Hybrid PQC–TLS 1.3 Handshake

개요

Hybrid PQC–TLS 1.3 Handshake는 기존 공개키 암호와 양자내성암호(PQC)를 결합하여 TLS 1.3 프로토콜의 키 교환 및 인증 절차에 적용하는 새로운 암호 전략입니다. 이는 양자 컴퓨팅의 발전에 따른 기존 암호 방식의 붕괴 위험에 대응하기 위한 과도기적 접근으로, NIST PQC 표준화 과정과 맞물려 산업계에서 주목받고 있습니다.

---

1. 개념 및 정의

구분	설명
정의	TLS 1.3 핸드셰이크에 기존 ECC/RSA 알고리즘과 양자내성암호를 동시에 적용하여 키 교환 수행
목적	양자 공격 대응과 동시에 기존 암호와의 호환성 유지
필요성	양자컴퓨터의 Shor 알고리즘이 공개키 기반 알고리즘을 무력화할 가능성에 대비

---

2. 특징

특징	설명	기존 TLS와 차이
이중 키 교환	PQC + ECC 키 교환 병렬 수행	단일 알고리즘 기반보다 높은 보안성
Forward Security	미래 양자 공격에 대비한 키 보호	ECC 단독 대비 안정성 증가
표준화 진행 중	NIST PQC 후보군 기반 구성	TLS 1.3 확장 형태로 사용

하이브리드 방식은 상호 호환성과 전이기 보안을 동시에 만족시킵니다.

---

3. 구성 절차

단계	설명	세부 내용
ClientHello	클라이언트가 PQC 및 ECC 키 공유 방식 제안	KeyShareExtension에 복합 값 포함
ServerHello	서버가 대응 키 알고리즘 수락 및 공유	Hybrid KeyShare 반환
Shared Secret 계산	ECC와 PQC 각각에서 공유 비밀 생성	두 값을 결합해 최종 키 생성
Finished 메시지 교환	양쪽 무결성 검증 및 세션 키 확인	TLS 1.3 기존 구조와 동일

양자 보안성을 확보하면서 기존 서버/클라이언트와의 연동 가능성을 높입니다.

---

4. 기술 요소 및 표준 동향

요소	설명	적용 예시
Kyber, BIKE, Saber	NIST PQC 3라운드 최종 후보군	Kyber512 + X25519 조합
X25519	기존 ECC 기반 키 교환 방식	대부분 브라우저와 호환 가능
RFC 9180 (HPKE)	Hybrid key encapsulation 적용 가이드	TLS 외에도 응용 가능
OpenSSL 3.0 이상	Hybrid PQC 지원 기능 포함	Cloudflare, AWS 실험 적용 중

PQC 알고리즘은 Key Encapsulation 방식으로, 기존 구조와 결합이 용이합니다.

---

5. 장점 및 기대 효과

항목	설명	기대 효과
양자 내성 확보	PQC 도입으로 Shor 알고리즘 방어	장기 보안 확보
호환성 유지	기존 TLS 구조 기반	브라우저 및 인프라 재사용 가능
보안성 강화	이중 키 교환 통한 안전도 상승	과도기적 공격 대응력 향상

TLS 1.3의 성능 및 보안성과 양자 내성의 조합은 산업계에서의 실용성을 높입니다.

---

6. 도입 시 고려사항

고려사항	설명	대응 방안
성능 저하	이중 키 연산으로 인한 오버헤드	ECC 경량화 및 PQC 최적화 필요
구현 복잡도	TLS 확장 및 코드 수정 요구	OpenSSL 등 PQC 지원 라이브러리 활용
표준화 미완료	PQC 일부 알고리즘 변경 가능성 존재	버전 추적 및 테스트 환경 병행 운영

시범 도입 시 Hybrid 전용 포트 및 테스트 환경 운영이 권장됩니다.

---

7. 결론

Hybrid PQC–TLS 1.3 Handshake는 포스트-퀀텀 보안 시대를 위한 실질적인 대비책입니다. 기존 TLS 1.3 구조 위에 PQC를 탑재한 이 접근 방식은, 보안성과 호환성을 모두 만족시키는 최적의 과도기적 해법으로 자리 잡고 있으며, 향후 모든 인터넷 통신의 기본 암호 구조로 확산될 가능성이 높습니다.