QCM(Quantum Crypto Module) 이란?

QCM이란 무엇인가 — 양자 기술을 담는 '실제 부품'

 

QCM을 이해할 때 가장 중요한 점은 "QCM = QKD·PQC·QRNG 세 기술을 모두 넣은 장치"가 아니라는 것이다.

 

▶ QCM이란

• 보통 Quantum Crypto Module, 즉 양자 암호 모듈을 뜻한다.
• QKD나 QRNG처럼 하나의 표준 프로토콜 이름이라기보다, 양자 보안 기술을 활용하는 암호 기능 모듈을 가리키는 제품·연구 분야의 명칭으로 쓰인다.
• 실제 구성은 제품마다 다르다. 양자 난수로 기존 암호키를 만드는 하드웨어 모듈도 QCM이라 부르고, 암호 칩 설계·시험용 개발 키트도 QCM이라고 부른다.

 

QCM을 한 문장으로 설명하면

 

★ QCM은 난수 생성, 키 관리, 암호 연산, 인증 같은 보안 기능을 칩·장치·프로그램 형태로 묶어 다른 제품이 사용할 수 있게 한 모듈이다.

• '양자'라는 말은 그 기능 중 일부가 QRNG 같은 양자 현상을 이용하거나, QKD에서 만든 키와 연결되는 등의 이유로 붙을 수 있다.

 

▶ 자물쇠에 비유하면

QRNG   : 예측하기 어려운 열쇠 재료를 만든다.
QKD    : 떨어진 두 사람이 같은 비밀 열쇠를 갖게 한다.
PQC    : 양자컴퓨터에도 대비하는 새로운 수학적 자물쇠·서명.
QCM    : 이 재료와 기술을 받아 키를 관리하고 암호 기능을 실행하는 실제 부품.
KCMVP  : 그중 정해진 암호모듈 범위가 기준에 맞는지 시험·검증한다.

☞ QCM이 QRNG를 포함할 수는 있지만, QCM 자체가 QKD 통신이나 PQC를 반드시 수행하는 것은 아니다.

 

 

QCM 안에는 무엇이 있을까?

 

하드웨어형 QCM을 간략하게 그려보면 다음과 같다.

외부 프로그램·장비

암호화·서명·키 생성 요청

↓

QCM

입력·출력 인터페이스

↓

접근 권한·상대 인증

↓

난수 생성/입력 → 키 생성·저장·폐기

↓

암호화·복호화　│　전자서명·키 설정

↓

자가시험·오류 처리·펌웨어 관리

↓

암호문, 서명, 상태값 등 출력

 

▶ 각 구성 요소의 역할

구성 요소	하는 일	잘못 만들면 생기는 문제
난수 부분	키 생성에 필요한 예측 불가능한 값을 공급	공격자가 키를 추측
키 관리 부분	키 생성·보관·사용·교체·폐기	키가 로그나 외부 프로그램으로 유출
암호 연산 부분	데이터 암호화·복호화, 해시, 서명 등	암호 계산 오류 또는 데이터 노출
인터페이스	외부 프로그램의 요청과 결과 전달	숨겨진 기능이나 위험한 키 출력
권한 관리	사용자·관리자 기능 구분	누구나 키를 읽거나 바꿈
자가시험	시작·운용 시 고장과 변조 확인	고장 난 상태에서 안전한 척 작동

☞ 실제 제품이 이 기능을 모두 제공한다는 뜻은 아니다. 어떤 기능이 들어 있는지는 해당 제품의 사양과 보안정책 문서를 봐야 한다.

 

 

'양자'는 QCM의 어느 부분에 들어갈까?

 

▶ 방식 A : QRNG를 모듈 안에 넣기

양자 현상 측정
→ 원시 결과
→ 상태 검사·난수 추출
→ 안전한 난수
→ 키 생성
→ 암호 연산

• 이 방식은 키를 만드는 난수의 출처가 양자 현상이다. 하지만 실제 파일 암호화는 AES·ARIA 같은 일반 디지털 암호 알고리즘으로 수행할 수 있다.

