우리는 그 어느 때보다 개인정보 보호가 중요한 시대에 살고 있습니다. 온라인 뱅킹부터 의료 기록에 이르기까지 우리의 데이터는 디지털 시스템을 통해 끊임없이 흐르고 있습니다. 데이터 유출의 위험이 그 어느 때보다 높아지면서 데이터 보호는 현대 기술에서 가장 많이 논의되는 관심사 중 하나가 되었습니다. 바로 이 부분에서 동형 암호화가 빛을 발합니다. 동형 암호화를 사용하면 원본 콘텐츠를 노출하지 않고도 암호화된 데이터를 처리할 수 있습니다.
동형 암호화는 연산 중에도 민감한 정보를 보호한다는 점에서 두드러집니다. 기업, 연구자, 개발자들은 이를 획기적인 기술로 보고 있습니다. 동형 암호화는 기존 암호화와 비교할 수 없는 방식으로 개인 정보 보호, 보안, 효율성을 결합합니다. 이 기술은 클라우드 컴퓨팅, 인공 지능, 빅 데이터 분석과 같은 첨단 기술 분야에서 필수적입니다.
동형 암호화가 무엇인지, 왜 중요한지, 그리고 이미 디지털 세계를 어떻게 재편하고 있는지 살펴보세요.
동형 암호화란 무엇인가요?
암호화된 데이터에 대한 계산을 가능하게 하는 암호화 형태입니다. 이러한 계산은 해독되면 원본 데이터에서 수행된 작업의 결과와 일치하는 결과를 생성합니다.
간단히 말해, 이 암호화 방법을 사용하면 데이터를 숨긴 채로 작업할 수 있습니다. 따라서 특히 민감한 정보를 제3자와 공유해야 할 때 데이터를 안전하게 처리하는 데 적합합니다.
몇 가지 관련 용어는 다음과 같습니다:
- 완전 동형 암호화(FHE)
- 부분 동형 암호화(PHE)
- SHE(다소 동형 암호화)
이러한 모든 변형은 같은 계열에 속하지만 허용하는 계산의 종류가 다릅니다.
동형 암호화 분석하기
이 기술이 어떻게 작동하는지 자세히 살펴봅시다. 무언가를 암호화할 때는 일반적으로 데이터를 읽을 수 없는 텍스트로 스크램블합니다. 기존 암호화에서는 유용한 작업을 수행하려면 해당 데이터를 해독해야 합니다. 이는 데이터를 읽을 수 있는 짧은 순간 동안 데이터가 취약해지기 때문에 위험할 수 있습니다.
이 접근 방식은 이를 완전히 바꿔놓습니다. 이를 통해 시스템은 실제 데이터를 노출하지 않고도 암호화된 정보에 대한 작업을 수행할 수 있습니다. 식료품을 상자에 넣어 잠근 다음 누군가에게 상자를 열지 않고 식사를 준비해 달라고 부탁한다고 생각해보세요. 마지막에 상자를 열면 완성된 요리를 볼 수 있습니다.
이를 가능하게 하는 몇 가지 핵심 요소가 있습니다:
암호화 및 암호 해독 키
암호화는 공개 키를 사용하여 일반 데이터를 암호 텍스트로 변환합니다. 복호화는 개인 키를 사용하여 원래 형태로 되돌립니다. 동형 암호화에서는 지원해야 하는 추가 수학적 연산으로 인해 이 과정이 더 복잡해집니다.
지원되는 작업
유형에 따라 이 암호화는 덧셈과 곱셈과 같은 산술 연산을 하나 이상 지원합니다. 완전 동형 암호화는 이 두 가지를 모두 지원하므로 활용도가 매우 높습니다.
건강 데이터를 수집하는 병원을 상상해 보세요. 병원은 이 데이터를 해독하여 추세나 위험을 분석하는 대신 암호화된 데이터를 클라우드 서버로 전송할 수 있습니다. 서버는 데이터가 암호화된 상태로 유지되는 동안 분석을 실행합니다. 결과가 나오면 병원은 환자의 개인 정보를 침해하지 않고 인사이트를 확인하기 위해 암호를 해독합니다.
보안
이는 데이터를 보호하기 위해 격자 기반 암호화와 같은 어려운 수학적 문제에 의존합니다. 최신 컴퓨팅 성능에도 불구하고 이러한 유형의 암호화는 여전히 해독하기가 매우 어렵습니다.
이러한 수준의 보안은 신뢰와 기밀 유지가 타협할 수 없는 산업에서 필수적입니다.
