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  • 동형암호화된 데이터의 심층신경망 연산을 지원하는 완전 동형암호 기계학습 알고리즘 개발 라이브러리 구현

    (1711193808)

    2023

    정보보호핵심원천기술개발(R&D)

    천정희

    서울대학교 산학협력단

    과학기술정보통신부

    800000000 (1021320000)

    「연구개발성과」 : 논문(2) , 특허(2)

    ① 효율적인 논리연산 및 행렬연산을 지원하는 동형암호 원천기술 - 동형기계학습에 적합한 동형암호 스킴 개발 및 개선 - 완전 동형암호 재부팅 기술 고속화 - 효율적인 동형암호 기반 논리연산/비다항식 연산 기술 개발 ② 주성분분석, 서포트벡터머신 등 다양한 동형기계학습 알고리즘 원천기술 ③ 동형암호화된 심층신경망 알고리즘 원천기술 - 효율적인 동형 심층신경망 학습 알고리즘 세계 최초 개발 (MNIST Dataset에 대한 ResNet-18 학습) - 동형 심층신경망 예측 알고리즘 개선 ④ 동형기계학습 통합 라이브러리 구축 및 시제품 개발, 신뢰성 평가 - 동형기계학습 통합 라이브러리 키 관리 시스템 개발 - 금융, 의료 정보 등 빅데이터를 적용한 동형기계학습 라이브러리 신뢰성 평가

    □ 개발 동형기계학습 알고리즘 고도화o 전년도까지 개발한 동형기계학습 알고리즘을 성능 개선 및 최적화 작업으로 고도화o 효율성 측면에서 코드 수정 등 개발된 알고리즘을 면밀히 검토하여 개선 작업을 진행o 구현 과정에서 알고리즘 개선방향이나 문제점을 발견한 경우 알고리즘을 개선하여 효율적인 동형기계학습을 완성□ GPU를 사용한 심층신경망 학습 알고리즘 가속 및 최적화o GPU를 이용한 심층신경망 학습 알고리즘 분석o GPU를 이용한 심층신경망 학습 알고리즘 가속□ 동형기계학습 알고리즘 구현 및 고속화o 동형심층학습 및 다양한 동형기계학습 알고리즘에 대한 라이브러리 고속화□ 동형기계학습/키 관리 통합 라이브러리 개발 및 성능 평가o 통합 라이브러리 구축o 실제 데이터를 사용한 동형기계학습 라이브러리 성능 평가□ 키 관리 제도 수립 및 신뢰성 평가 지원o 동형기계학습 서비스 환경에 적합한 키 관리 제도 수립o 동형기계학습/키 관리 통합 시스템 신뢰성 평가 지원□ 구현된 하드웨어 가속기를 개발된 동형기계학습 알고리즘에 적용o 현재까지 개발된 동형곱셈, 재부팅, 논리연산/비다항식 동형연산 하드웨어 가속기를 통합o 통합된 하드웨어 가속기에서 자원 공유가 가능한 부분을 찾아 최적화를 수행o 구현된 하드웨어 가속기를 개발된 동형기계학습 알고리즘에 적용하여 속도 향상 정도를 확인

    ㅇ 활용방안 - 금융, 의료 등 민감한 개인정보의 동형암호 데이터분석 서비스 제공 - 커넥티드 카의 개인 위치정보 기반 마케팅 전략수립 - 개인의 소비성향 데이터 자산을 활용한 핀테크 사용 등ㅇ 기대효과 - (기술적 기대효과) 효율적인 논리연산이 가능한 세계최고 수준의 고속화된 동형기계학습 기술 개발을 통해 프라이버시 보존 데이터 분석 분야의 선도적인 기술 우위 점유 - (경제적 기대효과) 동형 기계학습 원천기술 확보에 따른 금융, 의료데이터 분석시장 개척 및 개인 소비성향 데이터를 활용한 마케팅 등 4차 산업혁명시대의 새로운 데이터서비스 산업 창출에 기여

