양자 암호 시스템의 시작 (더 강력한 암호가 필요한 세상이 온다 | 2022년도 대한민국학술원 선정 교육부 우수학술도서)

로저A.그라임스

(RogerA.Grimes)
1987년이래로30년넘게악의적인컴퓨터해커들과싸워왔다.CISSP와CISA,MCSE,CEH,Security+를포함해수십개의컴퓨터자격증을취득했으며,컴퓨터보안과는상관없는공인회계사(CPA,CertifiedPublicAccountant)시험에도합격했다.20년넘게기업과기업의웹사이트에침입한전문침입테스터로일해왔으며,테스트에3시간을넘긴적이없었다.또한컴퓨터보안수업을만들고업데이트해왔으며,강사로서수천명의학생들에게해킹과방어방법을가르쳤다.컴퓨터보안회의에서자주발표자로나서고있으며,컴퓨터보안에관한10권의책과1,000여건의잡지기사를쓰거나공동집필했다.2005년8월부터「InfoWorld」와「CSOOnline」(www.infoworld.com/blog/securityadviser/)의컴퓨터보안칼럼니스트를맡아20년넘게정규직컴퓨터보안컨설턴트로일하고있다.「Newsweek」와NPR의「AllThingsConsidered」를포함한여러잡지와텔레비전쇼,라디오등에서자주인터뷰를한다.현재전세계의크고작은회사에악성해커와악성코드를가장빠르고효율적인방법으로막는방법을조언하고있다.1983년부터양자물리학을공부해왔다.

1부-양자컴퓨팅기초

1장.양자역학입문
양자역학이란무엇인가?
__양자는반(反)직관적이다
__양자역학은현실이다
양자역학의기본성질
__광자와양자역학
__광전효과
__파동-입자이중성
__확률원리
__불확정성원리
__스핀상태와전하
__양자꿰뚫기
__중첩
__관찰자효과
__복제불가정리
__유령같은얽힘
__결깨짐
오늘날우리세계의양자사례
추가정보
요약

2장.양자컴퓨터입문
양자컴퓨터는어떻게다른가?
__비트를사용하는기존컴퓨터
__큐비트를사용하는양자컴퓨터
__양자컴퓨터는아직황금시간대를맞이할준비가되지않았다
__양자컴퓨터가곧우위를차지할것이다
양자컴퓨터는오류정정을사용해큐비트를개선한다
양자컴퓨터의종류
__초전도양자컴퓨터
__양자열풀림컴퓨터
__범용양자컴퓨터
위상양자컴퓨터
__마이크로소프트의마요라나페르미온컴퓨터
__이온덫양자컴퓨터
__클라우드양자컴퓨터
__미국외의양자컴퓨터
양자컴퓨터의구성요소
__양자소프트웨어
__양자스택
양자국가지침(QuantumNationalGuidance)
__국가정책지침(NationalPolicyGuidance)
__보조금과투자
컴퓨터이외의다른양자정보과학
추가정보
요약

3장.양자컴퓨팅이현재의암호시스템을어떻게깨뜨릴수있을까?
암호시스템기초
__암호화
__무결성해시값
__암호활용
양자컴퓨터는암호를어떻게깨뜨릴수있을까?
__시간단축
__양자알고리즘
__양자가깨뜨릴수있는것과깨뜨릴수없는것
__여전히이론적이다
요약

4장.양자암호해독은언제가능할까?
답변은항상‘지금으로부터10년뒤’였다
양자암호해독인자
__양자역학은실재하는가?
__양자컴퓨터는실재하는가?
__중첩은실재하는가?
__피터쇼어알고리즘은현실적인가?
__안정된큐비트를충분히갖고있는가?
__양자자원과경쟁
__우리가꾸준히개선하고있는가?
__전문가의견
양자사이버해독은언제가능할까?
__시기선택시나리오
__언제부터대비해야하는가?
발생시나리오
__국가가양자컴퓨팅을강제하는경우
__대기업에서사용하는경우
__대량확산
__가장가능성이높은발생시나리오
요약

