동형암호

동형암호(Homomorphic Encryption;HE)는 암호화된 데이터를 복호화 없이도 연산할 수 있는 암호 기술이다. 암호화된 상태에서 연산한 결과 값을 복호화하면 평문 상태의 데이터를 연산한 결과와 동일한 값을 얻을 수 있게 된다. 이렇게 암호화한 상태에서나 하지 않은 상태에서 분석한 결과물의 형태가 같다는 의미에서 동형이라고 한다.

개요

동형암호는 정보를 암호화한 상태에서 각종 연산을 했을 때, 그 결과가 암호화하지 않은 상태의 연산 결과와 동일하게 나오는 4세대 암호체계를 말한다. 동형암호는 튜링완전성을 갖는다. 이로부터 통계처리뿐만 아니라 검색, 기계학습까지 가능하다. 동형암호는 데이터를 사용하는 환경에 키가 저장되지 않는다. 키를 함께 제공하지 않고 암호화한 상태의 데이터만 맡겨 계산을 할 수 있게 해줌으로써 보안을 높여 해커의 데이터 유출을 막을 수 있다. 암호화한 상태에서나 하지 않은 상태에서 분석한 결과물의 형태가 같다는 의미에서 '동형(同型)'이라는 이름이 붙었다.

등장 배경

기업들은 개인정보 특히, 비밀번호, 생체정보와 같이 민감성이 높은 중요한 정보들을 안전하게 보호하기 위해 암호화하여 저장할 필요가 있다. 최근에는 개인정보에 대한 중요도가 높아지면서 법률에서 암호화를 요구하는 항목 외에도 더 넓은 범위의 개인정보들을 암호화하여 프라이버시 보호 수준을 높이는 기업들이 많아지고 있다. 이렇게 암호화된 정보들은 비밀키를 사용하여 복호화 과정을 거쳐야 한다. 이러한 부분은 데이터 활용에 있어서 여러가지 문제를 발생시킨다. 구체적으로 언급하자면 복호화 과정속에는 기술적. 비용적 부분이 포함되며 복호화 시 사용되는 비밀키의 안전에 따른 제약이 발생하기도 한다. 이러한 제약들을 해결하기 위해 암호화된 상태를 유지한 채, 저장된 데이터를 복호화 하지 않고 사용할 수 있는 동형 암호 기술이 주목을 받기 시작했다.

특징

• 동형암호의 원리

동형암호화는 복호화 하지 않고 데이터를 분석할 수 있는 암호화이다.

동형암호의 원리

• 특성

서킷 프라이버시	서킷 프라이버시는 연산 진행 시 연산에 대한 정보를 알지 못하는 성질이다.
다중 도약 동형성	다중 도약 동형성은 생성된 암호문이 다른 동형 연산의 입력으로 사용이 가능한 성질이다.
보안성	보안성은 암호화된 형태로 연산이 진행되어 해킹 차단할 수 있는 성질을 말한다.

• 격자기반암호

동형암호는 암호체계 중 높은 난이도를 가졌다고 언급되는 격자기반암호(lattice problem)의 한 종류이다. 3차원까지는 인간의 머릿속에서 이미지를 그릴수 있지만 4차원부터는 오직 수식으로만 표현이 가능하다. 수백 차원의 격자 위의 임의의 위치에서 가장 가까운 점을 찾기가 어렵다는 것을 근거로 하여 동형암호는 계산되는데 엄청난 시간이 필요하고 양자 컴퓨터도 찾아내기 힘들다. 그로 인해 동형암호는 양자컴퓨팅의 보안방법 중 하나로 주목받고 있다.

• 장단점

동형암호는 높은 보안성으로 인해 해커의 데이터 유출을 원천 봉쇄한다는 장점이 있다. 하지만 실제 동형암호는 훨씬 복잡하여 평문연산에 비해 속도가 수십배 느리고 저장공간은 수백배를 차지하는 단점이 있다.

전망

동형암호는 의료 분야, 금융분야 뿐만 아니라 블록체인과 양자컴퓨팅 분야에 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 블록체인은 연산 과정을 모두 파악할 수 있다는 특성이 있어 민감한 개인정보를 다루기 어려웠는데 동형 암호 기술을 활용한다면 효용성이 매우 상승할 것으로 기대된다. 또한 클라우드 기반 데이터 분선을 가능하게 하여 데이터를 활용하는 분야에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 전망된다.

참고 자료

• 개인정보보호, 〈안전한 개인정보 활용을 위한 동형 암호〉, 《네이버 블로그》, 2019-02-08
• 과학기술정보통신부, 〈4세대 암호, '동형암호'를 소개합니다!〉, 《네이버 블로그》, 2019-04-19
• 기술사를위해, 〈동형암호〉, 《네이버 블로그》, 2019-05-03
• IMDARC, 〈암호기술 혁명 - 동형암호〉, 《IMDARC》, 2018-10-26<

같이 보기

• 알고리즘
• 암호 알고리즘

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