특허 개요
본 특허는 암호화된 데이터를 열어 보지 않고도 계산과 비교를 수행하는 완전동형암호 기반 암호문 연산 장치입니다. 통신 모듈로 받은 동형암호 데이터를 메모리와 프로세서에서 처리하며, XOR·XNOR·AND·OR 같은 비트 연산, 2의 보수, 절댓값, 좌우 이동 및 MUX 연산을 조합합니다. 특히 XNOR와 MUX 기반 대소 비교 로직으로 암호문 값의 크기를 판단하고, 이를 바탕으로 덧셈·뺄셈·곱셈·나눗셈을 암호화 상태에서 수행합니다.
- 핵심 기능
사용자 단말이 전송한 동형암호 데이터를 복호화하지 않고 수신한 뒤, 비트별 기본 게이트와 보수·이동·MUX 로직으로 연산에 필요한 중간값을 생성합니다. 대소 비교와 부호 처리를 결합해 사칙연산 결과를 다시 암호문으로 출력하며, 반복 연산에서 발생하는 노이즈는 부트스트래핑 게이트로 감소시키도록 구성합니다.
- 차별 강점
기존 사용자-클라우드 처리 방식은 서버가 공유 키로 암호화 데이터를 복호화해 처리하므로 민감정보 노출 우려가 있었습니다. 본 특허는 XNOR 및 MUX 기반 암호문 대소 비교와 비트 단위 기본 연산·부호 처리 로직을 결합해, 복호화 없이 비교와 사칙연산을 수행할 수 있도록 한 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 프라이버시 보존 데이터 처리, 암호화 데이터 기반 통계 분석, 로지스틱 회귀분석, 유전체 데이터 분석 분야에 활용 가능하며, 암호문 상태의 조건 연산이 필요한 보안 분석 환경으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 금융·보험 데이터 분석, 의료·유전체 분석, 보안 클라우드, 개인정보 보호형 데이터 결합 및 개인 PC 보안 서비스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
암호문 대소 비교 로직은 첫 번째 입력값이 더 큰 경우 또는 더 작은 경우에 각각 Enc(1)을 출력하도록 동작이 설명되어 있습니다. 이진 곱셈 예시와 비교·사칙연산의 암호문 입출력 구조가 제시되었으나, 실제 데이터셋 기반 정확도·처리시간·확장성 및 대규모 환경 성능은 기재되지 않았습니다.
- 검증 방식: 암호문 비트 연산과 대소 비교·사칙연산 알고리즘의 논리 동작 설명
- 연산 예시: 이진수 7과 5의 곱셈 결과로 이진수 35를 출력하는 과정 제시
- 확인 범위: XNOR·MUX 기반 대소 비교 및 암호문 사칙연산 입출력 구조
현재 성과
암호화된 데이터를 복호화하지 않은 상태에서 대소 비교와 덧셈·뺄셈·곱셈·나눗셈의 입력 및 결과 출력을 수행하도록 구성됩니다. 데이터 처리 과정에서 평문을 노출하지 않아 프라이버시 보존형 분석 구조에 적용할 수 있습니다.
대소 비교 로직은 두 암호문 데이터의 크기 관계에 따라 Enc(1) 또는 Enc(0)을 출력하는 방식으로 설명됩니다. 이진수 7과 5의 곱셈 결과로 35를 출력하는 연산 예시도 제시되어 있으며, 실데이터 기반 처리 성능은 별도 PoC에서 확인이 필요합니다.
기존 클라우드 처리 모델은 서버의 복호화 처리와 키 공유에 따른 정보 노출 우려가 있었습니다. 본 기술은 XNOR 및 MUX를 이용한 암호문 대소 비교와 2의 보수 기반 부호 처리, 비트 단위 기본 연산을 결합해 암호문 상태의 조건 연산과 사칙연산을 구현하는 점에 차별성이 있습니다.
상용화까지 남은 부분
실사용 데이터셋을 활용한 연산 정확도와 결과 일치성 검증
암호문 비교·사칙연산의 처리시간, 확장성 및 대규모 데이터 처리 성능 평가
반복 연산 환경에서의 노이즈 누적 관리와 부트스트래핑 적용 성능 검증
클라우드 환경 연동, 데이터 입출력 인터페이스 및 운영 구조의 통합 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
완전동형암호 기법으로 암호화된 데이터의 연산을 위한 장치 및 방법
10-2020-0164231 (2020.11.30)
1020210067961 (2021.06.08)
1024919020000 (2023.01.19)
윤지원, 유준수, 송백경, 황정환, 홍미연
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단