양자 해킹, 단돈 35달러로 막는다... 오픈 소스 QRNG ‘엔트로피 루프’ 충격

고가의 장비와 복잡한 설비가 필수적이었던 양자 기술이 단돈 35달러 짜리 초소형 장치로 구현됐다.

퀀텀빌리지(QuantumVillage)는 세계 양자의 날(지난 14일)을 맞아 누구나 조립하고 활용할 수 있는 오픈 소스 양자 난수 생성기(QRNG) ‘엔트로피 루프(Entropy Loop)’를 출시했다고 밝혔다.


최근 양자 컴퓨팅 전문매체 자이트가이스트에 따르면 그동안 양자 난수 생성기는 특수 하드웨어와 전문 지식이 필요해 연구소나 대형 기업의 전유물로 여겨져 왔다. 그러나 엔트로피 루프는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 라즈베리 파이 피코(Raspberry Pi Pico) 마이크로컨트롤러와 표준 광섬유, 레이저 다이오드를 결합해 이 문제를 해결했다. 신용카드 크기의 이 장치는 저렴한 비용에도 불구하고 미국 국립표준기술연구소(NIST)의 엄격한 무작위성 검증 표준(STS 2.1.2)을 통과하며 성능을 입증했다.

엔트로피 루프의 핵심 원리는 펄스 레이저 다이오드 내부에서 발생하는 양자 요동에 기반한다. 레이저가 켜지고 꺼지는 찰나의 순간, 전류의 위상과 편광은 양자역학적 무작위성에 의해 결정된다. 시스템은 이 미세한 요동을 포착해 난수의 소스로 활용한다.

장치 내부에 설치된 5미터 길이의 광섬유 지연선은 이 효과를 증폭시키는 핵심 역할을 한다. 레이저에서 나온 광자 펄스의 절반은 검출기로 바로 가고, 나머지는 지연선을 통과해 다음 펄스와 충돌하며 혼돈적인 상호작용을 일으킨다. 이를 통해 생성된 신호는 라즈베리 파이 피코의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털 데이터로 변환된다.

특히 라즈베리 파이 피코를 250MHz로 오버클럭하고 프로그래밍 가능 I/O(PIO)를 활용해 4나노초(10억 분의 4초) 단위의 정밀한 펄스 타이밍을 제어함으로써, 진공 요동의 효과를 극대화하고 고품질의 엔트로피를 추출하는 데 성공했다.


퀀텀빌리지는 하드웨어 설계도뿐만 아니라 C와 마이크로파이썬(MicroPython)으로 작성된 시스템 소프트웨어 전체를 오픈 소스로 공개했다. 여기에는 데이터의 편향을 제거하고 무작위성을 정규화하는 ‘지연 미분 분석(Lagged Derivative Analysis)’ 등 정교한 알고리즘이 포함되어 있다.

회사 측은 “최소한의 기능을 갖춘 예제를 대중에 공개하는 것이 양자 기술을 대중화하는 가장 좋은 방법”이라며, “엔트로피 루프가 인공지능(AI)부터 암호학, 보안 통신에 이르기까지 진정한 난수가 필요한 모든 분야에서 개발자와 연구자들에게 핵심 자원이 되길 기대한다”고 밝혔다.
전문가들은 이번 엔트로피 루프의 등장이 양자 보안 기술의 진입 장벽을 획기적으로 낮추는 전환점이 될 것으로 보고 있다. 알리익스프레스 등 온라인 쇼핑몰에서 구할 수 있는 저렴한 부품만으로 제작이 가능하다는 점은 교육 현장과 스타트업의 양자 기술 도입을 가속화할 전망이다.


이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com