양자 컴퓨팅 도입에 따른 “악용되는 위험 리스크”

[디지털비즈온 이호선 기자] 현재의 컴퓨터는 정보단위(비트) 하나에 0 또는 1을 담을 수 있다. 반면 양자컴퓨터는 큐비트(양자컴퓨터 정보단위) 하나에 0과 1을 동시에 담아 여러 연산을 한번에 처리할 수 있는 차세대 컴퓨터다.

양자 컴퓨터는 얽힘이나 중첩 같은 양자역학적인 현상을 활용하여 자료를 처리하는 계산 기계이다. 또한 그러한 방법을 '양자 컴퓨팅'이라고도 한다.

이론적으로는 큐비트 하나가 늘어나면 성능이 2배씩 올라간다. 양자컴퓨터는 엄청나게 많은 사람이 동시에 여러 갈래 길을 찾아가는 과정을 수행해 출구를 찾는 방식이다.

슈퍼컴퓨터가 푸는 데 수만 년이 걸리는 문제를 몇 시간만에 풀 수 있는 것으로 알려져 있다. 산업과 기술 전반에서 지금과는 차원이 다른 진보와 변화가 촉발될 것으로 기대된다.

이 같은 유망성 때문에 미국을 포함해 유럽의 기술 선도국들은 양자 기술을 전략기술로 삼고 육성에 들어갔다. IBM과 구글 등 대기업들이 개발에 나섰으며 스타트업 창업도 활발하다.

◇멕킨지 보고서, 미국 양자 컴퓨터 보급 전망과 해킹 우려

지난달 검색 엔진 회사인 중국 바이두(Baidu)는 Google, IBM, Intel과 같은 양자 개발자 대열에 합류하여 양자 컴퓨터를 개발했다.

맥킨지 보고서에 따르면 양자 컴퓨팅 스타트업을 위한 자금은 작년 7억 달러에서 지난해 14억 달러로 급증했다. 맥킨지는 “양자 컴퓨팅 기술의 발전 덕분에, 몇몇 회사들은 양자 컴퓨팅에서 5개 이내에 실질적인 이익을 얻다.”라는 제목의 보고서를 발간했다.

맥킨지는 2030년까지 양자 컴퓨팅은 2,000~5,000대가 운영될 전망이며, 실제 산업 현장에서는 양자 컴퓨터를 통한 파괴적 혁신이 예상된다면서, 기본적으로 양자 컴퓨터와 관련 시스템은 구축 비용이 막대하고 운영 비용이 매우 커서, 구글, IBM 등 글로벌 선도기업 중심으로 활용이 증가할 것으로 전망했다.

보고서는 IBM의 가장 최근 개발 로드맵 은 회사가 2023년 에 양자 기술을 1,000큐비트 이상으로 확장하고 병렬화된 양자 프로세서를 운영할 것으로 예측했다. 2024년 에는 오류 억제 및 완화 기술이 도입되어 IBM은 양자 오류 수정의 토대를 마련했다고 밝혔다.

2020년대 하이브리드식 접근 단계를 넘어서면 양자 컴퓨팅과 인공지능이 결합하는 양자 인공지능(Quantum AI) 과학기술이 등장한다고 예측했다.

클라우드 컴퓨팅 서비스를 공급하기 시작한 기업으로 아마존 웹 서비스, MS 애저(Azure) 등이 있으며, 중장기적으로 양자 컴퓨터 활용이 가장 높을 것으로 전망되는 산업은 금융업(28%)으로 나타났으며, 양자 컴퓨터는 화학‧의약품 개발기간 단축, 신속한 최적화, 양자 기반 자율주행차 개발 촉진, 사이버 보안 강화 등에 활용이 가장 높을 것으로 전망했다.

보고서에서는 데이터의 중요도가 큰 회사의 경우, 양자 컴퓨팅으로 인해 사이버 보안 문제가 발생할 수 있어, 양자 암호화로의 안전한 전환이 필요하다고 강조했다. 양자 컴퓨팅은 의존적인 사이버 보안 시스템에 심각한 위협을 줄 수 있다고 예상했다.

오늘날 대부분의 온라인 계정 암호 및 보안트랜잭션과 통신은 암호화 알고리즘을 통해 보호 된다면서, RSA 또는 SSL/TLS로 사용할 수 있고, 이러한 시스템을 통해 기업은 데이터를 쉽게 생성할 수 있다고 내다봤다.

인증된 사용자가 공유할 수 있는 동시에 외부인으로부터도 보호되지만, 그 암호화를 깨기 위해서는 엄청난 계산 능력이 필요하다면서, 사이버 보안 프로토콜 양자 컴퓨터는 동시에 여러 계산을 수행할 수 있기 때문에, 암호화 시스템을 해킹할수 있다고 전망했다.

보고서는 부분적으로 양자 컴퓨팅 전문가에 대한 수요가 자격을 갖춘 인재의 공급을 앞지르기 때문에 모멘텀이 둔화될 수 있다고 지적했다. 다른 사람들은 업계가 지나치게 과장 되어 있으며 단기 양자 기술이 더 발전된 양자 컴퓨터를 낳을 수 있다는 예측은 근거가 없다고 경고했다.

◇양자컴퓨팅 개발, 기업들에게 위협 초래

인터넷은 피싱 메일, 악성코드, 랜섬웨어 공격, 혹은 은행 정보나 패스워드 등의 개인정보의 도취 등, 돈벌이와 혼란 발생의 다양한 새로운 수단을 악의적으로 해커들은 이용해왔다.

