특허 개요
본 특허는 민감한 데이터를 복호화하지 않은 채 클라우드에서 역행렬 연산을 수행하는 완전동형암호 기반 데이터 처리 방법입니다. 실수 데이터를 고정소수점 비트 스트림으로 암호화한 뒤, 비트 단위 동형암호 스키마와 부트스트래핑 게이트로 대소비교·사칙연산·행렬곱셈을 구성합니다. 클라우드는 가우스-조던 소거법(Gauss-Jordan elimination)의 피벗 선택, 포워드 소거, 백워드 소거를 암호문 상태에서 수행하고 암호화된 역행렬 결과를 클라이언트에 반환합니다.
- 핵심 기능
클라이언트가 실수 데이터와 역행렬 연산 요청을 암호화해 전송하면, 클라우드는 비트 단위 암호문 상태에서 대소비교와 덧셈·뺄셈·곱셈·나눗셈을 수행합니다. 이후 가우스-조던 소거 절차로 암호문 역행렬을 생성해 반환하며, 결과 복호화는 클라이언트가 수행합니다.
- 차별 강점
기존 정수 기반 동형암호 방식은 실수값을 정수로 변환하는 과정과 반복 연산에서 오차가 누적될 수 있고, 역행렬 계산도 근사 방식에 의존할 수 있었습니다. 본 특허는 비트 단위 동형암호에서 실수 기반 사칙연산과 가우스-조던 소거법을 결합해 암호문 역행렬을 처리하며, 서버에 개인키를 제공하지 않는 구조로 데이터 노출 우려를 낮춥니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 클라우드 기반 프라이버시 보존 분석, 개인정보 보호형 기계학습, 암호화 데이터 통계 분석, 안전한 행렬 연산 분야에 활용 가능하며, 의료·금융 데이터 분석 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 의료 환자 데이터 분석, 금융·보험 신용평가, 데이터 결합 서비스, 보안 클라우드 분석 플랫폼 등 민감정보를 다루는 서비스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
비트 단위 동형암호 스키마에서 실수 표현, 대소비교, 사칙연산, 행렬곱셈 및 가우스-조던 기반 역행렬 연산 절차를 구성했습니다. 평문 역행렬 연산과 정확도 차이가 거의 나지 않는다는 정성 결과가 제시됐으나, 실제 데이터셋 기반 성능평가와 대규모 처리 검증은 제시되지 않았습니다.
- 연산 대상: 비트 단위로 암호화한 실수 데이터 및 암호문 행렬
- 처리 방식: 가우스-조던 소거 기반 피벗 선택·포워드 소거·백워드 소거
- 비교 기준: 평문 역행렬 연산 및 일반적인 정수 기반 동형암호 기법
현재 성과
비트 단위 동형암호 기반 역행렬 연산은 평문에서 수행한 역행렬 연산과 정확도 차이가 거의 나지 않는 것으로 기재돼 있습니다. 입력값의 비트 수를 늘리면 평문 결과값과의 오차를 줄일 수 있는 구조입니다.
클라이언트가 암호화한 데이터를 수신한 뒤 클라우드가 동형암호 스키마 내에서 가우스-조던 역행렬 연산을 수행하고 암호문 결과를 반환하는 절차가 제시돼 있습니다. 다만 실제 데이터셋, 연산시간, 메모리 사용량을 포함한 실증 조건은 문서에 제시되지 않았습니다.
기존 정수 기반 동형암호의 실수 변환 오차와 나눗셈 제약에 대응하기 위해, 비트 단위 동형암호에서 실수 기반 사칙연산을 구성했습니다. 이를 가우스-조던 소거법과 결합해 암호문 데이터의 역행렬을 생성하는 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 의료·금융 등 실사용 데이터셋 기반의 정확도·재현성 검증
대규모 행렬 및 대용량 데이터 처리 시 연산시간·메모리 사용량·확장성 평가
보안 파라미터 설정과 클라우드 배포 환경에서의 보안성·운영 안정성 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
동형암호로 암호화된 데이터 연산 방법
10-2020-0188480 (2020.12.30)
1020220096223 (2022.07.07)
1025223930000 (2023.04.12)
윤지원, 홍미연, 유준수
고려대학교 산학협력단
고려대학교 산학협력단