서울대학교(총장 오세정) 수리과학부 연구진이 개발한 동형암호 기술이 IBM을 통해 전 세계에 보급된다. 서울대 천정희 교수(수리과학부, 크립토랩 대표)는 지난 3월 1일 IBM과 크립토랩 간에 라이선스 계약이 체결되어 IBM이 출시하는 암호화 AI 소프트웨어 ‘HE레이어스‘에 서울대 연구팀이 개발한 동형암호 라이브러리 ”혜안“이 탑재된다고 밝혔다.
* 동형암호란?
전통적인 암호화 기술은 데이터 처리 시 암호화를 풀어서 처리하는 것이 필요하므로 해킹이나 내부자에 의한 데이터 유출 위험이 있으며, 지속적으로 피해 사례가 보고되었다. 동형암호(Homomorphic Encryption)는 데이터를 암호화한 상태에서도 컴퓨터가 연산을 계속할 수 있게 하는 암호화 기술로 정보 유출을 원천적으로 차단할 수 있다.
AI가 빅데이터 처리하는 과정은 대규모 연산을 수행하는 과정으로, 연산 속도를 빠르게 하는 것이 필수적이다. 그러나 정보보호를 위해 데이터를 암호화하면 속도가 느려지는 단점이 있었다. IBM에서 개발한 기존의 1~3세대 동형암호(2009-2015)에서는 실수(實數) 연산이 지원되지 않아 속도가 느려지는 치명적인 단점이 있었다. 서울대 천정희 교수팀에서는 이 문제를 수학적으로 해결하여 실수 연산을 지원하는 알고리듬 CKKS를 2016년 개발하였다.
2017년 암호 스타트업 크립토랩을 설립하고 CKKS를 대폭 개선하여 실제 빅데이터 분석에 사용될 수 있는 동형암호 라이브러리 “혜안”을 개발하였다. 혜안은 암호화된 상태에서도 임의의 연산을 무한 번 처리할 수 있어, 현존하는 동형암호 라이브러리 중에 가장 속도가 빠르다. 현재 가장 널리 사용되는 동형암호 오픈소스 라이브러리인 마이크로소프트사의 SEAL과 비교하면 연산 속도가 90배 빠르다. (1MB 데이터 암호화 처리 기준 SEAL은 0.344초, HEaaN 0.0038초)
이번 라이선스 계약을 통해 IBM에서 출시하는 세계 최초의 암호화 AI 소프트웨어인 HE레이어스에 혜안을 탑재하여 가장 핵심이 되는 암호화 기능을 처리하게 된다.
※ 동형암호 알고리듬 ‘CKKS’ 개발과, 동형암호 라이브러리 ‘혜안’의 개발 과정은 각각 세계적인 암호학 저널에 발표된 바 있다.
- CKKS 개발에 대한 논문은 2017년 AsiaCrypt에 발표. Homomorphic Encryption for Arithmetic of Approximate Numbers. ASIACRYPT 2017 (저자: 천정희, 김 안드레이, 김미란, 송용수) - 연구자들 이니셜을 따서 CKKS로 명명.
- ‘혜안’ 개발에 대한 논문은 2018년 EuroCrypt에 발표. Bootstrapping for Approximate Homomorphic Encryption. EUROCRYPT 2018 (저자: 천정희, 한경훈, 김 안드레이, 김미란, 송용수)
* EuroCrypt, AsiaCrypt는 보안학 분야 world ranking 1, 2위
https://www.ece.iastate.edu/~hongwei/group/miscl/ComputerSecurityConferences.htm
IBM에서 혜안을 탑재하여 출시하는 ‘HE레이어스’는 “세계 최초의 프라이버시 보호 AI 소프트웨어”로 평가된다. 데이터 처리 과정에서 거의 모든 연산이 혜안 라이브러리를 거쳐 수행되기 때문에, 정보를 보호하면서도 빠른 머신러닝이 가능하다. 개발자는 동형암호를 모르더라도 프라이버시를 보호하면서 데이터를 처리할 수 있다. 인공지능 분야에 널리 사용되는 파이토치, 텐서플로우 등과 호환되며 인공신경망 학습을 지원하고 있다.
* 호환 가능한 머신러닝 프로그램: 파이토치(PyTorch), 케라스(KERAS), 텐서플로우(TensorFlow) 등
* 지원하는 분석 기법: 선형회귀(Linear Regression), 로지스틱 회귀(Logistic Regression), 의사결정나무(Decision Trees), 엑스지부스트(XGBoost), 인공신경망(Neural Networks) 등
천정희 교수는 ”완전동형암호는 ’HE레이어스(HElayers)’ 의 핵심 기능을 담당하고 있다. 두 기업의 만남을 통해 개인정보 유출 걱정 없이 다양한 데이터를 자유롭게 AI로 분석하여 빅데이터 분석의 새로운 지평을 열 수 있을 것“이라고 강조했다.
로넨 레비(Ronen Levy) IBM 하이파(Haifa) 연구소 보안연구 책임자는 ”크립토랩과 IBM이 개발한 소프트웨어를 사용하면 데이터가 처리되는 동안에도 데이터를 암호화된 상태로 유지해 완벽한 데이터 보안을 구축할 수 있으며, 공용 클라우드를 포함한 신뢰할 수 없는 도메인에서도 개인정보를 보호하면서 데이터 처리가 가능하다"고 강조했다.
※ 크립토랩(대표 천정희)는 2017년 서울대 교원창업 지원으로 시작한 스타트업으로 유일한 4세대 완전동형암호 원천기술 보유 업체로 동형 분석 핵심 기술과 고속 라이브러리를 개발하고 있으며, 글로벌 업체들과 긴밀히 협력하면서 세계 시장을 선도하고 있다. 지난 2016년 개발한 ‘혜안(HEaaN)’은 실수 연산을 지원하는 유일한 동형암호로, 탁월한 성능으로 동형암호를 접목한 머신러닝을 상용화 단계로 끌어올렸다. 오는 2024년을 목표로 국제표준화기구 ISO와 함께 ‘혜안(HEaaN)’에 대한 국제 표준화 작업을 진행하고 있다.
천정희 교수 연구팀의 동형암호기술 연구는 2016년부터 2019년까지 서울대학교와 과학기술정통부의 지원을 통해 진행되었으며, 수학적 원천기술이 상용화 기술로 개발되어 세계 시장에 보급된 선도적인 사례가 될 것으로 기대하고 있다.
참고: HElayers 다운로드 주소(도커허브)
https://hub.docker.com/search?q=ibmcom%2Fhelayers&type=image
크립토랩 홈페이지: https://www.cryptolab.co.kr/
