완전동형암호 기법으로 암호화된 데이터의 로지스틱 회귀 분석 연산 장치 및 방법

TRL 4
2023 등록

민감한 데이터를 풀어보지 않은 암호문 상태로 로지스틱 회귀분석을 수행하는 완전동형암호 기반 분석 기술입니다. 암호화된 데이터에 필요한 계산을 순서대로 처리해 개인정보를 노출하지 않고도 분류·예측 분석을 가능하게 하는 특허입니다.

특허 개요

본 특허는 데이터를 복호화하지 않은 채 분류·예측 분석을 수행하는 완전동형암호 기반 로지스틱 회귀분석 장치 및 방법입니다. 비트 단위 논리연산과 사칙연산, 지수함수 연산을 조합하고, 2의 보수·지수함수·덧셈·나눗셈을 순차 적용하는 시그모이드 함수 로직으로 암호문 상태의 확률값을 계산합니다. 이후 기울기 하강법으로 암호화된 입력·분류 데이터의 파라미터를 반복 갱신해 로지스틱 회귀분석을 수행합니다.

  • 핵심 기능

연산 장치는 사용자 단말에서 전송된 동형암호화 데이터를 수신한 뒤, 비트 단위 논리연산·비교·이동·사칙연산·지수함수 로직을 실행해 암호문 상태의 시그모이드 값을 계산합니다. 암호화된 입력 데이터와 분류 데이터를 대상으로 기울기 하강법을 적용해 파라미터와 그래디언트를 반복 갱신하고 회귀분석 결과를 생성합니다.

  • 차별 강점

기존 사용자-클라우드 처리 모델은 서버가 공유 키를 바탕으로 데이터를 복호화해 처리할 수 있어 개인정보 노출 위험이 있었습니다. 본 특허는 복호화 없이 시그모이드 함수와 로지스틱 회귀를 구현하며, 정수 기반 연산만으로는 발생하기 쉬운 로지스틱 회귀 근사 오차를 비트 단위 지수함수·나눗셈 로직으로 다루는 점에 차별성이 있습니다.

  • 활용 범위

기술·연구 측면에서는 프라이버시 보존 클라우드 분석, 암호화 데이터 분류, 보안 머신러닝, 유전자·게놈 데이터 분석 분야에 활용 가능하며, 개인 PC의 보안 검사 데이터 처리에도 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 금융·보험 분석, 의료 데이터 분석, 클라우드 보안, 데이터 결합 서비스 등 민감정보를 직접 노출하기 어려운 분석 서비스로 확장할 수 있습니다.

연구 개발 단계

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4공개 데이터와 예시 데이터를 이용한 암호문 기반 시그모이드 및 로지스틱 회귀 알고리즘 성능이 검증된 단계입니다.
현재 검증 내용

완전동형암호 기반 시그모이드 및 로지스틱 회귀분석을 10개 1차원 데이터와 NIDDK 공개 데이터로 평가하고, 실제 시그모이드 함수 및 최소제곱법 기반 근사 방식과 비교했습니다. 대규모 실서비스 데이터에서의 처리 성능, 자원 요구량 및 운영 안정성은 구체적으로 제시되지 않았습니다.

검증 환경

- 평가 알고리즘: 완전동형암호 기반 시그모이드 함수 및 로지스틱 회귀분석
- 비교 방식: 실제 시그모이드 함수, 최소제곱법 기반 시그모이드 근사

- 평가 데이터·조건: 10개 1차원 데이터 및 NIDDK 공개 데이터 768명 환자·2가지 검사, 4-폴드 교차검증, 25회 반복

현재 성과

성능·효과
NIDDK 공개 데이터 평균 정확도70.18229%

NIDDK 공개 데이터 768명 환자와 2가지 검사 데이터를 대상으로 암호문 기반 로지스틱 회귀분석의 평균 정확도를 평가했습니다. 암호화 상태에서 분류 분석을 수행하면서 평균 정확도 결과를 제시했습니다.

검증·신뢰
4-폴드 교차검증 AUC0.801146427

NIDDK 공개 데이터를 대상으로 4-폴드 교차검증과 25회 반복 조건에서 AUC를 확인했습니다. 실제 시그모이드 함수 기반 방법 및 최소제곱법 시그모이드 근사 방식과 비교 평가했습니다.

차별성·독창성
복호화 없이 시그모이드·로지스틱 회귀 구현

일반적인 동형암호 연산이 주로 정수 기반 덧셈과 곱셈에 제한되는 문제에 대응해, 비트 단위 논리연산·보수·이동·비교·사칙연산과 지수함수 로직을 결합했습니다. 2의 보수, 지수함수, 덧셈, 나눗셈을 순차 수행하는 시그모이드 로직과 기울기 하강 기반 학습을 암호문 상태에서 구현한 점이 핵심 차별점입니다.

상용화까지 남은 부분

1

대규모 실서비스 데이터에서의 암호문 연산 처리시간, 처리량 및 확장성 검증

2

실제 도입 환경에서 필요한 연산 자원, 암호화 파라미터 및 인프라 구성 기준 확보

3

장기 운영 환경의 안정성, 오류 처리 및 보안 운영 절차 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

완전동형암호 기법으로 암호화된 데이터의 로지스틱 회귀 분석 연산 장치 및 방법

출원번호

10-2020-0164172 (2020.11.30)

공개번호

1020210067958 (2021.06.08)

등록번호

1024918940000 (2023.01.19)

발명자

윤지원, 유준수, 송백경, 황정환

권리자

고려대학교 산학협력단

출원인

고려대학교 산학협력단

문의

담당자이준구
이메일jg.lee@rndcircle.io
연락처010-8978-6417