5장.양자-이후의세계는어떤모습일까?
깨진응용프로그램
__약해진해시함수와대칭키암호
__깨진비대칭키암호알고리즘
__약해지고깨진난수생성기
__약화되거나깨진종속응용프로그램
양자컴퓨팅
__양자컴퓨터
__양자프로세서
__양자클라우드
양자암호시스템이사용될것이다
__양자완벽프라이버시
양자네트워크가나온다
양자응용
__더나은화학약품과의약품
__더나은배터리
__진정한인공지능
__공급망관리
__양자금융
__향상된위험관리
__양자마케팅
__더나은기상예측
__양자화폐
__양자시뮬레이션
__더정밀한군사와무기
__양자원격이동
요약

2부-양자해독대비

6장.양자-내성암호시스템
NIST의양자-이후공모전
__NIST보안강도분류
__공개키암호대키캡슐화방식
__형식적구별불가능성보증
__키와암호문의길이
양자-이후알고리즘의유형
__코드-기반암호시스템
__해시-기반암호시스템
__격자-기반암호시스템
__다변량암호시스템
__초특이타원곡선아이소제니암호시스템
__영지식증명
__대칭키양자내성
양자-내성비대칭키암호화알고리즘
__BIKE
__ClassicMcEliece
__CRYSTALS-Kyber
__FrodoKEM
__HQC
__LAC
__LEDAcrypt
__NewHope
__NTRU
__NTRUPrime
__NTS-KEM
__ROLLO
__Round5
__RQC
__SABER
__SIKE
__ThreeBears
__PKE와KEM키그리고암호문길이에관한일반적관찰
양자-내성디지털서명
__CRYSTALS-Dilithium
__FALCON
__GeMSS
__LUOV
__MQDSS
__Picnic
__qTESLA
__Rainbow
__SPHINCS+
__서명키와길이에대한일반적관찰
주의사항
__표준의결여
__성능문제
__검증된보호의결여
추가정보
요약

7장.양자암호시스템
양자난수생성기
__무작위가항상무작위는아니다
__진정한임의성이왜그렇게중요한가?
__양자-기반난수생성기
양자해시와서명
__양자해시알고리즘
__양자디지털서명
양자암호화알고리즘
__양자키분배
요약

8장.양자네트워킹
양자네트워크구성요소
__전송매체
__거리대속도
__점대점
__신뢰할수있는중계기
__진정한양자중계기
__양자네트워크프로토콜
양자네트워크응용프로그램
__더안전한네트워크
__양자컴퓨팅클라우드
__더나은시간동기화
__전파방해방지
__양자인터넷
다른양자네트워크
추가정보
요약

9장.지금부터대비하라
네가지주요양자-이후마이그레이션단계
__1단계:현재의솔루션강화
__2단계:양자-내성솔루션으로의전환
__3단계:양자-하이브리드솔루션구현
__4단계:완전한양자솔루션구현
여섯가지주요양자-이후마이그레이션프로젝트단계
__1단계:교육
__2단계:계획수립
__3단계:데이터수집
__4단계:분석
__5단계:조치/교정
__6단계:검토및개선
요약

부록.추가양자자료

◈이책에서다루는내용◈

◆사용자와데이터,기반구조를안전하게유지하기위한새로운양자-이후암호알고리즘구현
◆양자컴퓨팅이현재의암호시스템을깨뜨릴방법
◆양자암호해독이가능해질날
◆양자역학의기본개념
◆기존솔루션으로보안위협에서보호하기
◆최신암호학적방법으로최신상태유지
◆양자-이후세계를준비하기위한조언
◆디지털암호화와인증,무결성해시의기본이해
◆양자컴퓨팅을넘어서는새로운발명과개선사항분석
◆가까운미래에양자컴퓨팅이가져올것


◈이책의대상독자◈

양자-이후(post-Quantum)이전(migration)프로젝트를담당하고주도할가능성이큰조직의컴퓨터보안,특히컴퓨터암호시스템을관리하는모든사람을대상으로한다.또한좋은암호시스템의중요성과조직에미치는영향을알고있는관리자와책임자를대상으로한다.마지막으로양자역학과양자컴퓨터그리고양자암호시스템에관심이있는사람이라면읽을만한가치가있다.


