Alice & Bob, 고양이 큐비트 22,593개로 RSA-2048 해독 추정…3.14일 소요

연구 개요

Alice & Bob 연구팀은 고양이 큐비트 기반 내결함성 하드웨어에서 Shor 알고리즘을 구동해 두 가지 공개키 암호 체계를 해독하는 데 소요될 물리적 자원을 이론적으로 산출했다. RSA-2048 해독에는 물리 큐비트 22,593개와 3.14일이, 256비트 타원곡선 이산로그 문제(ECDLP-256) 해독에는 29,588개와 61.8분이 각각 필요하다는 결론이다. 논문 제목에 수치가 명시되어 있으며, 자원 추정 방식도 과거 방식보다 정밀해졌다. 자원량이 많이 드는 핵심 연산 구간에서는 논리 큐비트 단위가 아닌 개별 물리 큐비트 수준까지 역할과 타이밍을 산출해 완전한 칩 레이아웃과 실행 스케줄을 도출했다.

핵심 기술: 세 가지 진보

추정치 감소를 이끈 요인은 세 가지다.

첫째, 고양이 큐비트는 하드웨어 수준에서 비트 플립 오류를 자체 억제하므로 오류 정정 코드가 위상 플립만 처리하면 된다. 이 구조적 이점이 논리 큐비트 하나를 구현하는 데 필요한 물리 큐비트 수를 크게 줄인다.

둘째, 2024년 개발된 LDPC-cat 코드를 오류 정정 방식으로 채택했다. Alice & Bob의 2023년 추정치는 반복 코드 기반으로 RSA-2048 해독에 49,649개가 필요했는데, 이번에 22,593개로 절반 이하로 낮아졌다.

셋째, Shor 알고리즘에서 가장 빈번하게 호출되는 덧셈 연산을 고양이 큐비트 전용으로 처음부터 재설계했다. 기존 방식은 오류 정정 완료를 기다리며 실행이 중단되는 구조였지만, 새 설계는 중단 없이 일정한 속도로 연속 실행된다. 알고리즘 측면에서는 Inria와 Google의 최신 연구 성과를 반영해 전체 효율을 높였다.

암호화 위협과 PQC 전환 필요성

RSA-2048은 인터넷 뱅킹, 이메일, 디지털 서명 등에서 광범위하게 사용되는 공개키 암호화 체계의 핵심이다. ECDLP-256은 비트코인·이더리움의 ECDSA 서명과 웹 암호화 연결에 쓰인다. 다만, ECDLP-256 공격 예상 시간인 61.8분은 비트코인의 10분 블록 생성 주기를 넘기 때문에 현재 처리 중인 거래는 이 분석의 직접 위협 범위 밖이다.

미국과 영국 정부는 2035년까지 PQC(양자내성암호) 전환 완료를 권고한다. Alice & Bob은 대규모 조직의 암호 인프라 교체에 수 년이 걸린다는 점을 들어 지금 당장 전환 준비를 시작해야 한다는 입장이다. PQC 표준 자체도 지속적인 검증과 암호분석을 통해 신뢰를 쌓아야 한다고 연구팀은 덧붙인다.

한계와 전망

이번 발표는 이론적 자원 투영이지 실제 암호화 공격 실증이 아니다. 이 규모의 고양이 큐비트 시스템을 실제로 구현하기까지는 물리 큐비트 품질, 연결성, 제어 전자계 등 다방면의 공학적 과제가 남아 있다. Alice & Bob은 하드웨어 성능 향상과 자원 요건 감소가 2030년대 초에 수렴할 것으로 전망한다. 지금 추세대로 추정 자원이 계속 줄어든다면, PQC 전환 완료 시한인 2035년은 이미 충분한 여유가 아닐 수 있다는 점이 연구의 실질적 경고다.