데이터가 상품으로 사고팔리는 시대에 진정한 개인 정보 보호는 거의 불가능합니다. 하지만 동형암호 귀하의 데이터를 완벽하게 보호하므로 데이터를 처리하는 데 사용되는 서버를 포함하여 누구도 귀하의 정보를 읽을 수 없습니다.
작동 방식은 다음과 같습니다. 장치가 데이터를 암호화하여 처리를 위해 전송하고, 암호화된 데이터에 대한 계산이 수행된 다음 반환 시 데이터가 해독됩니다. 수학적으로 복잡한 프로세스를 통해 처리된 데이터를 중간에 해독할 수 있는 사람 없이 마지막에 해독할 수 있습니다.
그러나 동형암호를 가능하게 하는 기본 수학에 필요한 계산 능력은 너무 많습니다. 사물 인터넷 ~처럼 현재는.
중국 베이징에 있는 북경대학교의 엔지니어 팀은 이러한 상황을 바꾸는 것을 목표로 하고 있습니다. 강유전성 전계 효과 트랜지스터 배열을 사용하여 만든 새로운 장치(FeFET)은 높은 정확도와 낮은 계산 부하로 암호화 및 암호 해독 프로세스를 수행하도록 최적화되었습니다. 엔지니어들은 오늘 2024년에 어레이를 공개했습니다. IEEE 국제 전자 장치 회의.
“새로운 것을 구현함으로써 반도체 장치우리는 우리의 상업용 전자 제품 휴대폰이 컴퓨팅 성능을 활용하는 것처럼 구름 [while] 또한 데이터의 안전을 유지합니다.”라고 말합니다. 케차오 탕북경 대학교 집적 회로 조교수이자 새로운 시스템을 개발한 연구원 중 한 명입니다.
트랜지스터 내부의 수학
동형암호 프로세스를 수행하려면 컴퓨터가 무작위 키를 생성할 수 있어야 하며, 이 키는 암호화한 다음 나중에 데이터를 “잠금 해제”하는 데 사용됩니다. 그런 다음 해당 키를 사용하여 데이터를 암호화된 형식으로 처리하는 다항식 곱셈 및 덧셈을 수행합니다.
암호화를 위한 키를 생성하기 위해 트랜지스터 어레이는 FeFET를 통한 전류 변동을 사용합니다. FeFET는 일반 MOSFET 트랜지스터보다 훨씬 더 높은 수준의 변동을 갖도록 설계될 수 있으므로 장치에서 생성된 난수는 일반 실리콘 칩에서 얻는 것보다 예측하기 어렵기 때문에 암호화를 해독하기가 더 어렵습니다.
암호화 프로세스에서 키는 사용자의 데이터를 다항식 계수로 구성된 벡터로 변환하는 데 도움이 됩니다. 그런 다음 해당 벡터에 숫자 행렬을 곱한 다음 다른 벡터를 곱합니다. 따라서 암호화는 일반적으로 두 단계로 이루어지지만 FeFET 어레이에서는 단 한 단계로 수행할 수 있습니다.
이는 FeFET의 특성 때문에 가능합니다. 장치를 통한 전류 흐름을 제어하는 트랜지스터 부분인 게이트에는 강유전성 층이 있습니다. 이 재료는 전기장에 있을 필요 없이 전기 분극을 유지합니다. 강유전체 층은 이러한 분극의 크기로 데이터를 저장할 수 있습니다. 다른 트랜지스터와 마찬가지로 FeFET에는 드레인, 소스, 게이트의 세 가지 단자가 있습니다. 강유전성 물질에 저장된 상태를 계산하면 이는 세 가지 신호(드레인 입력, 게이트 입력 및 저장된 상태)가 FeFET에 결합될 수 있음을 의미합니다. (소스는 출력 전류를 제공합니다.) 따라서 하나의 FeFET를 만들어 3입력 곱셈을 계산할 수 있습니다.
많은 FeFET가 어레이로 결합되면 어레이는 이제 암호화에 필요한 세 가지 데이터 세트(암호화할 데이터의 벡터, 암호화 매트릭스 및 벡터)를 가져올 수 있습니다. 매트릭스는 FeFET 어레이의 강유전체층에 저장되고, 원본 데이터의 벡터는 각 FeFET의 게이트에 입력되며, 두 번째 벡터는 FeFET 어레이의 드레인에 입력됩니다. 한 단계에서 FeFET 어레이는 벡터, 매트릭스 및 벡터의 신호를 결합한 다음 최종 암호화된 데이터를 전류로 출력합니다.
Tang은 “우리는 더 적은 공간 오버헤드와 더 적은 전력 소비로 더욱 효율적인 컴퓨팅을 수행할 수 있습니다.”라고 말합니다.
연구원들은 또한 RRAM을 사용하여 동형 암호화에 필요한 행렬 곱셈을 수행하려고 노력하고 있습니다. RRAM에는 상태를 메모리에 저장할 수 있는 기능도 있기 때문입니다. 그러나 Tang에 따르면 강유전성 장치는 RRAM보다 암호 해독 과정에서 잡음이 더 적어야 합니다. 강유전성 장치는 RRAM보다 켜짐 상태와 꺼짐 상태의 차이가 더 크기 때문에 “인코딩 및 디코딩을 수행할 때 실수할 가능성이 적습니다”라고 Tang은 말합니다. “1인지 0인지 쉽게 알 수 있기 때문입니다. ” 이전 RRAM 솔루션의 정확도는 97.1~98.8%인 반면, 이 장치의 정확도는 99.6%였습니다.
Tang은 앞으로 이 기술을 스마트폰에서 볼 수 있기를 바랍니다. “만약 우리 장치를 휴대폰에 적용할 수 있다면, 이는 우리 휴대폰이 데이터를 인코딩하여 클라우드에 업로드한 다음 다시 가져오고 디코딩할 수 있는 능력을 갖게 된다는 것을 의미합니다.”라고 그는 말합니다.