  • 동형암호화된 데이터의 심층신경망 연산을 지원하는 완전 동형암호 기계학습 알고리즘 개발 라이브러리 구현

    (1711126351)

    2021

    정보보호핵심원천기술개발(R&D,정보화)

    천정희

    서울대학

    과학기술정보통신부

    777000000 (942820000)

    「연구개발성과」 : 논문(3) , 특허(4)

    ① 효율적인 논리연산 및 행렬연산을 지원하는 동형암호 원천기술 - 동형기계학습에 적합한 동형암호 스킴 개발 및 개선 - 완전 동형암호 재부팅 기술 고속화 - 효율적인 동형암호 기반 논리연산/비다항식 연산 기술 개발 ② 주성분분석, 서포트벡터머신 등 다양한 동형기계학습 알고리즘 원천기술 ③ 동형암호화된 심층신경망 알고리즘 원천기술 - 효율적인 동형 심층신경망 학습 알고리즘 세계 최초 개발 (MNIST Dataset에 대한 ResNet-18 학습) - 동형 심층신경망 예측 알고리즘 개선 ④ 동형기계학습 통합 라이브러리 구축 및 시제품 개발, 신뢰성 평가 - 동형기계학습 통합 라이브러리 키 관리 시스템 개발 - 금융, 의료 정보 등 빅데이터를 적용한 동형기계학습 라이브러리 신뢰성 평가

    □ 데이터 정렬 및 주성분분석, 서포트벡터머신 등 동형기계학습 알고리즘 분석 및 개발o 데이터 정렬 및 주성분분석, 서포트벡터머신 등 주요 기계학습 알고리즘 분석o 데이터 정렬과 동형암호 기계학습 알고리즘 개발□ GPU를 사용한 동형암호 비다항식 연산(논리연산, 행렬연산 등) 가속o 벡터/행렬 연산 분석 및 가속o 비다항식 연산 분석 및 가속o 재부팅 연산 분석 및 가속□ 데이터 정렬과 주성분분석, 서포트벡터머신 등 동형기계학습 알고리즘 구현 및 라이브러리 개발o 데이터 정렬 알고리즘 분석 및 구현o 주성분분석과 서포트벡터머신 등 동형기계학습 알고리즘 분석 및 구현o 데이터 정렬과 동형기계학습 라이브러리 개발□ 동형기계학습 키 관리 모델 및 요소기술 개발o 동형기계학습 활용 분야 내 사용자 간의 키 관리 모델 개발□ 라이브러리 통합o 1차년도 개발한 라이브러리와 해당 년도에 개발한 라이브러리를 통합하여 하나의 라이브러리를 구축□ 동형암호 키 관리 모델 분석 및 키 관리 프레임워크 제시o 동형암호 활용 응용분야 內 객체 간의 키 관리 모델 분석o 객체 간 안전한 키 전송을 위한 키 관리 프레임워크 제시□ 동형암호 재부팅 하드웨어 가속기 FPGA 구현o 1차년도에 개선된 동형암호 재부팅 알고리즘을 분석하여 병렬처리가 가능한 부분을 찾고, GPU 구현 대비 FPGA 구현이 유리한 부분을 선정o FPGA 구현이 결정된 부분에 관하여 크기가 작고 속도가 빠른 하드웨어 아키텍처를 제안 및 더 나은 하드웨어 구현을 위해 알고리즘 변경이 가능한지 추가적으로 탐색

    ㅇ 활용방안 - 금융, 의료 등 민감한 개인정보의 동형암호 데이터분석 서비스 제공 - 커넥티드 카의 개인 위치정보 기반 마케팅 전략수립 - 개인의 소비성향 데이터 자산을 활용한 핀테크 사용 등ㅇ 기대효과 - (기술적 기대효과) 효율적인 논리연산이 가능한 세계최고 수준의 고속화된 동형기계학습 기술 개발을 통해 프라이버시 보존 데이터 분석 분야의 선도적인 기술 우위 점유 - (경제적 기대효과) 동형 기계학습 원천기술 확보에 따른 금융, 의료데이터 분석시장 개척 및 개인 소비성향 데이터를 활용한 마케팅 등 4차 산업혁명시대의 새로운 데이터서비스 산업 창출에 기여