실제 러시아 해커 집단 '킬넷'은 일본 정부가 운영하는 일본의 행정정보 포털사이트 이-고브(e-Gov) 외에 도쿄 메트로, 오사카 메트로 등 인프라 기업이나 신용 카드 대기업 JCB카드의 사이트 등에 사이버 공격을 가해 일시 열람할 수 없는 상태로 마비시켰다.

한국도 마찬가지로 한국 기업만 노리는 랜섬웨어 피해 사례가 늘고 있다. 한국랜섬웨어침해대응센터와 안랩자료에 따르면 한국 기업을 타깃으로 한 '귀신'(GWISIN) 랜섬웨어 피해 사례가 7월부터 잇따라 확인됐다.

데이터마이닝(data mining), 또는 자료채굴은, 대규모로 저장된 데이터안에서 체계적이고 자동적으로 통계적규칙이나 짜임을 분석하여, 가치있는 정보를 빼내는 과정이다. 암호 해독과 마이닝 기술 혁신 중 가장 중요한 것 중 하나가 양자 컴퓨로 해결할수 있다.

이 기술은 고전 컴퓨터에서는 풀 수 없는 복잡한 문제를 바로 해결할 수 있다고 되어 있다. 이 진보는 과학연구와 사회에 혜택을 가져올 것이지만, 새로운 난제를 만들어내게 될 것이다.

특히, 온라인 뱅킹, 보안 통신, 디지털 서명 등 다양한 분야를 보호하기 위해 수십 년 동안 사용되어 온 암호화 알고리즘이 양자 컴퓨팅의 힘에 의해 즉시 해독될 수 있다.

현재 양자 컴퓨팅은 고가이며 개발에 필요한 전문 지식을 가지고 있는 것은 대기업의 기술기업, 연구기관, 정부에 한정된다. 그러나 혁신적인 기술의 예에 들지 않고 양자 컴퓨팅도 최종적으로는 상용화가 진행되어 이용하기 쉬워질 전망으로, 사이버 범죄자는 양자컴퓨팅 악용에 관심을 돌릴 것으로 예측 되고 있다.

시스코 탈로스(Talos)의 보안 리서치 담당 기술 리드인 마틴 리(Martin Lee)는 "미래 일어날 것 같은 조짐이 보이는 몇 가지가 있다. 특히, 현재의 암호화 알고리즘을 해독할 수 있는 양자 컴퓨팅에 주목해야 한다." 고 언급했다.

마틴 리는 "20년 전에는 완전히 타당했던 암호키의 길이가 더 이상 타당하지 않다." 의 네트워크 보호, 특히 국가의 중요한 인프라를 지원하는 네트워크의 보호 대책을 지금 실시할 필요가 있다.“고 지적했다.

그러나 양자 컴퓨팅을 이용한 파괴적인 사이버 공격은 미래의 심각한 사이버 보안 위협이지만, 양자 컴퓨터 자체가 해커에게 수익성이 높은 표적이 될 수 있다고 경고했다.

트렌드 마이크로(Trend Micro)의 맬웨어 방지 수석 연구원 데이비드 산초(David Sancho) 는 트윗에서, 비트코인과 같은 가상 통화는 복잡한 수학적 문제를 해결하여 컴퓨터에 의해 생성 된다면서, 이러한 종류의 수학적 문제는 양자 컴퓨터의 네트워크를 사용하면 비교적 쉽게 해결할 수 있으며, 사이버 범죄자가 가상 ​​통화 마이닝 맬웨어를 양자 컴퓨터에 넣을 수 있다면 거의 비용을 들이지 않고 막대한 금액을 매우 짧은 시간에 손에 넣게 될지도 모른다고 우려했다.

"이런 악성코드를 감염시키면 매우 복잡한 알고리즘 계산을 시작할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

◇한림원탁토론회, 양자컴퓨터의 미래

한편 2022년 2월 14일 한국과학기술한림원 열린 제195회 한림원탁토론회 ‘양자컴퓨터의 전망과 도전, 우리는 무엇을 준비해야 할까’ 포럼에서 김윤호 포스텍 물리학과 교수는 “양자 컴퓨터에 대한 말이 많지만 지금 현재 양자 컴퓨터가 존재하지 않는다는 인식을 가져야 한다” 면서  “양자 컴퓨터나 양자 인터넷 개발 같은 주장보다는 양자정보과학 연구를 깊게 하는 것이 상당히 중요하다”고 발표했다.

김 교수는 “단지 무엇을 개발하기 위해 지원해야 한다는 식의 맹목적 지원은 지양해야 한다”며 “흔히 연구(Research)와 개발(Development)의 앞 글자를 따서 'R&D(연구개발)'이라고 하는데, 양자정보과학에서는 D를 바꿔 ‘발견(Discovery)’의 관점에서 봐야 중요한 성과를 낼 수 있을 것”이라고 말했다.

이진형 한양대 물리학과 교수는 “현재 글로벌 기업들에서는 50개 이상 100개까지 가는 큐비트 양자 컴퓨터를 개발하고 있다"며 “2025년 혹은 직후에 1000개, 국내에서는 2026~2027년쯤 50개의 큐비트를 구현하는 것을 목표로 하고 있다”고 소개했다.

이진형 교수는 “양자를 연구하는 국내 과학자는 대학에서 교수 약 70명, 표준연과 한국과학기술연구원(KIST), 한국전자통신연구원과 같은 정부출연연구소에서 연구원 약 45명으로 집계된다면서, 이외에 기업에서는 SK텔레콤을 비롯한 통신 3사와 LG전자, 삼성전자, 현대, 하이닉스, 포스코, 한국전력도 연구를 진행 중이다.”라고 설명했다.