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보안 통신을 위한 실무와 기술 연구를 포함하는 암호학은 율리우스 카이사르(Julius Caesar) 시대부터 군사 메시지를 암호화하기 위해 사용돼 왔다. 지난 수 십년 간 최신 암호화 기술이 널리 사용돼 왔으며, 이러한 기술들은 인터넷을 뒷받침하는 공용 키 암호화 시스템과 같은 많은 애플리케이션에 기본적인 보안 기능을 제공한다. 오늘날 이러한 기술이 충분한 보안 기능을 제공하나, 차세대 기술과 애플리케이션을 위한 새로운 접근 방식이 필요하다. 

예를 들어, 양자 컴퓨터는 쇼어(1999년) 및 그로버(1996년) 알고리즘을 바탕으로 오늘날의 보안 체계를 무력화할 수 있을 것이다. 이러한 알고리즘은 실시간 암호 해독을 빠르게 수행하므로, 암호화된 콘텐츠를 훨씬 빠르고 쉽게 해독할 수 있다. 전 세계의 암호학자들은 양자 컴퓨터 및 기존 컴퓨터에 보안을 제공하고 기존의 통신 프로토콜 및 네트워크와 완벽하게 통합되는 양자내성암호라 불리는 포스트양자암호(PQC)라는 새로운 세대의 암호 시스템을 개발하고 있다. 

인텔랩의 대학 연구 및 협력 부서(URC)는 이러한 문제를 해결하기 위해 인텔 크립토 프론티어 연구센터(Intel Crypto Frontiers Research Center)를 설립했다. 복수의 대학교가 참여해 협업하는 연구센터에는 세계적으로 유명한 암호학자들이 모여 차세대 컴퓨팅 및 향후 세대의 컴퓨팅을 위한 암호화 기술을 개발한다. 연구센터는 2021년 3분기부터 2024년 3분기까지 3년 간 운영된다. 암호화된 데이터를 통한 연산, 장기 보안 솔루션, 보안 데이터 공유, 복원력 있는 AI 등 보다 정교한 보안 기능이 필요한 미래 기술 하드웨어 및 소프트웨어용 암호화 솔루션 개발에 집중할 예정이다. 

인텔 크립토 프론티어 연구센터는 새로운 기초 요소 및 프로토콜 설계, 암호화 분석 수행, 새로운 위협에 대한 애플리케이션 테스트, 사용 컨텍스트 탐색 등에 중점을 맞출 예정이다. 인텔은 학계와 협력해 인텔은 물론 더 넓은 산업에 도움이 될 기술을 공동으로 개발해 나간다는 방침이다. 

아난드 라잔(Anand Rajan) 인텔랩 이머징 시큐리티랩*(Emerging Security Labs) 선임 책임자는 “암호해독술은 오랜 역사를 통해 발전해 왔지만, 오늘날 점점 더 연결되어 컴퓨팅이 보편화되는 세계를 위해 관련 분야에 대한 지속적인 혁신이 필요하다”며 “이 분야에서 가장 뛰어난 인재를 활용함으로써, 우리는 모두의 이익을 위해 미래를 보장하는 새로운 접근 방식을 발견하고 시장에 제공할 수 있다”고 말했다. 

연구 분야 

양자 시대의 보안 위협을 위한 새로운 암호화 기법

현재 양자 컴퓨팅은 아직 완전히 검증되지 않았으나, 상당한 진전을 이루어내고 있다. 이에, 양자 시대의 암호화 기술에 대한 구상, 검증 및 신뢰를 쌓기 위해 PQC에 대한 연구를 전담하는 것이 필수적이다. 발전 가능성이 있는 PQC 알고리즘에는 해시 기반 서명, 격자, 코드, 등각성 및 다변량 암호학이 포함된다. 그러나, 이러한 PQC 알고리즘은 현재 체계에 비해 상당한 간접비용을 초래한다. 

머신러닝을 위한 개인 정보 보호 암호 기술

인공지능 등 데이터 공유 기반의 경제가 떠오름에 따라 보안 하드웨어 및 소프트웨어에 배치될 암호 시스템 세트가 크게 변화될 것으로 예상된다. 향후 암호 시스템은 중요한 데이터 처리와 관련된 개인 정보 보호 문제를 해결해야 한다. 데이터 공유를 중심으로 한 새로운 비즈니스 모델과 활용 사례를 지원해 경제성장을 지원할 수 있도록 효율성을 제고해야 한다. 

개별 또는 결합된 개인 정보 보호 기법을 통해 머신러닝 알고리즘과 상호 운용할 수 있다. 머신러닝 알고리즘이 지난 몇 년간 달성한 획기적인 성과를 고려했을 때, 개인 정보 보호가 필요할 수 있는 데이터에서 이러한 알고리즘을 실행할 수 있는 기능은 매우 강력한 애플리케이션이 될 수 있다. 머신러닝 및 신흥 암호화의 교차점을 연구하는 것도 중요한 연구 방법이 될 수 있다. 

아울러, 향후 애플리케이션에는 기존의 기밀성, 무결성 및 가용성(CIA) 등의 속성보다 더 정교한 보안 기능이 요구될 것이다. 한 예로 암호화된 데이터에 대해 계산을 수행할 수 있는 완전동형암호(FHE)가 있다. 현재 사용 가능한 FHE 체계는 수십 메가바이트의 공개 키와 몇 분 정도의 작업 시간이 소요되고 있어 효율성이 낮다. 이러한 문제점을 해결하고 대체할 수 있는 동형암호 구성을 고안하는데 전념하는 연구는 암호학 분야에서 진행할 수 있는 잠재적인 연구 내용 중 하나다. 

대기 시간이 짧은 경량 암호화

경량 암호화는 한정된 자원을 가진 사물인터넷 기기를 보호할 수 있는 분야로 주목받고 있다. 지속적인 경량 암호화 연구 활동의 주요 목표는 적은 면적과 낮은 전력으로 암호화 또는 인증 작업을 수행하는 것이다. 그러나 인텔 크립토 프론티어 연구센터는 최소한의 대기 시간으로 이러한 체계를 개발하는데 초점을 맞추고 있다. 또한, 대기 시간이 짧고, 영역이 작으며, 전력 소비가 낮은 새로운 블록 암호 알고리즘에 대한 연구도 필요하다.