  • 동형암호화된 데이터의 심층신경망 연산을 지원하는 완전 동형암호 기계학습 알고리즘 개발 라이브러리 구현

    (1711117088)

    2020

    정보보호핵심원천기술개발(R&D)

    천정희

    서울대학교 산학협력단

    과학기술정보통신부

    600000000 (748490000)

    「연구개발성과」 : 논문(4) , 특허(4) , 연구시설장비(1)

    ① 효율적인 논리연산 및 행렬연산을 지원하는 동형암호 원천기술 - 동형기계학습에 적합한 동형암호 스킴 개발 및 개선 - 완전 동형암호 재부팅 기술 고속화 - 효율적인 동형암호 기반 논리연산/비다항식 연산 기술 개발 ② 주성분분석, 서포트벡터머신 등 다양한 동형기계학습 알고리즘 원천기술 ③ 동형암호화된 심층신경망 알고리즘 원천기술 - 효율적인 동형 심층신경망 학습 알고리즘 세계 최초 개발 (MNIST Dataset에 대한 ResNet-18 학습) - 동형 심층신경망 예측 알고리즘 개선 ④ 동형기계학습 통합 라이브러리 구축 및 시제품 개발, 신뢰성 평가 - 동형기계학습 통합 라이브러리 키 관리 시스템 개발 - 금융, 의료 정보 등 빅데이터를 적용한 동형기계학습 라이브러리 신뢰성 평가

    □ 효율적인 논리연산, 행렬연산 등을 지원하는 동형암호 원천기술 개발o 동형기계학습에 적합한 동형암호 스킴 개발 및 개선o 동형암호 재부팅 기술 개선o 효율적인 동형암호 기반 논리연산/비다항식 연산 기술 개발o 동형암호 SIMD 연산기술 최적화□ GPU를 사용한 HEAAN 라이브러리 동형암호 기본 연산 가속o 동형암호 라이브러리 및 기본 연산 분석o GPU를 통한 동형암호 기본 연산 가속□ 동형암호 원천기술 및 기초 통계 연산 구현 및 라이브러리 개발o 동형암호 기본 연산 속도 개선o 동형암호상의 논리 및 행렬연산 구현 및 라이브러리 개발o 동형암호상의 비다항식 연산 구현 및 라이브러리 개발o 동형암호상의 기초 통계 연산 구현 및 라이브러리 개발□ 동형암호 키 관리 기술 분석o 동형기계학습 연산키 (Evaluation key) 관리 기술 분석□ 키 관리 관련 정책 및 기술 동향 분석o 데이터 3법 등 국내외 빅데이터 활용 관련 정책적·기술적 조치 연구o 키 관리 기반 기술 및 제품 현황 분석을 통한 요구사항 도출□ 동형암호 곱셈 하드웨어 가속기 FPGA 구현o NTT와 INTT 하드웨어 아키텍처 제안 및 동형암호 곱셈 하드웨어 가속기 구현으로의 확장

    ㅇ 활용방안 - 금융, 의료 등 민감한 개인정보의 동형암호 데이터분석 서비스 제공 - 커넥티드 카의 개인 위치정보 기반 마케팅 전략수립 - 개인의 소비성향 데이터 자산을 활용한 핀테크 사용 등ㅇ 기대효과 - (기술적 기대효과) 효율적인 논리연산이 가능한 세계최고 수준의 고속화된 동형기계학습 기술 개발을 통해 프라이버시 보존 데이터 분석 분야의 선도적인 기술 우위 점유 - (경제적 기대효과) 동형 기계학습 원천기술 확보에 따른 금융, 의료데이터 분석시장 개척 및 개인 소비성향 데이터를 활용한 마케팅 등 4차 산업혁명시대의 새로운 데이터서비스 산업 창출에 기여