 

☞ 실제 사례 : DUSSQ V1.0

• 국민대학교가 소개한 DUSSQ V1.0은 이 유형을 이해하기 좋은 사례이다.
• 방사성 물질의 알파선 방출에서 양자 엔트로피를 얻는 QRNG를 포함하고, 블록암호·해시·메시지 인증·전자서명·키 설정 등의 기능을 수행하는 하드웨어 암호모듈이다.
• 이 모듈은 KCMVP 검증필 목록에 보안수준 2로 등재됐다고 학교가 설명하며, 이는 현재까지 등재된 양자 하드웨어 암호모듈 가운데 최고 수준으로 소개된 사례이다. (이론상 하드웨어가 도달할 수 있는 최고 등급은 4등급이며, 2등급은 이 특정 제품군에서 지금까지 나온 최고 기록이라는 뜻이다.)
• 국민대는 이 기술을 바탕으로 qSIM(양자 가입자 인증 모듈), QOTP(양자 일회용 비밀번호) 같은 관련 양자보안 서비스 기술도 함께 소개하고 있다. 이 사례가 모든 QCM의 필수 구조라는 뜻은 아니다.

 

▶ 방식 B : QKD 장비가 만든 키를 받아 사용하기

QKD 장비가 비밀키 생성
          ↓
QCM이 키 입력·저장·사용
          ↓
QCM이 실제 데이터 암호화

• 이 구성에서는 양자 신호를 송수신하는 QKD 장비와, 그 키로 데이터 암호화 등을 하는 QCM을 구분해야 한다.
• QCM이 QKD 키를 사용한다고 해서 QCM 안에서 광자를 보내고 측정하는 것은 아닐 수 있다. 핵심은 QKD 키가 QCM에 들어오는 순간 다른 장치나 관리자에게 새지 않도록 보호하는 것이다.

 

▶ 방식 C : PQC 연산을 넣기

QRNG 또는 안전한 난수 입력
          ↓
ML-KEM·전자서명 등 PQC 연산
          ↓
세션키 생성·인증
          ↓
실제 데이터 암호화

• PQC는 이름에 '양자'가 있어도 광자를 쓰지 않는다. 양자컴퓨터에 대비하는 수학 기반 암호이다. 따라서 QRNG가 없어도 PQC를 수행하는 모듈은 만들 수 있다.
• PQC 기능이 제품에 있다는 것과 그 기능이 국내 KCMVP의 검증 범위에 들어 있다는 것은 별개이다. 신청 시점의 국내 검증대상 알고리즘과 실제 모듈의 보안정책을 확인해야 한다.

 

 

 

QCM을 이용한 통신은 어떤 순서로 이뤄질까?

 

QCM 두 개를 드론과 지상 관제장치에 넣었다고 가정한다. 아래는 가능한 설계 예시이지, 모든 QCM의 고정된 통신 규격은 아니다.

 

1. 장치 시작 : 각 QCM이 펌웨어 무결성·암호 기능·난수 상태를 검사한다.
2. 상대 인증 : 드론은 관제장치가, 관제장치는 드론이 진짜인지 확인한다.
3. 세션키 설정 : QRNG 난수로 키를 설정하거나, QKD 키를 받거나, PQC로 공통 비밀값을 만든다.
4. 키 확인 : 두 장치가 같은 키를 갖고 있는지, 키 자체는 공개하지 않고 확인한다.
5. 데이터 암호화 : 드론의 영상·위치·명령 데이터를 세션키로 암호화한다.
6. 일반 통신망 전송 : 암호문을 5G, Wi-Fi, 유선망 등으로 보낸다.
7. 수신·검증·복호화 : 관제장치의 QCM이 변조 여부를 확인하고 원본 데이터를 복원한다.
8. 키 교체·폐기 : 정책에 따라 세션키를 갱신하고 오래된 키를 폐기한다.

★ 실제 영상이나 파일을 보내는 통신망이 반드시 '양자 통신망'인 것은 아니다. 양자 기술은 난수 또는 키 생성 부분에 쓰이고, 암호문은 일반 네트워크로 전송하는 설계가 가능하다.

