해시함수 SHA-1에 대한 양자 회로 구현

Abstract

양자 컴퓨팅 기술이 급속히 발전함에 따라 기존 대칭키 및 공개키 암호 시스템의 안정성은 점점 더 큰 위협에 직면하고 있으며, 이러한 위협의 핵심에는 양자 컴퓨터에서 실행되는 양자 알고리즘이 있다. 양자 알고리즘의 성능은 일반적으로 사용되는 큐비트 수(qubit, width)와 회로의 깊이(depth)라는 두 가지 지표에 의해 판단할 수 있다. 본 논문에서는 양자 컴퓨팅 환경에서 효율적으로 동작하는 SHA-1의 완전한 양자 회로를 구현하고, 큐비트와 depth 자원을 동시에 줄이는 것을 목표로 양자 회로를 균형 있게 최적화하였다. 그 결과 제안한 SHA-1 양자 회로는 985개의 큐비트를 사용하며, 측정된 depth는 9,026이다. 또한 이 회로를 바탕으로 Grover 알고리즘에 따른 공격 비용을 추정함으로써, 양자 컴퓨팅 환경에서 SHA-1에 대한 실제적인 공격 가능성을 평가하고 향후 양자 암호 위협 분석 연구에 활용할 수 있는 기초 자료를 제공한다.