역사
이 암호화 체계의 여정은 이론적 개념으로 시작되었지만 이후 실제 작동하는 기술로 발전했습니다.
| 연도 | 개발 |
|---|---|
| 1978 | 리베스트, 애들먼, 데르투조스 연구원은 개인 정보 보호 컴퓨팅이라는 아이디어를 제안합니다. |
| 2009 | 크레이그 젠트리가 최초의 실용적인 완전동형암호(FHE) 체계를 개발합니다. |
| 2010s | 지속적인 성능 개선 및 컴퓨팅 비용 절감. |
| 현재 | 거대 기술 기업과 스타트업이 의료, 클라우드 컴퓨팅, 금융 분야의 실제 애플리케이션을 살펴봅니다. |
2009년 이전에는 많은 사람이 동형 암호화가 수학적 꿈으로만 남을 것이라고 믿었습니다. 하지만 젠트리의 연구는 그렇지 않다는 것을 증명했고 이 분야의 빠른 성장을 촉발시켰습니다.
유형
동형 암호화는 세 가지 주요 유형으로 제공됩니다. 각 유형은 서로 다른 종류의 작업과 사용 사례를 지원합니다.
부분 동형 암호화(PHE)
덧셈 또는 곱셈 중 하나의 연산만 지원합니다. 이 방식은 더 간단하고 빠르지만 기능이 제한적입니다.
SHE(다소 동형 암호화)
덧셈과 곱셈을 모두 허용하지만 횟수는 제한되어 있습니다. 속도와 유연성 사이의 중간 지점입니다.
완전 동형 암호화(FHE)
무제한 덧셈과 곱셈을 지원합니다. 가장 강력한 유형이지만 컴퓨팅 리소스를 가장 많이 사용하는 유형이기도 합니다.
| 유형 | 지원되는 작업 | 성능 | 사용 사례 |
|---|---|---|---|
| PHE | 덧셈 또는 곱셈 | 빠른 | 간단한 작업 |
| SHE | 제한된 덧셈 및 곱셈 | 보통 | 제어된 환경 |
| FHE | 전체 대수 연산 | 느린 | 복잡한 클라우드 기반 분석 |
동형 암호화는 어떻게 작동하나요?
높은 수준에서 시스템은 입력을 암호화하고 암호화된 데이터에 대해 수학적 연산을 수행한 다음 최종 결과를 복호화합니다. 이러한 단계는 처리 과정에서 원본 데이터를 외부에 노출하지 않고 진행됩니다.
이 프로세스는 특수 대수 기법과 복소수 이론을 사용합니다. 이러한 방법은 계산 집약적이지만 처리하는 동안 완전한 프라이버시가 보장되므로 민감한 환경에서 큰 이점이 있습니다.
예를 들어, 투표 시스템은 암호화된 투표를 집계할 수 있으며, 계산이 끝난 후에야 최종 집계 결과를 해독할 수 있습니다. 이렇게 하면 프로세스 내내 개별 투표가 비공개로 유지됩니다.
장단점
이 암호화 모델은 꿈처럼 들리지만 단점도 있습니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 사용 중 데이터 암호화 유지 | 더 많은 연산 능력이 필요함 |
| 안전한 협업 지원 | 기존 암호화보다 느린 속도 |
| 규제 요건 충족 | 사용 가능한 도구 수 감소 |
| 데이터 유출 위험 감소 | 구현이 더 복잡해짐 |
단점에도 불구하고 연구원들은 계속해서 개선하고 있습니다. 몇 시간이 걸리던 작업은 이제 몇 분이면 완료되며, 곧 몇 초면 완료될 수 있습니다.
동형 암호화의 용도
동형 암호화는 개인 정보 보호, 보안, 규정 준수가 가장 중요한 산업에서 활용되고 있습니다.
헬스케어
병원과 연구자들은 암호화된 환자 데이터에서 머신러닝 모델을 실행하여 건강 트렌드를 발견할 수 있습니다. 이를 통해 HIPAA 및 GDPR과 같은 법률을 준수하는 동시에 의료 과학을 발전시킬 수 있습니다.
금융 서비스
은행과 핀테크 플랫폼은 암호화된 데이터에서 신용 점수를 계산하거나 사기를 탐지할 수 있습니다. 이를 통해 서비스 품질을 유지하면서 내부 및 외부 위협으로부터 사용자를 보호할 수 있습니다.
클라우드 컴퓨팅
클라우드 서비스 제공업체는 데이터를 보지 않고도 암호화된 워크로드를 분석할 수 있습니다. 이를 통해 기업은 기밀 파일을 손상시키지 않고 외부 서비스를 사용할 수 있습니다.
정부 및 공공 부문
정부는 안전한 투표 시스템, 기밀 통신, 인구조사 데이터 분석에 동형 암호화를 사용할 수 있습니다. 이러한 작업은 높은 수준의 개인정보 보호와 유출 또는 간섭의 위험 감소라는 이점을 누릴 수 있습니다.
리소스
- TechTarget. 동형 암호화: 클라우드에서의 안전한 데이터 처리
- PhoenixNAP. 동형 암호화 설명
- FreeCodeCamp. 일반 영어로 설명하는 동형 암호화
- 긱스포긱스. 동형 암호화 개요
- IBM. IBM이 동형 암호화를 발전시키는 방법
