양자 내성 암호화 - Kyber 기반 PQC TLS 키 교환 및 하이브리드 인증서 실습

 

[개발자용] Kyber 기반 PQC TLS 키 교환 & 하이브리드 인증서 실습

앞선 글에서는 OpenSSL과 liboqs 환경을 구성하고, Kyber, Dilithium과 같은 양자 내성 암호 알고리즘을 CLI 및 C 코드에서 사용하는 법을 알아봤습니다. 이번에는 본격적으로 TLS 환경에서 Kyber를 이용한 키 교환 구성 및 하이브리드 인증서(Hybrid Certificate)를 만드는 실습을 진행해보겠습니다.

1. PQC 기반 TLS란?

TLS 1.3은 기본적으로 ECDHE를 이용한 키 교환 방식이 사용되며, RSA나 ECC 기반의 인증서가 일반적입니다. 하지만 양자 내성 환경에서는 다음과 같은 전환이 필요합니다:

• 🔐 키 교환 → Kyber, BIKE 등 PQC 알고리즘
• 🔏 인증서 서명 → Dilithium, Falcon 등 PQC 서명 알고리즘
• 🔁 하이브리드 → 기존 ECC + PQC를 동시에 적용하여 과도기 대응

2. OQS-OpenSSL로 TLS 서버 구성하기

✅ 환경 준비 (복습)

liboqs 및 oqs-openssl 환경이 구축되어 있어야 합니다.

🔧 Kyber 키 교환을 사용하는 TLS 서버 시작

1. 서버용 인증서 생성 (Dilithium 기반)

openssl req -new -newkey dilithium3 -x509 -nodes \
-keyout server.key -out server.crt -subj "/CN=localhost" -days 365

1. 서버 실행 (s_server)

openssl s_server -cert server.crt -key server.key \
-cipher OQS_KEM_default -www

1. 클라이언트 연결 테스트

openssl s_client -connect localhost:4433 -cipher OQS_KEM_default

3. 하이브리드 인증서(Hybrid Certificate) 생성

하이브리드 인증서는 기존 RSA 또는 ECC 키와 PQC 키를 함께 포함한 인증서입니다. OQS OpenSSL에서는 이를 실험적으로 지원합니다.

✔️ 하이브리드 인증서 생성 (ECDSA + Dilithium2)

openssl req -new -newkey p256_dilithium2 -x509 -nodes \
-keyout hybrid.key -out hybrid.crt -subj "/CN=hybrid" -days 365

생성된 인증서는 subjectPublicKeyInfo 필드에 두 개의 키가 포함되어 있어, 기존 TLS 클라이언트는 ECDSA로, PQC를 지원하는 클라이언트는 Dilithium으로 인증할 수 있습니다.

4. 실무에서의 응용 포인트

항목	적용 가능 여부	비고
TLS 1.3에서 Kyber 키 교환	✅	oqs-openssl 환경에서 테스트 가능
하이브리드 인증서	✅	backwards compatibility 보장
Apache/Nginx 연동	⚠️	OpenSSL 빌드 교체 필요
실무 CA 인증	❌	상용 인증 기관은 PQC 미지원

✅ 마무리

Kyber와 같은 양자 내성 알고리즘을 TLS 통신에 적용하면 미래 위협에도 대비할 수 있는 보안 인프라를 구성할 수 있습니다. 현재는 실험 단계이지만, 다음과 같은 연동도 점차 가능해질 것입니다:

• TLS reverse proxy에 PQC 도입
• TLS 터널링된 VPN (PQC + WireGuard)
• 내부망 전용 PQC 인증서 운영

📌 다음 글 예고

• ✅ TLS 클라이언트 라이브러리 (libcurl, mbedTLS 등)에 PQC 연동하기
• ✅ Docker 환경에서 PQC TLS 서버 자동 구성하기