만일 비밀이 지켜지지 않는다면 세상은 제대로 돌아가기 힘들 것이다. 아날로그 시대에는 비밀이 누설되면 쌍방의 신뢰가 깨지는 것으로 마무리되곤 했다. 이에 비해 디지털 시대에는 개인의 경우 자신도 모르게 계좌가 바닥날 수 있고, 기업은 사업을 포기해야 하는 치명적 상황을 맞이할 수 있다. 최근 인터넷 사고가 잇달아 발생하면서 정보 보안이 새로운 화두로 떠올랐다. 정부나 기업체, 개인 모두 비밀을 유지하려고 다양한 장치를 마련하고 있다. 개인은 키보드에서 정보를 입력하는 단계에서부터 암호화 기술을 적용하고 있다. 인터넷으로 전자상거래나 금융거래를 할 때 자신의 카드번호나 주민등록번호를 보호하려는 것이다. 기업체들은 정보의 기밀성을 유지하는 암호화를 서두르고 있다. 하지만 그런 방법으로 정보를 완벽하게 보호하기는 힘들다. 금융거래를 할 때 사용하는 암호화 기술조차 안전성을 의심받고 있기 때문이다.

데이터에 광자의 속성 부여해 해킹 차단

사진/ 빛의 특정 에너지와 운동을 감지하는 일종의 입자로 이용한다. 사진의 조형물이 빛에 의해 형상이 제대로 드러나지 않듯 정보에 암호를 걸어 보이지 않도록 하는 것이다.

정보의 암호화는 불법적인 접근을 막는 유력한 수단이다. 암호화하지 않은 평문은 정보로서의 가치를 지니기 힘들다. 제3자가 보았을 때 알아볼 수 없도록 평문을 재구성했을 때 비로소 평문은 정보로 거듭난다. 이때 사용되는 정보의 재구성 방법을 암호화 알고리즘이라고 한다. 암호화 알고리즘에서는 암호화의 비밀성을 높이기 위해 ‘키’를 사용한다. 복호화는 암호를 푸는 것을 일컫는다. 암호시스템은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 그것은 하나의 비밀키를 암호화와 복호화에 모두 사용하는 관용 암호시스템, 비밀키와 공개키를 사용하는 공개키 시스템이다. 암호시스템의 성능은 키 또는 평문을 알아내려는 공격자를 얼마나 막아내는지를 뜻하는 암호강도에 의해 결정된다. 당연히 암호의 강도가 높을수록 암호시스템은 안전성을 인정받지만 풀리지 않는 암호를 만드는 것은 쉬운 일이 아니다.

지금까지 암호화 기술자들은 정보를 보호하려고 다양한 장치를 개발했다. 그것은 ‘디지털 자물쇠’라는 이름으로 불린다. 공인인증기관인 금융결제원에 등록된 금융기관에서 발급하는 전자거래용 공인인증서를 대표적으로 꼽을 수 있다. 대부분의 경우 전자서명법에 의해 보호받는 공인인증서의 안전성을 의심하지 않는다. 하지만 거기에도 치명적 약점이 있다. 누군가 키를 훔치면 아무리 강력한 자물쇠도 제구실을 하지 못한다. 공격자가 키만 거머쥐면 얼마든지 불법적으로 이용할 수 있는 것이다. 물론 공인인증키말고도 보안카드가 또 한번 방패막이 구실을 한다. 하지만 공인인증키를 훔친 공격자가 보안카드를 알아차리는 것은 식은 죽 먹기에 가깝다. 코드를 빠른 시간 안에 해독하지 못하는 점에 바탕을 두고 있는 공개키 암호기술은 나름대로 안전한 것으로 평가받는다. 하지만 컴퓨터가 지금보다 훨씬 빨라지면 공격자를 막아낼 방법이 없다.

요즘 차세대 암호화 기술로 평가받는 것은 ‘양자 암호화’(quantum cryptography)다. 이 기술은 원자 차원에서 적용되는 양자 물리에 기초하고 있다. 양자 물리가 주목받기 시작한 것은 고전 컴퓨터로 불가능한 큰 정수의 인수분해가 양자 알고리즘에 의해 가능하다는 사실이 밝혀지면서부터다. 양자 암호화는 데이터에 고유의 광자(photon) 속성을 부여한다. 광자는 빛을 특정의 에너지와 운동을 가지는 일종의 입자적인 것으로 취급할 경우에 생각하는 빛의 입자다. 키의 전송을 광자 형태로 하면 편광 방향은 임의로 변한다. 만일 공격자의 도청 시도가 확인되면 새로운 키들이 전송된다. 해커가 비밀키를 읽기 위해 편광을 측정하는 순간 편광이 변화돼 도·감청된 데이터가 쓸모없게 된다. 결국 방해받지 않고 전송이 완료될 때까지 새로운 키를 생성해 안전한 키를 전송할 수 있다.

