PQTLS 1.0 (Hybrid Kyber-TLS)

개요

PQTLS 1.0(Post-Quantum TLS)은 양자 컴퓨팅의 발전으로부터 기존 TLS(Transport Layer Security) 통신을 보호하기 위해 설계된 양자 내성 암호 기반의 하이브리드 TLS 프로토콜이다. Kyber 등 NIST가 선정한 PQC 알고리즘과 기존 RSA/ECDHE를 결합해 보안성과 이행 가능성을 동시에 확보한다.

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1. 개념 및 정의

PQTLS 1.0은 기존 TLS 1.3의 구조를 유지하되, 키 교환(Key Exchange) 또는 인증(Authentication) 단계에서 양자 내성 알고리즘(Kyber)을 병행 사용한다. 이를 통해 현재와 미래(양자 공격 시기)의 안전성을 동시에 확보하는 '하이브리드 암호화' 접근 방식이다.

목적 및 필요성

• 양자컴퓨터에 대비한 암호 프로토콜 선제 대응
• 보안 통신 채널의 장기 보안성 확보
• 산업계의 단계적 PQC 전환 유도

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2. 특징

항목	PQTLS 1.0	기존 TLS 1.3	양자 내성 단독 TLS (실험적)
키 교환 방식	Kyber + X25519 (하이브리드)	X25519 또는 RSA	Kyber only
보안 수준	현재 + 양자 안전성 확보	양자시대 대비 불가	이론상 강력하지만 호환성 부족
이행 난이도	중간 (TLS 1.3 호환 유지)	낮음	높음

기존 인프라와의 호환성과 보안성을 모두 고려한 방식이다.

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	예시
Kyber	NIST PQC 1차 선정 KEM(Key Encapsulation)	Kyber768
X25519	기존 타원곡선 기반 DH 알고리즘	TLS 1.3에서 표준 사용
Hybrid Handshake	PQC + 기존 암호를 병행하여 키 교환 수행	ClientHello 시 두 키 제출

TLS 구현체와의 연동 시 프로토콜 확장이 필요하다.

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	구현 예시
RFC 9242 기반 구조	하이브리드 키 교환을 위한 IETF 제안	Cloudflare 실험 적용 사례
PQCrypto-TLS	TLS 엔진에 PQC 기능 추가	OpenSSL 커스텀 버전, BoringSSL 확장
NIST PQC 표준 연계	Kyber 공식화 이후 적용 확대	Kyber768/1024 실험 지원

보안성과 구현 가능성의 균형이 기술 핵심이다.

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5. 장점 및 이점

항목	내용	기대 효과
양자 내성 확보	PQC 기반 보안 채널 구성	미래의 도청 공격 대응
이행 용이성	기존 TLS 클라이언트와의 호환성 유지	대규모 인프라 변경 최소화
실용성	하이브리드 구조로 안정성 우선 확보	점진적 전환 가능

PQC 도입 초기 단계에서 가장 현실적인 방식이다.

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6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	내용	참고사항
Google Chrome	TLS Kyber/X25519 하이브리드 지원 실험	CECPQ2 실험 프로젝트
Cloudflare	PQTLS 1.0 지원 CDN 실험	RFC 8446 + RFC 9180 적용
은행·정부기관	장기 보안 문서/세션 보호	Forward Secrecy 보장 필요

도입 시 고려사항

• 성능 오버헤드 분석 (패킷 크기 증가 등)
• TLS 구현체 업그레이드/테스트 필요
• Kyber 키 관리 체계 및 인증서 발급 구조 검토

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7. 결론

PQTLS 1.0은 양자 컴퓨팅 위협에 대비한 실용적 TLS 진화 전략으로, Kyber 기반의 하이브리드 키 교환을 통해 미래 보안성과 현재 인프라 호환성을 동시에 확보한다. 기업과 기관의 보안 설계에 있어 PQTLS는 필수적 전환점이 될 것이다.