우리 대학 암호 및 보안공학연구실(CSE, 지도교수: 서석충) 및 교육부 지원 글로컬랩 방산기술보호연구소(소장: 한동국 교수) 소속 연구원인 김영범 박사과정생(금융정보보안학과)과 신동현 박사과정생(사이버보안학과)은 암호구현 분야 최고 권위 학술대회인 The annual Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES 2026, Issue 2)에 각각 양자내성암호(PQC) 구현 논문을 게재하였으며, Q1 저널인 IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs에도 논문을 게재하였다.

이들 연구는 양자컴퓨터의 실용화에 따라 기존 공개키 암호체계의 안전성이 약화되는 환경에서, 네트워크 최말단에서 동작하는 초경량 임베디드 장치가 양자내성 전환의 사각지대가 될 수 있다는 문제의식에서 출발하였다. 특히 기존 양자내성암호 연구가 주로 32-bit 및 64-bit ARM 계열과 같은 상대적으로 성능이 높은 플랫폼에 집중되어 온 반면, 실제 IoT 및 무선 센서 네트워크 환경에서는 8-bit AVR이나 16-bit MSP430과 같은 저사양 마이크로컨트롤러가 여전히 널리 사용되고 있다는 점에 주목하였다. 이러한 장치들이 양자내성 전환에서 제외될 경우, 네트워크 경계에서 민감한 데이터와 명령이 노출되어 전체 시스템의 보안이 약화될 수 있다. 이에 따라 두 연구는 제한된 메모리와 연산 성능을 갖는 저사양 디바이스에서도 실질적인 양자보안을 구현해야 한다는 필요성을 강조하였다.

이러한 연구 방향성 아래, “Optimized Implementations of Keccak, Kyber, and Dilithium on the MSP430 Microcontroller”에서는 저사양 16-bit MSP430 환경을 대상으로 NIST 표준 양자내성암호를 효율적으로 구현하기 위한 최적화 방법론을 제시하였다. 본 연구는 16-bit 장치의 구조적 특성을 반영하고, 자원이 극도로 제한된 환경에서 PQC를 효율적으로 연산할 수 있는 구현 기법을 제안하였으며, 실제로 의미 있는 성능 향상을 달성함으로써 저사양 장치에서도 PQC 마이그레이션이 가능함을 입증하였다.

또한, Fudan 대학교와의 공동연구를 통해 수행된 “Lightweight PQ KEM and Hybrid MQTT Protocol for 8-bit AVR Sensor Nodes”에서는 경량 양자내성 KEM을 설계하고, 초저사양 장치에서도 양자내성 보안 통신이 가능하도록 하였다. 나아가 Hybrid KEM-MQTT를 실제 8-bit AVR 환경에서 실증함으로써, pure PQC와 hybrid 방식 모두를 실질적으로 지원할 수 있음을 보였고, 초경량 IoT 센서 노드에서도 양자보안 프로토콜 운용이 가능함을 입증하였다.

마지막으로, “A Hardware/Software Co-Optimization of HQC Using Tightly-Coupled Accelerators on a 32-bit Ibex Core”에서는 저사양 프로세서인 32-bit RISC-V 환경에서 NIST 표준 양자내성암호인 HQC의 핵심 연산을 효율적으로 수행할 수 있도록 unified multiplier를 설계하고, 이를 위한 명령어 집합 확장을 제안하였다. 이를 바탕으로 32-bit RISC-V 기반 저사양 환경에서도 HQC의 고속 구현 가능성을 입증하였다.

서석충 교수가 이끄는 우리 대학 암호 및 보안공학연구실(CSE)은 SW 및 HW 환경에서의 PQC 최적화와 보안 프로토콜 마이그레이션을 핵심 연구 분야로 삼아 활발한 연구를 수행하고 있으며, 앞으로도 양자내성암호의 실용화를 위한 구현 및 실증 연구를 지속적으로 확대해 나갈 계획이다. 아울러 교육부 지원 글로컬랩 방산기술보호연구소 소속 연구원으로서, 국방·방산 기업과 무기체계 보안 분야에서의 글로벌 경쟁력 확보에도 기여해 나갈 예정이다.