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지난 16일 세계 첫 ‘양자통신 실험 위성’ 발사 성공...우주-지상 간 양자통신 실험
2030년까지 전 세계 범위 양자통신 네트워크 구축 목표
양자통신 우주-지상 네트워크 구축되면 정보 송수신 안전
[보안뉴스 온기홍= 중국 베이징] 중국이 해킹이 ‘불가능’하다고 평가 받는 양자(Quantum) 통신의 상용화에 박차를 가하고 있다. 중국은 이달 세계에서 처음으로 양자통신 상용화를 위한 실험위성 발사에 성공했다. 또한, 최근 양자 시뮬레이터도 제작하는 등 양자 영역 응용에서 성과들을 잇달아 거두고 있다.
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중국과학원은 지난 16일 현지 시간 오전 1시40분 북서부 간쑤성 주취안에 있는 위성발사센터에서 세계 첫 양자통신 실험위성 ‘묵자(墨子)호’를 창정2D 로켓에 실어 발사하는데 성공했다고 밝혔다.
이 양자위성은 해킹을 차단하는 차세대 암호통신기술인 양자통신 실용화를 위한 중국과학원의 선도 과학실험위성 프로젝트의 하나로 중국이 자체 기술로 독자 개발했다. 중국과학원과 중국과학기술대는 2011년 정식으로 ‘양자과학 실험위성’ 연구 제작에 착수하며 우주-지상 간 양자통신에 도전장을 낸 지 5년 만에 위성 발사에 성공했다.
중국 춘추전국시대 사상가이자 과학자인 묵자의 이름을 따서 지어진 양자위성 ‘묵자호’는 무게 631kg이며, 90분마다 지구를 한 바퀴 돌게 된다. 지상에서 500km 떨어진 우주궤도에 안착한 뒤 2년 동안 운행될 예정이다.
中 양자통신 위성, 우주-지상간 양자통신 실험 진행 예정
양자 통신은 양자역학을 응용해 생성된 암호 키(key)를 안전하게 전달하는 차세대 통신기술이다. 발신자와 수신자 외에는 암호화된 정보를 읽을 수 없고 제3자가 중간에서 정보 복제와 도·감청, 해독하는 것을 차단할 수 있다. 이 때문에 양자 통신은 현재의 광통신 체계에서 일어나고 있는 정보보안 관련 문제를 해결할 수 있는 통신 기술로 평가 받고 있다. 중국 관영 매체들은 “양자위성 ‘묵자호’는 우주-지상 간 양자 통신 가능성을 탐색하는 사명을 부여 받았다”고 전했다.
이를 위해 중국 연구진은 양자위성에 자체 개발한 양자 암호 키 통신기, 양자 얽힘 발사기, 양자 얽힘원, 양자 시험 제어·처리기 등을 탑재했다고 밝혔다. 이와 동시에 연구진은 지상에는 과학 응용 시스템을 구축했다. 1개 센터(허페이 양자과학실험센터)와 4개 지상 기지국(난샨, 더링하, 싱롱, 리쟝 소재), 1개 플랫폼(티베트자치구 아리에 소재한 양자 순간이동(Quantum teleportation) 실험 플랫폼)이다. 연구진은 이를 바탕으로 위성과 지상기지국을 잇는 ‘천지(天地) 일체화’ 양자과학실험시스템을 구축한다는 계획이다.
연구진은 앞으로 2년 동안 우주-지상 고속 양자 암호 키 분배 실험, 광역 양자 통신 네트워크 실험, 우주-지상 양자 얽힘(Entanglement: 양자들이 떨어져 있어도 동시에 같은 변화를 보임) 이론 실험, 지상-우주 양자 순간이동 실험 등의 임무를 수행할 계획이라고 밝혔다.
중국 양자위성 개발 프로젝트 책임자인 판젠웨이 원사(중국과학기술대학 교수)는 “양자통신실험위성을 통해 크게 세 가지 실험을 하게 되는데, 첫 번째로 위성과 지상 간 양자 암호 키 배분을 통해 통신 보안을 실현하는 것”이라고 말했다. 즉 양자 암호는 도청이 불가능하다는 이론과 함께 양자통신이 전세계 범위로 가능하다는 것을 증명하려는 실험이다.
