양자 내성 암호화 알고리즘이 이론적으로 안전하더라도, 현실 세계에서 실제로 사용되려면 성능 요구사항을 충족해야 한다. 서버, 임베디드 장치, IoT 센서, 모바일 플랫폼 등 저마다 다른 하드웨어 환경에서 PQC가 과연 실용적으로 작동할 수 있는지 검증하는 연구가 진행됐다.
연구진은 NIST 표준 후보 알고리즘인 CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+를 x86 서버, ARM Cortex-M 마이크로컨트롤러, RISC-V 프로세서, Raspberry Pi 등 다양한 하드웨어 플랫폼에서 벤치마크 테스트를 수행했다. 키 생성, 캡슐화/복호화, 서명, 검증 등 핵심 연산의 처리 속도, 메모리 사용량, 에너지 소비를 측정했다.
결과는 흥미로웠다. 고성능 서버에서는 모든 PQC 알고리즘이 현실적 배포에 문제없는 성능을 보였다. 그러나 리소스 제약 환경에서는 큰 차이가 나타났다. FALCON의 경우 서명 생성 시 부동소수점 연산 집약도가 높아 일부 마이크로컨트롤러에서 병목이 발생했고, SPHINCS+는 서명 크기가 커서 네트워크 대역폭 제약 환경에 불리했다. 반면 CRYSTALS-Kyber와 Dilithium은 임베디드 환경에서도 상대적으로 균형 잡힌 성능을 보였다.
이 연구는 PQC 전환을 준비하는 조직이 단순히 알고리즘 보안 강도만이 아닌, 배포 대상 환경의 하드웨어 특성에 맞는 알고리즘을 선택해야 함을 실증한다.
> 실무 시사점: PQC 도입 계획 시 단일 알고리즘으로 모든 환경을 커버하려 하지 말고, 서버·모바일·IoT 각 계층에 최적화된 알고리즘 포트폴리오를 구성해야 한다.
📖 *Semantic Scholar 논문* | 논문 원문
Post-quantum cryptography (PQC) algorithms may be theoretically unbreakable by quantum computers, but real-world adoption hinges on a different question: can they actually run efficiently on the hardware organizations already operate? A comprehensive performance benchmark study answers this question across a wide range of computing environments.
Researchers deployed NIST PQC finalists—CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, and SPHINCS+—across heterogeneous hardware platforms including x86 servers, ARM Cortex-M microcontrollers, RISC-V processors, and Raspberry Pi devices. Key operations (key generation, encapsulation/decapsulation, signing, verification) were measured for throughput, memory footprint, and energy consumption.
On high-performance servers, all candidates performed within acceptable bounds for deployment. However, the resource-constrained environments revealed stark differences. FALCON's reliance on floating-point arithmetic created bottlenecks on microcontrollers lacking hardware FPUs, with signing operations taking orders of magnitude longer than on server hardware. SPHINCS+'s large signature sizes (up to 50KB) posed challenges in bandwidth-constrained IoT scenarios. CRYSTALS-Kyber and Dilithium demonstrated the most consistent performance across environments.
Energy profiling surfaced another dimension: for battery-powered devices, SPHINCS+ key operations consumed 3-5x more energy than Kyber equivalents, a critical consideration for IoT deployments with years-long operational lifetimes.
The study also evaluated hybrid classical-PQC configurations—maintaining RSA/ECC alongside PQC during transition—showing that hybrid schemes add 15-20% overhead but provide security continuity during migration.
> Practical takeaway: Don't deploy a single PQC algorithm across all infrastructure. Build an algorithm portfolio: Kyber/Dilithium for embedded and mobile, server-grade implementations for backend systems, and conservative SPHINCS+ for high-assurance signing in less latency-sensitive paths.
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