 

 

 

QCM을 하드웨어로 만들면 무엇이 좋아질까?

 

▶ 장점

• 비밀키와 암호 연산을 일반 운영체제에서 분리하도록 설계할 수 있다.

일반 프로그램 : "이 문서에 서명해 줘."
        ↓
하드웨어 QCM : 장치 내부에서 개인키로 서명 → 서명 결과만 프로그램에 전달

• 이렇게 하면 개인키를 일반 프로그램에 꺼내지 않는 설계가 가능하다.
• 소형 장치에서는 암호 연산 가속과 전력 소비 관리에도 도움이 될 수 있다.

 

☞ 하지만 칩이라고 자동으로 안전한 것은 아니며, 다음을 확인해야 한다

• 디버그 포트로 비밀키를 읽을 수 있는가?
• 펌웨어를 허가 없이 바꿀 수 있는가?
• 장치를 열면 변조 흔적이 남는가?
• 처리 시간·전력 소비에서 키 정보가 새는가?
• QKD 키나 QRNG 난수를 입력하는 경로가 안전한가?

 

QCM과 KCMVP의 관계는?

 

▶ 만든 물건 vs 검증하는 제도

• QCM은 만든 물건이고, KCMVP는 그 물건의 정해진 암호모듈 범위를 시험·검증하는 제도이다.
• QCM이 KCMVP 검증을 받으려면 우선 "어디부터 어디까지가 암호모듈인가?"를 정해야 한다.

 

아래는 검증 경계에 포함할지 각각 판단해야 하는 구성요소이다. 제품에 들어 있다는 사실만으로 모두 검증 대상이 되는 것은 아니다.

구성요소	검증 경계를 정할 때 확인할 점
QRNG 센서	난수를 만드는 센서까지 모듈 안에 포함하는가?
PQC 프로그램	PQC 연산을 수행하는 코드가 모듈 안에 포함되는가?
키 저장 칩	비밀키를 보관하는 칩이 모듈 안에 포함되는가?
암호 연산 칩	암호 계산을 수행하는 칩이 모듈 안에 포함되는가?
외부 통신 포트	키와 데이터가 드나드는 연결 지점을 어떻게 다루는가?

• 이 중 어떤 부분이 검증 경계 안에 있는지에 따라 시험 대상이 달라진다. 시험기관은 모듈과 소스코드, 설계·형상관리·시험 자료 등을 검토하고, 시험 결과를 검증기관에 보고한다. 검증 완료 후에는 검증필 목록에 해당 모듈이 등재된다.

 

★ "QCM에 KCMVP 검증필 모듈을 탑재했다", "QCM 자체가 검증받았다", "QCM을 넣은 드론 전체가 검증받았다"는 각각 범위가 다른 주장이다.

 

 

'QCM'이라는 이름을 볼 때 확인할 질문

 

제품 설명에서 QCM이라는 이름을 봤다면 다음을 물어보면 된다.

• 이 QCM은 실제 암호 연산용 장치인가, 암호 칩 개발·시험용 키트인가?
• QRNG, QKD 키 입력, PQC 중 무엇을 실제로 지원하는가?
• 비밀키는 어디에 저장되고 장치 밖으로 나올 수 있는가?
• 데이터 암호화는 어떤 알고리즘이 담당하는가?
• 어떤 통신망과 어떻게 연결되는가?
• KCMVP가 있다면 어느 모듈·버전·기능·보안수준이 검증됐는가?

• 특히 EYL이 소개하는 QCM은 암호 칩 설계, FPGA·MCU 혼합 설계, 펌웨어·RTL 코드 시험, 부채널 분석 등에 쓰는 암호 개발자용 개발 키트로 설명된다. 따라서 이 이름을 일반 통신용 QCM의 표준 구조와 동일하게 설명하면 안 된다.

 

★ QCM은 양자 보안 기술을 '실제 제품이 사용할 수 있는 암호 기능'으로 만드는 모듈이지만, 무엇이 양자 기반이고 무엇이 검증됐는지는 제품별 구성과 검증 범위를 확인해야 한다.