이와 관련 연구진은 베이징에서 암호 키를 갖춘 정보를 기존 통신망을 통해 오스트리아 비엔나로 보내고, 동시에 암호 키를 베이징에서 광자(光子) 형태로 위성에 발사한다. 이어 지상에서 1200km 떨어진 우주에서 위성은 암호 키를 비엔나로 보내고 정보를 해독한다. 판웨이 교수는 자신이 박사학위를 받았던 오스트리아 비엔나 대학 물리학과 측과 함께 이 실험을 진행할 계획이다.
판젠웨이 교수는 “광자는 대기층을 관통한 뒤에는 80% 안팎이 보존되고, 위성의 중계를 이용하게 되면 지상에서 수 천 킬로미터 떨어진 곳에서나 전세계에서 광역 양자 암호 통신을 실현할 수 있다”고 말했다.
둘째 양자위성 ‘묵자호’는 중국 안에서 각각 수 천km 떨어진 북부 칭하이성의 더링하, 남부 윈난성의 리장, 서부 신장위구르자치구 우루무치의 난산, 수도 베이징의 싱롱 등 4개 양자통신 지상기지국 사이의 양자 얽힘 현상을 측정할 예정이다. 지금까지 지상에서 진행한 실험은 최대 거리가 100km였다.
세 번째는 양자의 공간 이동 실험이다. 연구팀은 티베트자치구 아리에 있는 양자 순간이동 실험 플랫폼에서 한 쌍의 광자 중 하나를 위성으로 전송하고 다른 하나는 지상에 두고 순간이동 실험을 진행할 계획이다.
“양자통신 우주-지상 네트워크 구축되면 정보 송수신 안전”
판젠웨이 교수는 “지상의 양자통신이 각 도시와 각 정보 전송점을 연결하는 하나의 ‘네트워크’를 구축했다면, 양자과학 실험위성은 이 네트워크가 우주로 던지는 ‘표창’과 같다”고 설명했다. 양자 통신 ‘천지 네트워크’가 형성되면, 이 사이를 오가는 수많은 정보들은 ‘무조건’적으로 안전하다”고 단언했다.
특히 양자 과학은 정보 보안에 ‘최종 무기’를 제공한다고 판젠웨이 교수는 강조했다. 판 교수는 “전통적인 정보보안은 복잡한 알로리즘에 의존하면서 계산 능력이 강대하기만 하면 됐지만, 보다 복잡한 알로리즘이라도 모두 뚫릴 수 있다”고 지적하고 “양자 통신은 양자 자체의 특성으로 절대적으로 안전해질 수 있으며, 근본적으로 정보보안 문제를 영구적으로 해결하게 된다”고 말했다.
세계 주요 국가들이 양자 통신의 실용화와 산업화에 앞다퉈 나선 가운데 중국은 양자 통신의 경쟁에서 후발주자에 속했다는 게 중국 내 전문가들의 평가다. 하지만 중국은 지난 여러 해 동안 노력에 힘입어 국제 일류의 양자정보 연구 대열에 들어섰으며 도심 지역 양자통신 기술 방면에서도 세계 선두를 달리고 있다고 전문가들은 진단하고 있다.
중국은 안휘성 성도인 허페이시와 산동성 지난시 등에 양자통신 도심 네트워크를 구축했다. 양자 위성 ‘묵자호’와 연계해 지상 양자통신을 구현하기 위한 베이징-상하이 간 2,000km의 세계 최장거리 양자 통신 네트워크 구축도 올해 하반기 중 완료될 예정이다.
中 “2030년까지 전세계 범위 양자통신 네트워크 구축 목표”
중국의 양자위성에 대한 구상은 10여년 전 시작됐다. 지난 2001년 당시 31세의 판젠위는 유럽 오스트리아 비엔나 대학에서 물리학 박사학위를 받고 귀국한 뒤 중국과학원에 양자정보실험실을 세웠다. 2003년 대다수 사람들이 아직 실험실 내부의 원리성 실험에 진력하고 있을 때, 판젠위는 동료들과 함께 ‘천지 일체화’ 양자통신 네트워크의 초보적 구상을 시작했다. 지난 16일 발사된 양자과학 실험위성은 바로 이 구상의 핵심 부분이다.
