BTQ와 QPerfect, 양자 일회용 서명의 게이트 수준 설계 공개

BTQ Technologies와 프랑스 자회사 QPerfect의 연구진이 ‘일회용 서명’(one-shot signature)을 위한 명시적 양자 회로를 공개했다. 이는 정확히 하나의 메시지에 서명한 뒤 쓸모없어지는 암호 키다. 논문 A quantum algorithm for one-shot signatures는 이 방식의 큐비트 수와 게이트 수를 제시하며, arXiv 기록에 따르면 ACM PQQS 2026에 게재가 확정됐다.

발표 내용

일반적인 디지털 서명 방식에서 비밀 키는 무한히 복사하고 재사용할 수 있는 비트열이다. QPerfect의 해설 글은 위임을 예로 문제를 설명한다. 앨리스가 밥에게 자기 대신 긴급 소프트웨어 업데이트 한 건만 승인하게 하려 해도, 키를 넘기면 밥은 무제한 권한을 갖게 되고 키 사용을 기록하는 공개 원장은 조작될 수 있다. 일회용 서명은 고전적 비밀 키를 양자 상태로 대체한다. 서명하려면 그 상태를 측정해야 하고 측정은 상태를 파괴하며, 복제 불가능 정리 때문에 미리 백업을 만들 수도 없다.

QPerfect에 따르면 이 아이디어는 2020년 Ryan Amos, Marios Georgiou, Aggelos Kiayias, Mark Zhandry가 처음 제안했다. 새 논문은 이를 이론에서 구체적인 양자 명령으로 옮겼다.

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기술적 세부 사항

이 방식은 두 단계로 이뤄진다. 키 생성은 고전 공개 키와 양자 비밀 키를 만들고, 서명 시에는 그 양자 키를 메시지와 함께 처리해 일반 컴퓨터가 검증할 수 있는 고전 서명을 만든다. 논문에 따르면 이 구성에는 알고리즘 오차가 없다. 천공 가능한 의사난수 함수로 정해지는 무작위 아핀 잉여류의 원소들에 대한 중첩을 준비하고, 잉여류 소속을 검사하는 회로를 함께 사용한다.

초록에 따르면 논리 큐비트 수는 Θ(κ log r + n + l), 게이트 복잡도는 Θ(n³ + nl)로 증가한다(l은 메시지 길이, κ는 보안 매개변수). Quantum Computing Report는 검토한 보안 매개변수에 따라 1비트 서명에 206~2,438개의 논리 큐비트가 필요하며, 회로는 QPerfect의 MIMIQ 에뮬레이터로 검증됐다고 전했다.

왜 중요한가

신뢰나 합의가 아니라 물리 법칙으로 일회 사용이 보장되는 키는 저자들이 꼽은 위임 서명, 안전한 토큰 이전, 공개 검증 가능한 난수 같은 응용을 가능하게 할 수 있다. QCR은 사용할 때까지 양자 키를 보관하려면 중성 원자 프로세서처럼 결맞음 시간이 긴 하드웨어가 유리하다고 지적한다.

주목할 점

저자들은 이것이 난독화 이전의 수치라고 분명히 밝힌다. 안전한 버전에는 수정된 키 생성과 난독화된 구성에 대한 보안 증명이 여전히 필요하다. QCR은 입력 상태의 악의적 조작으로부터 키 생성을 완전히 보호하려면 양자 난독화의 향후 발전이 필요하다고 덧붙인다. 필요한 논리 큐비트 수를 고려하면 실제 배포는 현재 하드웨어의 능력을 넘어선다.