양자 컴퓨팅은 순수 이론에서 출발해—아직 초기 단계이지만—클라우드를 통해 실제 하드웨어에 접근할 수 있는 수준으로 급속히 발전하고 있다. 이러한 발전과 함께 사이드-채널 공격이라는 새로운 보안 위협도 대두된다. 사이드-채널 공격은 시스템이 의도치 않게 흘리는 정보를 이용해 보안을 무너뜨리는 방법으로, 최근 연구 결과에 따르면 고전 시스템뿐 아니라 양자 시스템에서도 정교한 사이드-채널 위험이 발견되어 양자 계산과 통신 모두를 위협하고 있다.
이 글에서는 다음 내용을 깊이 있게 살펴본다.
사이드-채널 공격은 알고리즘 자체를 깨뜨리지 않고, 동작 중에 발생하는 물리적·아날로그 현상을 분석해 비밀 정보를 빼내는 방법이다. 즉, 처리 과정에서 생기는 부수 효과—시간, 전력 소모, 소리, 전자기 누설 등—를 이용한다.
양자 시스템도 고전 시스템과 마찬가지로 환경과 상호작용한다. 레이저·마이크로파·전기 펄스를 통한 연산은 다루는 데이터를 의도치 않게 드러낼 수 있다. **양자 키 분배(QKD)**와 클라우드 기반 양자 프로세서가 보편화되면서, 공격자는 양자 전용 사이드-채널을 원격으로도 악용할 수 있게 된다!
양자 컴퓨터는 큐비트를 사용하며, 큐비트는 0과 1의 중첩 상태에 있을 수 있다. 제어 펄스(마이크로파·광·전기 신호 등)를 통해 게이트 연산을 수행하여 큐비트를 원하는 알고리즘대로 조작한다.
제어 펄스(특히 IBM/Google 장비의 마이크로파 신호)는 모든 양자 연산의 핵심이다.
이 펄스의 변동이나 패턴은 잠재적 사이드-채널로 작용할 수 있다.
2023년 연구 "Power Side Channels of Quantum Computing"에서는 제어 펄스 정보를 악용한 5가지 신규 공격을 제안·평가했다. 이 정보는 클라우드 양자 컴퓨터에서도 획득 가능하다.
pulse API(공개 백엔드에서 제한적이나 분석에 충분)사용자 → 양자 작업 업로드
→ 제어 SW가 펄스로 컴파일
→ 하드웨어 전송(로그 보관)
→ 공격자 로그 접근
→ 비밀 추론
토론토대 2025년 연구(Phys.org 기사)는 상용 양자 통신(QKD) 시스템에서 예기치 못한 다차원 사이드-채널을 발견해 QKD 같은 프로토콜을 위협한다고 밝혔다.
앨리스와 밥이 상용 QKD 시스템 사용 시, 공격자 이브는 의도된 신호 광자뿐 아니라 무시되던 모드(스펙트럼·시간·편광)를 포착해 부분 키를 복원, 발각되지 않는다.
제어 펄스 정보든 다중 모드 누설이든, 양자 기술 역시 사이드-채널에 면역이 아니다.
포스트-퀀텀 암호(PQC)(양자 내성 고전 알고리즘)로 전환하더라도 사이드-채널 내성은 필수 요건이다.
Secure-IC에 따르면,
# Python 토이 예제: 비밀값 마스킹
import secrets
def mask_secret(secret):
mask = secrets.randbelow(1 << len(bin(secret)))
masked = secret ^ mask
return masked, mask
def unmask(masked, mask):
return masked ^ mask
secret = 12345
masked, mask = mask_secret(secret)
recovered = unmask(masked, mask)
assert recovered == secret
사이드-채널 누설 분석에는 능동 스캔, 로그 점검, 신호 분석이 필요하다.
# IBM Quantum Qiskit 펄스 로그 찾기
find ./qiskit_jobs/ -type f -iname "*pulse*" -print
import json, glob
for fname in glob.glob('./qiskit_jobs/*pulse*.json'):
with open(fname) as f:
pulse = json.load(f)
for instr in pulse.get('experiment', {}).get('instructions', []):
print(f"Qubit:{instr.get('qubit')}, Duration:{instr.get('duration')}, Start:{instr.get('t0')}")
from collections import Counter
def patterns(instrs, w=3):
return [tuple(instrs[i:i+w]) for i in range(len(instrs)-w+1)]
all_pats = []
for f in glob.glob('./qiskit_jobs/*pulse*.json'):
with open(f) as j:
d = json.load(j)
names = [i['name'] for i in d.get('experiment', {}).get('instructions', [])]
all_pats.extend(patterns(names))
for pat, cnt in Counter(all_pats).most_common(5):
print(f"{pat} 패턴 {cnt}회")
grep -r 'qubit' ./qiskit_jobs/* | sort | uniq -c | sort -nr | head
“완벽한 암호 시스템은 없다.” 최신 공격 기법을 반영해 주기적으로 평가하라.
양자 시스템이 주류가 될수록 사이드-채널 연구·공격도 함께 발전한다.
하드웨어와 함께 사이드-채널 공격도 진화한다. 양자 컴퓨터와 양자 통신 시스템은 고유한 새 형태의 누설을 야기할 수 있으며, 이는 최신 연구 이전엔 알려지지 않았던 위험이다. 보안 엔지니어·시스템 설계자·사용자는 모두 선제적 조치를 취하고 모범 사례를 채택하며, 양자 시스템이 연구실을 넘어 클라우드로 확산되는 만큼 최신 위협 모델을 주기적으로 재검토해야 한다. 채널이 있다면, 사이드-채널도 있을 수 있다.
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