Grover 알고리즘 적용을 위한 국산 암호 양자 회로 최적화

Abstract

Grover 알고리즘은 O(2^n/2)의 검색만으로 n-bit 개인키를 사용하는 블록 암호의 개인키를 찾아낼 수 있는 가장 효과적인 양자 공격 방법이다. Grover 알고리즘을 적용하기 위해서는 우선 공격 대상 블록 암호가 양자 회로로 구현되어야 한다. 기존 연구들에서는 AES에서 가장 많은 비용이 드는 연산인 Substitute 연산을 양자 회로로 최적화하고 AES 양자 구현에 필요한 자원들을 평가하였다. 양자 구현을 통해 자원을 평가하는 연구는 AES 뿐만 아니라 경량 암호 분야로도 확대되고 있다. 이에 본 논문에서는 국산 경략 블록 암호 HIGHT, CHAM, LEA와 미국 NSA에서 개발한 SPECK을 양자 컴퓨터상에서 최적화 구현하였다. Addition, Rotation, 및 XOR을 포함한 블록 암호에 대한 기본 연산은 큐비트, Toffoli 게이트, CNOT 게이트 및 X 게이트 측면에서 최적의 양자 회로를 달성하기 위해 세밀하게 최적화되었다. 최종적으로 국산 경량 블록 암호를 구현하기 위한 양자 자원을 추정하여 다가오는 양자 컴퓨터 시대에 대한 안전성을 분석하였다.