판젠위 연구팀은 이후 10여년 동안 기술을 꾸준히 축적했다. 연구팀은 자유 공간 양자 암호 키, 양자 얽힘, 양자 순간이동 실험 등 방면에서 국제 선도적 성과를 거뒀다. 지난 2005년 판젠위 연구팀은 세계에서 처음으로 13km 자유 공간 양자통신 실험을 했고, 광자가 대기층을 관통한 뒤 그 양자는 유효하게 유지된다는 것을 증명했다. 이를 통해 우주-지상 양자 통신의 실행가능성을 증명했다.
그 뒤 판젠위는 16km 자유 공간 양자 순간이동, 100km 자유 공간 양자 통신, 우주-지상 양자 통신의 전방위 지면 검증 실험을 진행하면서 우주-지상간 양자통신의 기초를 다졌다. 중국은 지난 10여년 간 이 같은 성과를 바탕으로 양자 통신 영역에서 명실상부한 강국으로 발돋움했다.
판젠위 교수는 “이번 ‘묵자호’ 위성 발사 이후 효과가 예측대로 나온다면, 다음 단계에 ‘묵자 2호’, ‘묵자 3호’를 발사할 계획”이라고 밝혔다. 그는 “단일 저궤도 위성은 전세계를 덮을 수 없고, 동시에 강렬한 태양광 배경 때문에 현재의 우주-지상 양자 통신은 단지 야간에만 진행할 수 있다”며 “고효율의 글로벌 양자 통신을 실현하려면 위성 네트워크를 형성해야 한다”고 말했다.
나아가 중국 연구진은 2030년을 전후해 글로벌 광영 양자 암호 통신 네트워크 구축에 앞장선다는 계획을 세워 놓고 있다. 이를 바탕으로 정보 송수신이 안전한 ‘양자 인터넷’을 구축하고, 이어 완벽한 양자 통신 산업사슬과 차세대 국가 정보안전 생태시스템을 이룬다는 방침이다. 판젠위 교수는 “이 분야 연구는 전세계에 개방돼 있다”며 첫 해외 개방 프로젝트로 오스트리아 과학원과 협력해 베이징-비엔나 간 양자 암호 통신을 실현하고, 이후 더 많은 국가들과 협력해 양자정보기술 분야 연구에 나설 계획이라고 밝혔다.
판젠위 교수 연구팀은 양자위성 개발 프로젝트 이후 우주 기지국 ‘양자 제어와 광 전송 연구’ 프로젝트, 천체 간 양자통신 기술 연구 등에 나설 계획을 세워 놓고 있다. 동시에 양자 암호 키 망 응용 등 연구도 진행할 계획이다. 중국 매체들은 양자통신이 해킹이 불가능하기 때문에 안보, 군사, 금융 분야 등에 먼저 적용될 수 있을 것이라고 전했다.
中 비국소성 양자 시뮬레이터 세계 첫 개발
중국과학기술대학 중국과학원양자정보중점실험실 리추안펑 교수가 이끄는 연구팀은 비(非)국소성 양자 시뮬레이터를 처음으로 제작했다고 지난 19일 중국 관영매체들이 전했다. 이번 연구는 양자 시뮬레이터의 또 다른 핵심 이점인 ‘양자 비국소 특성’을 처음 드러냈으며, 비국소성 양자 시뮬레이터는 ‘초광속 통신’ 같은 연구에 이용될 수 있다고 관영 인민일보는 전했다. 연구팀은 “특정한 양자 시뮬레이션을 통해 정보를 1.9배가 넘는 광속으로 한 실험실에서 다른 실험실로 전송했다”고 밝혔다.
이런 가운데 현재 중국에서는 중국과학기술대학 중국과학원 양자정보중점실험실 궈광찬 원사는 지도하는 궈궈핑 교수팀이 유일하게 양자컴퓨터 설계를 목표로 하는 연구팀으로서 반도체 양자 칩 연구에 힘을 쏟고 있다. 한편 중국과학기술대학 판젠위 교수와 장챵, 리리 등은 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소, 미국 MIT 대학 연구원들과 협력해 20km의 광케이블 선로에서 양자 지문 식별을 실현했다고 지난 6월 밝혔다.
