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동형암호(Homomorphic Encryption)는 암호화된 데이터에 대해 암호를 해독하지 않고도 특정 연산을 수행할 수 있게 해주는 암호화 기법
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이를 통해 데이터의 기밀성을 유지하면서도 데이터 처리를 가능하게 함
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동형암호는 주로 데이터의 프라이버시 보호가 중요한 환경에서 유용하게 사용됨
동형암호의 동작원리
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동형암호의 기본 원리는 평문에서 수행되는 연산을 암호문에서도 동일하게 수행할 수 있다
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즉, 평문에서의 연산 결과와 암호문에서의 연산 결과를 복호화했을 때 동일한 결과를 얻을 수 있다.
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이를 통해 다음과 같은 연산이 가능합니다:
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여기서 Enc는 암호화 함수이고, ⊕와 ⊗는 암호문 상에서 수행되는 연산을 의미
동형암호의 유형
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동형암호는 지원하는 연산의 종류에 따라 다음과 같이 분류
1.
부분 동형암호(Partial Homomorphic Encryption):
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한 가지 유형의 연산(덧셈 또는 곱셈)만을 지원하는 동형암호
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예시: RSA, ElGamal, Paillier 암호화.
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RSA: 모듈로 곱셈 연산을 지원
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ElGamal: 곱셈 동형암호를 지원
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Paillier: 덧셈 동형암호를 지원
2.
전역 동형암호(Somewhat Homomorphic Encryption):
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덧셈과 곱셈 모두를 지원하지만, 연산의 깊이에 제한이 있는 동형암호
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일반적으로 연산을 많이 수행하면 노이즈가 증가하여 암호문이 올바르게 복호화되지 않을 수 있음
3.
완전 동형암호(Fully Homomorphic Encryption):
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이론적으로 무제한의 덧셈 및 곱셈 연산을 지원하는 동형암호
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실용적으로는 계산 복잡성과 성능 문제로 인해 연구가 계속되고 있는 분야
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대표적인 예시로는 Gentry의 FHE(2009년 발표)가 있다.
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이 방법은 노이즈 관리를 통해 무제한 연산을 가능하게 함
동형암호의 응용
동형암호는 데이터 프라이버시를 보호하면서도 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있다:
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클라우드 컴퓨팅: 사용자는 자신의 데이터를 암호화된 상태로 클라우드에 저장하고, 클라우드 서버는 데이터를 해독하지 않고도 연산을 수행하여 결과를 반환할 수 있다.
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의료 데이터 분석: 환자의 민감한 의료 데이터를 암호화하여 연구자들이 데이터의 프라이버시를 침해하지 않으면서도 유용한 분석을 수행할 수 있다.
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금융 데이터 처리: 금융 기관이 고객의 금융 데이터를 보호하면서도 필요한 연산을 수행할 수 있다.
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동형암호는 보안과 프라이버시 보호가 중요한 현대의 데이터 처리 환경에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있다.
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그러나 계산 비용과 성능 문제 때문에 실용화에는 많은 도전 과제가 남아있다.
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한국전자기술연구원 김영광입니다.
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