  • 동형암호화된 데이터의 심층신경망 연산을 지원하는 완전 동형암호 기계학습 알고리즘 개발 라이브러리 구현

    (1711152977)

    2022

    정보보호핵심원천기술개발(정진기금)

    천정희

    서울대학교 산학협력단

    과학기술정보통신부

    800000000 (971320000)

    「연구개발성과」 : 논문(9) , 특허(4)

    ① 효율적인 논리연산 및 행렬연산을 지원하는 동형암호 원천기술 - 동형기계학습에 적합한 동형암호 스킴 개발 및 개선 - 완전 동형암호 재부팅 기술 고속화 - 효율적인 동형암호 기반 논리연산/비다항식 연산 기술 개발 ② 주성분분석, 서포트벡터머신 등 다양한 동형기계학습 알고리즘 원천기술 ③ 동형암호화된 심층신경망 알고리즘 원천기술 - 효율적인 동형 심층신경망 학습 알고리즘 세계 최초 개발 (MNIST Dataset에 대한 ResNet-18 학습) - 동형 심층신경망 예측 알고리즘 개선 ④ 동형기계학습 통합 라이브러리 구축 및 시제품 개발, 신뢰성 평가 - 동형기계학습 통합 라이브러리 키 관리 시스템 개발 - 금융, 의료 정보 등 빅데이터를 적용한 동형기계학습 라이브러리 신뢰성 평가

    □ 동형암호 기반 심층신경망 학습 알고리즘 개발o 심층신경망 학습 알고리즘 분석o 동형심층신경망 학습 알고리즘 개발□ GPU를 사용한 데이터 정렬 및 동형기계학습(주성분분석, 서포트벡터머신 등) 알고리즘 가속o GPU 구현 관점에서의 데이터 정렬 및 동형기계학습 알고리즘 분석o GPU를 통한 데이터 정렬 및 동형기계학습 알고리즘 가속□ 동형암호 기반 심층신경망 학습 알고리즘 구현o 설계한 동형암호 기반 심층신경망 학습 알고리즘을 구현함으로써, 데이터의 안전성과 정확성 사이의 반비례 관계로 인해 발생하는 문제점을 해결□ 동형기계학습 키 관리 라이브러리 구현o 동형기계학습 기반 서비스에 적합한 키 관리 라이브러리 개발o 2차년도에 통합한 라이브러리와 해당년도에 개발한 라이브러리를 통합하여 하나의 라이브러리를 구축□ 키 관리 통합 시스템 적용 시나리오 개발o 응용분야 별 동형기계학습 키 관리 통합 시스템 적용 시나리오 개발□ 논리연산/비다항식 동형연산 하드웨어 가속기 FPGA 구현o 빠른 속도와 높은 정확도 모두를 달성하기 위해 1차년도에 개발된 논리/비다항식 동형연산 방식을 분석하고 이를 최적화o GPU 구현 대비 FPGA 구현이 유리한 부분을 선정하여, 크기가 작으면서 속도가 빠른 하드웨어 가속기로 구현

    ㅇ 활용방안 - 금융, 의료 등 민감한 개인정보의 동형암호 데이터분석 서비스 제공 - 커넥티드 카의 개인 위치정보 기반 마케팅 전략수립 - 개인의 소비성향 데이터 자산을 활용한 핀테크 사용 등ㅇ 기대효과 - (기술적 기대효과) 효율적인 논리연산이 가능한 세계최고 수준의 고속화된 동형기계학습 기술 개발을 통해 프라이버시 보존 데이터 분석 분야의 선도적인 기술 우위 점유 - (경제적 기대효과) 동형 기계학습 원천기술 확보에 따른 금융, 의료데이터 분석시장 개척 및 개인 소비성향 데이터를 활용한 마케팅 등 4차 산업혁명시대의 새로운 데이터서비스 산업 창출에 기여

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