Hybrid PQ TLS(Hybrid Post-Quantum TLS)

개요

Hybrid PQ TLS는 기존 공개키 암호(RSA, ECDHE 등)와 양자내성(Post-Quantum, PQ) 암호 알고리즘을 결합하여 TLS(Transport Layer Security) 핸드셰이크를 수행하는 하이브리드 보안 방식이다. 양자 컴퓨터의 등장으로 Shor 알고리즘 기반의 공개키 암호 붕괴 가능성이 제기되면서, 장기 데이터 보호(Long-term Confidentiality)를 위한 양자내성 암호 전환 전략이 글로벌 표준화 흐름으로 자리잡고 있다.

NIST는 2022년 CRYSTALS-Kyber(키 교환), CRYSTALS-Dilithium(전자서명) 등을 PQC 표준 알고리즘으로 선정했으며, TLS 1.3 환경에서 기존 알고리즘과 PQ 알고리즘을 병행 적용하는 Hybrid Key Exchange 방식이 주요 전환 전략으로 채택되고 있다.

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1. 개념 및 정의

Hybrid PQ TLS는 TLS 1.3 핸드셰이크 과정에서 전통적 키 교환(ECDHE 등)과 PQ 키 교환(Kyber 등)을 동시에 수행하여, 두 알고리즘에서 생성된 공유 비밀을 결합하는 방식이다. 최종 세션 키는 두 키 교환 결과를 조합하여 도출되므로, 둘 중 하나가 안전하면 전체 통신이 안전하다는 보안 가정을 따른다.

이는 “Harvest Now, Decrypt Later” 공격을 대비하기 위한 중간 단계 전환 전략이다.

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2. 특징

구분	Hybrid PQ TLS 특징	기존 TLS 대비 차별점
이중 키 교환	Classical + PQ 동시 수행	단일 공개키 의존 제거
전환 전략	점진적 마이그레이션 가능	즉각적 전면 교체 불필요
장기 보안성	양자 공격 대비	현재 암호 붕괴 위험 완화

Hybrid 방식은 완전 PQ 전환 이전의 안전한 중간 단계로 평가된다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	주요 기능
Classical KEX	ECDHE 등	기존 키 교환 수행
PQ KEX	CRYSTALS-Kyber 등	양자내성 키 교환
Key Combiner	공유 비밀 결합	세션 키 생성

TLS 1.3 확장(Extension) 필드를 활용하여 PQ 키 교환 데이터를 교환한다.

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4. 기술 요소

기술 영역	세부 기술	설명
PQC 알고리즘	Kyber, Dilithium	NIST 표준 후보
키 결합 방식	HKDF 기반 결합	세션 키 파생
표준화 동향	IETF TLS WG	Hybrid Draft 진행

최근 OpenSSL, BoringSSL, Cloudflare 등은 Hybrid PQ TLS 실험적 지원을 도입하였다.

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5. 장점 및 이점

항목	기대 효과	적용 사례
장기 기밀성	미래 양자 공격 대비	금융·정부 데이터
점진적 전환	인프라 교체 부담 감소	글로벌 CDN
규제 대응	국가 보안 가이드 준수	공공기관 통신

특히 장기간 저장되는 민감 데이터 보호에 효과적이다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

활용 사례	적용 환경	고려사항
정부·국방 통신	고기밀 네트워크	성능 오버헤드
금융 데이터 전송	장기 보존 데이터	키 크기 증가
글로벌 CDN	대규모 HTTPS	핸드셰이크 지연

도입 시 키 교환 데이터 크기 증가로 인한 대역폭 부담, 지연 시간 영향, 클라이언트 호환성 문제를 고려해야 한다.

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7. 결론

Hybrid PQ TLS는 양자내성 암호 시대로의 안전한 전환을 위한 전략적 아키텍처이다. 기존 암호 체계를 유지하면서도 PQ 알고리즘을 병행 적용하여 장기 기밀성을 확보할 수 있으며, 향후 완전 PQ TLS로 전환하기 위한 핵심 중간 단계로 자리잡고 있다.