[중국 베이징 / 온기홍 특파원(onkihong@yahoo.com)]
2030년까지 전 세계 범위 양자통신 네트워크 구축 목표
양자통신 우주-지상 네트워크 구축되면 정보 송수신 안전
[보안뉴스 온기홍= 중국 베이징] 중국이 해킹이 ‘불가능’하다고 평가 받는 양자(Quantum) 통신의 상용화에 박차를 가하고 있다. 중국은 이달 세계에서 처음으로 양자통신 상용화를 위한 실험위성 발사에 성공했다. 또한, 최근 양자 시뮬레이터도 제작하는 등 양자 영역 응용에서 성과들을 잇달아 거두고 있다.
중국과학원은 지난 16일 현지 시간 오전 1시40분 북서부 간쑤성 주취안에 있는 위성발사센터에서 세계 첫 양자통신 실험위성 ‘묵자(墨子)호’를 창정2D 로켓에 실어 발사하는데 성공했다고 밝혔다.
이 양자위성은 해킹을 차단하는 차세대 암호통신기술인 양자통신 실용화를 위한 중국과학원의 선도 과학실험위성 프로젝트의 하나로 중국이 자체 기술로 독자 개발했다. 중국과학원과 중국과학기술대는 2011년 정식으로 ‘양자과학 실험위성’ 연구 제작에 착수하며 우주-지상 간 양자통신에 도전장을 낸 지 5년 만에 위성 발사에 성공했다.
중국 춘추전국시대 사상가이자 과학자인 묵자의 이름을 따서 지어진 양자위성 ‘묵자호’는 무게 631kg이며, 90분마다 지구를 한 바퀴 돌게 된다. 지상에서 500km 떨어진 우주궤도에 안착한 뒤 2년 동안 운행될 예정이다.
中 양자통신 위성, 우주-지상간 양자통신 실험 진행 예정
양자 통신은 양자역학을 응용해 생성된 암호 키(key)를 안전하게 전달하는 차세대 통신기술이다. 발신자와 수신자 외에는 암호화된 정보를 읽을 수 없고 제3자가 중간에서 정보 복제와 도·감청, 해독하는 것을 차단할 수 있다. 이 때문에 양자 통신은 현재의 광통신 체계에서 일어나고 있는 정보보안 관련 문제를 해결할 수 있는 통신 기술로 평가 받고 있다. 중국 관영 매체들은 “양자위성 ‘묵자호’는 우주-지상 간 양자 통신 가능성을 탐색하는 사명을 부여 받았다”고 전했다.
이를 위해 중국 연구진은 양자위성에 자체 개발한 양자 암호 키 통신기, 양자 얽힘 발사기, 양자 얽힘원, 양자 시험 제어·처리기 등을 탑재했다고 밝혔다. 이와 동시에 연구진은 지상에는 과학 응용 시스템을 구축했다. 1개 센터(허페이 양자과학실험센터)와 4개 지상 기지국(난샨, 더링하, 싱롱, 리쟝 소재), 1개 플랫폼(티베트자치구 아리에 소재한 양자 순간이동(Quantum teleportation) 실험 플랫폼)이다. 연구진은 이를 바탕으로 위성과 지상기지국을 잇는 ‘천지(天地) 일체화’ 양자과학실험시스템을 구축한다는 계획이다.
연구진은 앞으로 2년 동안 우주-지상 고속 양자 암호 키 분배 실험, 광역 양자 통신 네트워크 실험, 우주-지상 양자 얽힘(Entanglement: 양자들이 떨어져 있어도 동시에 같은 변화를 보임) 이론 실험, 지상-우주 양자 순간이동 실험 등의 임무를 수행할 계획이라고 밝혔다.
중국 양자위성 개발 프로젝트 책임자인 판젠웨이 원사(중국과학기술대학 교수)는 “양자통신실험위성을 통해 크게 세 가지 실험을 하게 되는데, 첫 번째로 위성과 지상 간 양자 암호 키 배분을 통해 통신 보안을 실현하는 것”이라고 말했다. 즉 양자 암호는 도청이 불가능하다는 이론과 함께 양자통신이 전세계 범위로 가능하다는 것을 증명하려는 실험이다.
