김미란 수학과 교수 연구팀은 지난달 31일 ‘개인정보 유출 위험을 최소화한 행동 분석 보안기술(이하 보안기술)'을 개발했다. 김 교수는 기존 건강관리 홈 모니터링 서비스의 보안 문제를 해결해 적용 범위를 넓히기 위해 보안기술을 개발했다. 해당 연구 논문은 다학제 분야 국제 학술지인 「네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)」에 게재되며 학계의 주목을 받고 있다. 데이터 보안, 암호화 연구 분야의 신예 연구자로 떠오르고 있는 김 교수를 만나 그의 연구 활동에 관해 이야기를 나눠봤다.

수학에 관한 김 교수의 애정은 고등학생 시절부터 시작했다. 친구들에게 수학 문제를 설명해 주는 일에 재미를 느껴 수학 교사를 꿈꾸며 수학교육과에 입학했다. 김 교수는 “대학 입학 후 수학교육이 아닌 수학이라는 학문에 호기심이 커져 수학과 대학원 진학을 결심하게 됐다”며 “다양한 연구 분야 중 실용적인 문제를 해결할 수 있는 암호학의 매력에 빠져 지금까지 관련 분야의 연구에 매진하고 있다”고 답했다.

사람이 읽을 수 없는 문자의 나열로 정보를 표현하는 것을 ‘암호화’라고 하며, 암호화된 데이터를 사람이 읽을 수 있는 형태로 바꾸는 것을 ‘복호화’라고 한다. ‘동형암호’란 암호화된 상태에서 복호화를 하지 않고 원 데이터의 사칙 연산이나 다항식 계산이 가능한 암호 기술이다. 김 교수는 2017년 세계 최초로 효율적인 실수 연산을 지원하는 동형암호인 ‘Cheon-Kim-Kim-Song(CCKS) 스킴’을 개발했다. 해당 연구 논문은 현재까지 총 837번 인용됐으며 Microsoft Research와 Intel 등 세계적인 기업에서 해당 기술을 구현하며 국제 표준 ISO로 제안되고 있다.

김 교수 연구팀이 최근 개발한 보안기술은 신체 특징 정보가 암호화된 상태로 일상의 기본적인 동작 또는 낙상 등의 행동을 추론할 수 있는 클라우드 기반의 보안 알고리즘이다. 낙상을 감지할 수 있는 신경망(Neural Network) 모델 설계에 가장 중점을 뒀으며, 이는 암호화된 실제 시각 데이터에서 추론 알고리즘을 효율적으로 처리할 수 있는 암호 고속화 연산 기술을 의미한다. 실시간 행동을 추론하기 위해 김 교수는 동형암호의 이론적인 부분들을 이해하고 동형암호를 적극적으로 활용한 최적화 기술을 개발했다.

동형암호와 더불어 기계 학습(Machine Learning)과 아웃소싱 게놈 분석 연구도 활발히 진행 중이다. 그는 “기계 학습 모델을 기반으로 데이터의 프라이버시를 보호하면서 추론 및 예측까지 진행하는 연구를 하고 있다”며 “민감한 정보를 포함하는 유전체 정보를 암호화해 다양한 유전체를 분석할 수 있는 보안 기술도 함께 개발 중이다”고 말했다.

김 교수는 두 가지 연구 분야를 융합해 유전자형 데이터의 결측치를 효과적으로 대치할 수 있는 ‘기계 학습 기반 유전자형 대체 보안 알고리즘’을 설계했다. 활발한 연구 활동의 성과를 인정받아 김 교수는 ‘2018 한국 젊은 여성 수학자상’을 수상하는 등 연구 공로를 인정받고 있다.

iDASH Privacy Competition(이하 경진대회)은 유전체 데이터의 프라이버시를 보호하면서 다양한 유전체를 분석할 수 있는 보안 기술 개발에 관한 대회다. 김 교수는 2015년부터 2018년까지 경진대회에 참가해 IBM, MIT, Stanford University 등 세계 유수 연구기관을 제치고 여러 차례 우승을 차지했다. 그는 국제적인 기술력을 인정받아 지난 2019년부터는 경진대회의 주최자로 활동하고 있다. 김 교수는 “경진대회에서는 매해 화두로 떠오르는 유전체 분석 문제를 발굴해 이를 동형암호 기반 기술로 확장 및 설계하는 문제를 출제하고 있다”며 “대회의 주최자로서 제출된 결과들을 암호화의 관점을 바탕으로 평가하는 역할을 맡고 있다”고 답했다.

김 교수는 동형암호 및 기계학습 연구 분야의 세계적인 무대에서 활약하고 있다. 그는 “동형암호를 이용하면 4차 산업혁명의 핵심 기술인 빅데이터 분석과 인공지능을 정보 유출 없이 안전하게 사용할 수 있을 것으로 전망한다”며 “지금까지 동형암호의 이론적 설계뿐만 아니라 다양한 분야와의 접목을 통해 기존의 문제들을 수학적으로 해결하는 연구를 진행해왔다”고 말했다. 

마지막으로 김 교수는 연구자로 성장하고픈 한양인에게 응원과 조언을 전했다. “다양한 분야에 도전하는 것을 두려워하지 말고, 본인이 정말 좋아하는 것을 찾기 위해 노력하고 탐구하는 자세를 기르세요!”