Quantum-safe 서명: Lattice의 범용성과 Hash의 신뢰성 간 Trade-off 분석

Context

양자 컴퓨팅의 발전으로 인한 기존 공개키 암호 체계의 무력화 위기 직면. 이를 해결하기 위해 수학적 복잡도에 기반한 Post-Quantum Cryptography(PQC) 도입의 필요성 대두.

Technical Solution

• SVP, CVP 등 고차원 격자 구조의 기하학적 복잡도를 이용한 Lattice-based 설계로 연산 효율성 확보
• SHA-256 등 일방향 Hash 함수와 Merkle Tree 구조를 결합한 Hash-based 설계로 보안 신뢰도 극대화
• State 관리 부담을 제거한 Stateless 구조 도입을 통한 Hash-based 서명의 운영 안정성 개선
• 서명 속도와 키 크기의 최적 지점을 찾기 위해 Dilithium과 SPHINCS+의 아키텍처적 특성 차별화
• 단순 서명을 넘어 Encryption 및 Key Exchange까지 확장 가능한 Lattice-based의 범용적 수학 모델 채택

Impact

• Lattice-based(Dilithium) 대비 Hash-based(SPHINCS+)의 서명 속도 약 1,000배 저하
• Hash-based 서명 크기가 Lattice-based 대비 약 4배 이상 증가하는 Bandwidth 오버헤드 발생

Key Takeaway

보안 신뢰도가 최우선인 코드 서명 등 특정 목적에는 Hash-based를, 성능과 확장성이 중요한 범용 프로토콜에는 Lattice-based를 선택하는 Fit-for-purpose 설계 원칙 준수