이와 관련 연구진은 베이징에서 암호 키를 갖춘 정보를 기존 통신망을 통해 오스트리아 비엔나로 보내고, 동시에 암호 키를 베이징에서 광자(光子) 형태로 위성에 발사한다. 이어 지상에서 1200km 떨어진 우주에서 위성은 암호 키를 비엔나로 보내고 정보를 해독한다. 판웨이 교수는 자신이 박사학위를 받았던 오스트리아 비엔나 대학 물리학과 측과 함께 이 실험을 진행할 계획이다.
판젠웨이 교수는 “광자는 대기층을 관통한 뒤에는 80% 안팎이 보존되고, 위성의 중계를 이용하게 되면 지상에서 수 천 킬로미터 떨어진 곳에서나 전세계에서 광역 양자 암호 통신을 실현할 수 있다”고 말했다.
둘째 양자위성 ‘묵자호’는 중국 안에서 각각 수 천km 떨어진 북부 칭하이성의 더링하, 남부 윈난성의 리장, 서부 신장위구르자치구 우루무치의 난산, 수도 베이징의 싱롱 등 4개 양자통신 지상기지국 사이의 양자 얽힘 현상을 측정할 예정이다. 지금까지 지상에서 진행한 실험은 최대 거리가 100km였다.
세 번째는 양자의 공간 이동 실험이다. 연구팀은 티베트자치구 아리에 있는 양자 순간이동 실험 플랫폼에서 한 쌍의 광자 중 하나를 위성으로 전송하고 다른 하나는 지상에 두고 순간이동 실험을 진행할 계획이다.
“양자통신 우주-지상 네트워크 구축되면 정보 송수신 안전”
판젠웨이 교수는 “지상의 양자통신이 각 도시와 각 정보 전송점을 연결하는 하나의 ‘네트워크’를 구축했다면, 양자과학 실험위성은 이 네트워크가 우주로 던지는 ‘표창’과 같다”고 설명했다. 양자 통신 ‘천지 네트워크’가 형성되면, 이 사이를 오가는 수많은 정보들은 ‘무조건’적으로 안전하다”고 단언했다.
특히 양자 과학은 정보 보안에 ‘최종 무기’를 제공한다고 판젠웨이 교수는 강조했다. 판 교수는 “전통적인 정보보안은 복잡한 알로리즘에 의존하면서 계산 능력이 강대하기만 하면 됐지만, 보다 복잡한 알로리즘이라도 모두 뚫릴 수 있다”고 지적하고 “양자 통신은 양자 자체의 특성으로 절대적으로 안전해질 수 있으며, 근본적으로 정보보안 문제를 영구적으로 해결하게 된다”고 말했다.
세계 주요 국가들이 양자 통신의 실용화와 산업화에 앞다퉈 나선 가운데 중국은 양자 통신의 경쟁에서 후발주자에 속했다는 게 중국 내 전문가들의 평가다. 하지만 중국은 지난 여러 해 동안 노력에 힘입어 국제 일류의 양자정보 연구 대열에 들어섰으며 도심 지역 양자통신 기술 방면에서도 세계 선두를 달리고 있다고 전문가들은 진단하고 있다.
중국은 안휘성 성도인 허페이시와 산동성 지난시 등에 양자통신 도심 네트워크를 구축했다. 양자 위성 ‘묵자호’와 연계해 지상 양자통신을 구현하기 위한 베이징-상하이 간 2,000km의 세계 최장거리 양자 통신 네트워크 구축도 올해 하반기 중 완료될 예정이다.
中 “2030년까지 전세계 범위 양자통신 네트워크 구축 목표”
중국의 양자위성에 대한 구상은 10여년 전 시작됐다. 지난 2001년 당시 31세의 판젠위는 유럽 오스트리아 비엔나 대학에서 물리학 박사학위를 받고 귀국한 뒤 중국과학원에 양자정보실험실을 세웠다. 2003년 대다수 사람들이 아직 실험실 내부의 원리성 실험에 진력하고 있을 때, 판젠위는 동료들과 함께 ‘천지 일체화’ 양자통신 네트워크의 초보적 구상을 시작했다. 지난 16일 발사된 양자과학 실험위성은 바로 이 구상의 핵심 부분이다.