사진/ 세계 최초의 양자 암호화 시스템인 아이디퀀티크의 ‘임의 숫자 생성장치’(오른쪽). 왼쪽은 임의 숫자를 만드는 장치의 내부 모습.

그동안 양자 암호화 기술은 가능성만 인정받았을 뿐이다. 일부에서는 실제 활용 가능성을 의심하기도 했다. 양자계를 다루는 일이 쉽지 않기 때문이다. 그런데 최근 양자 암호화의 상용화를 앞둔 기술이 잇따라 개발되고 있다. 가장 돋보이는 제품은 스위스 제네바대학의 물리학자인 니콜라스 지신 교수가 설립한 아이디퀀티크(id Quantique)에서 나왔다. 아이디퀀티크는 최초의 상업화된 양자 암호화 시스템을 지난해 7월 선보였다. 데스크톱 컴퓨터 크기의 시제품 시스템은 암호해독 키를 만드는데 필수적인 ‘임의 숫자 생산장치’와 양자 신호를 구성하는 빛의 개별적인 광자들을 방출하고 검출하는 소자로 구성되어 있다. 미국의 매직테크놀로지스(MagiQ Technologies)도 양자키분배 기술을 이용해 광섬유 통신 채널의 도청을 막아주는 시스템을 개발했다. 매직의 시스템은 광전송을 제어할 수 있는 광섬유 케이블에서만 운영할 수 있다.

광자 형태로 키를 전송하는 양자 암호화가 당장 널리 쓰이기는 힘들다. 아직까지 풀어야 할 과제들이 적지 않기 때문이다. 무엇보다 양자 암호화는 공기 또는 광섬유를 통해 증폭(Boost) 없이 빛의 펄스가 전송될 수 있는 거리에서만 쓰일 뿐이다. 증폭과정에서 양자 암호화된 정보가 파괴될 수도 있기 때문이다. 지금까지 세계에서 가장 긴 암호 안전거리 기록은 제네바대학 지신 교수팀이 보유하고 있다. 지신 교수팀은 제네바와 로잔을 연결하는 67km의 광섬유 케이블을 통해 양자 키를 성공적으로 전송했다. 양자키분배 시스템은 현재 속도 1Kbps, 전송거리 70km로 제한받는다. 1980년대부터 시작된 양자 암호화 기술에 대한 연구는 초기 단계라 할 수 있다. 초고속 컴퓨터의 등장으로 암호 해독도 초고속으로 이뤄지게 될 상황에서 그 가능성은 무궁무진하다. 비밀 정보를 안전하게 저장하는 방법에 사활을 걸 수밖에 없기 때문이다.

속도·전송거리의 한계 극복해야 상용화

이제 정보기술은 비밀을 얼마나 완벽하게 지켜내느냐에 달려 있다 해도 지나친 말은 아니다. 그것이 보장되지 않는다면 바이러스 하나로 전 세계 인터넷망이 무너져 무방피 상태에 이를 게 불을 보듯 뻔하기 때문이다. 그런 의미에서 암호키를 사용하지 않고도 전체 고속 데이터 흐름을 통째로 기밀처리하는 양자 암호화 시스템에 관심이 쏠리고 있다. 노스웨스턴대학의 프렘 쿠마 교수팀은 인터넷 광섬유 백본의 데이터 전송속도로 처리하는 양자 암호화 시스템을 개발했다. 이 시스템은 보안이 보장되지 않는 회선으로 암호키를 전송하는 양자키분배 기술을 사용하는 기존의 방법과 달리 각각의 비트에 양자 편광각을 적용해 데이터 흐름에 대한 해킹이 원천적으로 불가능하도록 했다. 양자키분배는 느리기 때문에 장거리와 고속 통신에서는 효용성이 떨어진다. 이에 비해 데이터 양자 암호화는 속도와 전송거리의 제한을 받지 않는다.

현재의 암호체계로 해킹 차단에 필요한 방화벽 프로그램보다 해킹프로그램이 먼저 나오는 사태에 대비하기는 힘들다. 공개키 암호기술은 양자 컴퓨터의 출현에 따라 안전성을 근본적으로 의심받고 있다. 이런 상황에서 전자상거래, 전자정부가 제대로 실현되기 위해서는 양자 통신이 광범위하게 도입될 수밖에 없을 것이다. 물론 실용화를 위해서는 단일 광자 생성, 효율적인 프로토콜의 개발 등 풀어야 할 과제가 만만치 않다. 그것이 해결되면 또 다른 방법으로 비밀의 문이 열릴 수도 있다. 정보화시대에 비밀을 둘러싼 방패와 창의 싸움을 갈수록 치열해질 전망이다. 아예 노출의 위험이 없도록 전자정보를 만들지 않는 게 상책인지도 모른다. 하지만 ‘정보 원시인’으로 살려는 사람이 아니라면 정보전쟁에 나설 수밖에 없을 것이다.

김수병 기자 hellios@hani.co.kr