◈이책의구성◈
1부,‘양자컴퓨팅기초’는양자역학과양자컴퓨팅이현재의암호화보호(cryptographicprotection)를어떻게깨는지에대해다룬다.
1장,‘양자역학입문’에서는양자역학이디지털세계에미치는영향을이해하는데가장중요한성질을설명한다.양자역학을처음읽었을때제대로이해하지못했더라도걱정할필요가없다.양자역학은100년넘게전세계에서가장똑똑한사람들을괴롭혀왔다.우리는보통사람이기때문에핵심개념을바로이해하지못한것도무리가아니다.
2장,‘양자컴퓨터입문’에서는다른유형의양자컴퓨터와이컴퓨터들이지원하는양자의성질을알아보고,향후10년안에양자컴퓨터가나아갈방향을다룬다.
3장,‘양자컴퓨팅이현재의암호시스템을어떻게깨뜨릴수있을까?’에서는전통적인이진컴퓨터가대부분의공개키암호시스템을쉽게깨뜨릴수없는이유와양자컴퓨터가공개키암호시스템을깨뜨리는방법을설명한다.양자컴퓨터가깨뜨릴수있는것과양자계산능력에대항할수있는것을다룬다.
4장,‘양자암호해독은언제가능할까?’에서는양자컴퓨터가기존공개키암호시스템을깨뜨릴수있는여러시기와가능성을설명한다.
5장,‘양자-이후의세계는어떤모습일까?’에서는양자-이후세계와우리에게미칠영향을알아본다.

2부‘양자해독대비’는다가오는양자우위를가장효율적으로준비할수있도록도와줄것이다.
6장,‘양자-내성암호시스템’에서는미국국립표준기술연구소(NIST,NationalInstituteofStandardsandTechnology)의양자-이후공모전2차전에서검토대상이된20여개의양자-내성암호시스템과기법을다룬다.이런두개이상의양자-내성알고리즘이미국의차세대국가암호시스템의표준이될것이다.경쟁하고있는알고리즘과이들의강점및약점을살펴본다.
7장,‘양자암호시스템’에서는암호화강도(cryptographicstrength)를제공하고위해양자성질을사용하는암호시스템과기법을다룬다.장기적으로는양자-내성암호시스템외에도양자-기반암호시스템을사용하게될것이다.양자-기반암호시스템을알아본다.
8장,‘양자네트워킹’에서는양자중계기(quantumrepeater)와같은양자-기반네트워킹(quantum-basednetworking)장치와양자네트워크를보호하는애플리케이션을다룬다.그리고양자네트워킹의현재상태와장단기미래에대한가능성도다룬다.언젠가는인터넷전체가양자-기반이될것에대비해네트워킹부품과구성요소를살펴보고어떻게해결할수있는지알아본다.
9장,‘지금부터대비하라’에서는모든조직이다가오는양자암호해독에대비하는방법을알려준다.여러분의가장중요한장기비밀(long-ternsecret)을보호하기위해지금무엇을해야하는지와어떤암호키(cryptographickey)의길이를늘여야하는지그리고언제어떤것을교체해야하는지를알려준다.
부록에는양자정보자원(quantuminformationresource)에관해더알아볼수있는자료를담았다.설명을제대로이해했다면,이책을다읽었을때그어느때보다도양자물리학과현재의전통적공개키암호시스템을깨뜨리는방법을이해하고,여러분의중요한디지털비밀을적절하게준비해더잘보호할수있을것이다.