난수 발생기 앱이 나올 것 같다.

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스마트폰으로 신용카드 거래하려면 신경이 쓰인다. 하지만 곧 그런 염려는 하지 않아도 될 것 같다. 저가의 강력한 암호화 기술 덕분이다. 스위스 제네바 대학 브루노 상귀네티(Bruno Sabguinetti)와 그의 동료들은 스마트폰 카메라를 포함, 저가의 전자 부품을 사용하는 양자 난수표 생성기 QRNG(quantum random-number generator)를 만들었다.

현대식 암호화 프로토콜에서는 무작위 난수를 연속적으로 신속하게 생성할 것을 요구한다. 이것으로 키(key)를 생성하여 개인이 패스워드나 은행 거래 정보 같은 민감한 정보를 암호 및 복호화 하는데 이용한다. 그러나 컴퓨터란 원래가 완벽하게 결정적인 기계이기 때문에 여기에는 기술적으로 상당한 어려움이 있으며 게다가 진짜로 무작위한 난수를 생성할 능력이 없다. 따라서 암호화 시스템은 완전하지는 않지만 거의 무작위에 가까운 의사 난수 생성기(pseudo random-number generator)에 의존하는 편이다. 의사 난수에 의존하는 이들 생성기 일부는 매우 훌륭하게 역할을 하지만, 그러나 진짜 난수 생성기를 이용하는 시스템에 비하면 해킹하기가 더 쉽다.

진짜 난수는 원래가 무작위한 물리적 시스템을 측정하여 만들 수 있다. 핵의 방사능 붕괴라든가 전자회로의 노이즈 같은 것을 이용한다. 그러나 기존의 측정 시스템은 매우 고가이거나 실용적이지 못할 정도로 느리다. 스마트폰의 보안을 위해서는 난수 발생 속도가1 Kbits/s 정도는 되어야 한다.

광자를 센다.

상귀네티와 그의 동료 안토니 마틴(Anthony Martin), 휴고 즈빈덴(Hugo Zbinden), 그리고 니콜라스 기신(Nicholas Gisin)은 노키아 N9 스마트폰의 8 메가 픽셀 카메라를 이용하여 1.25 Gbit/s 속도의 난수 발생기를 만들었다. 그들은 카메라가 매우 민감하여 개별 픽셀에 도달하는 광자의 수를 셀 수 있다는 것을 이용했다. 빛은 일반적인 LED를 이용하는데 전자와 정공이 합쳐져 광자를 생성한다. 이것은 양자역학적 프로세스로써 주어진 시간 동안 생성되는 광자의 수는 일정할 수가 없고 무작위하다.

카메라와 LED는 각각의 픽셀에서 약 400개의 광자를 아주 짧은 노출 시간 동안 감지할 수 있도록 준비된다. 모든 카메라 픽셀의 광자 수는 추출기(extractor) 알고리즘에서 합쳐져 일련의 난수를 발생시킨다. 실험에서 카메라는 1.25 Gbit/s의 속도로 난수를 발생시켰다.

모든 난수 발생기는 시스템 내 비(非) 양자적(고전적) 효과에 의해서 숫자들이 예측 가능해지는 방향으로 영향을 받을 수 있다. 예를 들면 측정 편향(measurement bias)이 나올 수 있는데, 특정 숫자들이 다른 숫자보다 더 잘 나오게 된다. 만일 침입자가 난수 발생기에 대해 모든 것을 잘 알고 있다면 그는 원칙적으로 고전적인 요소를 예측할 수 있다. 이로써 시스템의 파괴하기가 보다 쉬워진다.

놀랄 만큼 무작위한 시스템

그러나 이 같은 측정 편향이 나타나려면 사용자는 무려 10**118 개의 난수를 생성해야만 될 것이라고 연구팀은 말한다.

상귀네티 팀의 QRNG 모든 부품은 수 달러짜리 칩 하나로 통합될 수 있으며 스마트폰 안에 들어갈 수 있다고 한다. 누구든 이용할 수 있는 양자 기술이 될 것이라고 상귀네티는 말한다. 그는 기신과 함께 지난 2001년 ‘ID Quantique’(http://www.idquantique.com/)라는 회사를 설립했는데, 양자 및 고전적 암호화 시스템 장비를 만들고 있다. 그는 자신이 개발한 QRNG를 상용화할 것을 조사 중이라고 말한다.

브리스톨 대학의 안토니 레잉(Anthonyh Laing)은 이 기술이 스마트폰에 이미 내장된 부품을 이용하기 때문에 멋지다고 말한다. 그러나 그는 서로 다른 노이즈 특성을 갖는 빛의 양자 상태에 기반을 둔 해킹이 있을 수 있다고 경고한다.

레잉은 또한 이 기술이 양자 암호화 시스템에 이용될 수 있다고 생각한다. 이론상 해킹이 불가능하다. QRNG는 또한 양자 키(key) 배포 프로토콜에 주요 요소가 될 수 있다. 양자 키 배포 프로토콜에서는 통신 쌍방이 진정으로 무작위한 물리적 시스템을 측정할 수 있도록 주의해야 한다.

참고자료 :: http://physicsworld.com/cws/article/news/2014/may/16/how-to-make-a-quantum-random-number-generator-from-a-mobile-phone