판젠위 연구팀은 이후 10여년 동안 기술을 꾸준히 축적했다. 연구팀은 자유 공간 양자 암호 키, 양자 얽힘, 양자 순간이동 실험 등 방면에서 국제 선도적 성과를 거뒀다. 지난 2005년 판젠위 연구팀은 세계에서 처음으로 13km 자유 공간 양자통신 실험을 했고, 광자가 대기층을 관통한 뒤 그 양자는 유효하게 유지된다는 것을 증명했다. 이를 통해 우주-지상 양자 통신의 실행가능성을 증명했다.
그 뒤 판젠위는 16km 자유 공간 양자 순간이동, 100km 자유 공간 양자 통신, 우주-지상 양자 통신의 전방위 지면 검증 실험을 진행하면서 우주-지상간 양자통신의 기초를 다졌다. 중국은 지난 10여년 간 이 같은 성과를 바탕으로 양자 통신 영역에서 명실상부한 강국으로 발돋움했다.
판젠위 교수는 “이번 ‘묵자호’ 위성 발사 이후 효과가 예측대로 나온다면, 다음 단계에 ‘묵자 2호’, ‘묵자 3호’를 발사할 계획”이라고 밝혔다. 그는 “단일 저궤도 위성은 전세계를 덮을 수 없고, 동시에 강렬한 태양광 배경 때문에 현재의 우주-지상 양자 통신은 단지 야간에만 진행할 수 있다”며 “고효율의 글로벌 양자 통신을 실현하려면 위성 네트워크를 형성해야 한다”고 말했다.
나아가 중국 연구진은 2030년을 전후해 글로벌 광영 양자 암호 통신 네트워크 구축에 앞장선다는 계획을 세워 놓고 있다. 이를 바탕으로 정보 송수신이 안전한 ‘양자 인터넷’을 구축하고, 이어 완벽한 양자 통신 산업사슬과 차세대 국가 정보안전 생태시스템을 이룬다는 방침이다. 판젠위 교수는 “이 분야 연구는 전세계에 개방돼 있다”며 첫 해외 개방 프로젝트로 오스트리아 과학원과 협력해 베이징-비엔나 간 양자 암호 통신을 실현하고, 이후 더 많은 국가들과 협력해 양자정보기술 분야 연구에 나설 계획이라고 밝혔다.
판젠위 교수 연구팀은 양자위성 개발 프로젝트 이후 우주 기지국 ‘양자 제어와 광 전송 연구’ 프로젝트, 천체 간 양자통신 기술 연구 등에 나설 계획을 세워 놓고 있다. 동시에 양자 암호 키 망 응용 등 연구도 진행할 계획이다. 중국 매체들은 양자통신이 해킹이 불가능하기 때문에 안보, 군사, 금융 분야 등에 먼저 적용될 수 있을 것이라고 전했다.
中 비국소성 양자 시뮬레이터 세계 첫 개발
중국과학기술대학 중국과학원양자정보중점실험실 리추안펑 교수가 이끄는 연구팀은 비(非)국소성 양자 시뮬레이터를 처음으로 제작했다고 지난 19일 중국 관영매체들이 전했다. 이번 연구는 양자 시뮬레이터의 또 다른 핵심 이점인 ‘양자 비국소 특성’을 처음 드러냈으며, 비국소성 양자 시뮬레이터는 ‘초광속 통신’ 같은 연구에 이용될 수 있다고 관영 인민일보는 전했다. 연구팀은 “특정한 양자 시뮬레이션을 통해 정보를 1.9배가 넘는 광속으로 한 실험실에서 다른 실험실로 전송했다”고 밝혔다.
이런 가운데 현재 중국에서는 중국과학기술대학 중국과학원 양자정보중점실험실 궈광찬 원사는 지도하는 궈궈핑 교수팀이 유일하게 양자컴퓨터 설계를 목표로 하는 연구팀으로서 반도체 양자 칩 연구에 힘을 쏟고 있다. 한편 중국과학기술대학 판젠위 교수와 장챵, 리리 등은 중국과학원 상하이마이크로시스템·정보기술연구소, 미국 MIT 대학 연구원들과 협력해 20km의 광케이블 선로에서 양자 지문 식별을 실현했다고 지난 6월 밝혔다.
[중국 베이징 / 온기홍 특파원(onkihong@yahoo.com)]
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김태형기자 기사보기
[2024-05-01] 
