KR20140039361A - 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템 - Google Patents

스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템 Download PDF

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Abstract

헬스 클라우드 환경에서의 보안 및 프라이버시 침해를 방지하면서 사용자의 건강 상태 분석 자료를 제공받을 수 있는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템이 개시된다. 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법으로, 우선 사용자에 대한 건강 상태 정보를 주기적으로 스마트 단말기에 저장하고, 상기 스마트 단말기에서 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후 클라우드 서버로 전송하면, 상기 클라우드 서버에서 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후 상기 스마트 단말기로 전송하고, 이후 상기 스마트 단말기에서 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 외부로 표시한다. 이와 같이, 상기 클라우드 서버에서 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석함으로써 보안 및 프라이버시 침해 문제를 해결할 수 있다.

Description

스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템{METHOD FOR CHECKING A HEALTH CONDITION THOUGH SMART TERMINAL AND HEALTH CONDITION CHECK SYSTEM USING THE METHOD}
본 발명은 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 의료 데이터의 안전한 공유 및 활용이 가능한 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템에 관한 것이다.
최근 많은 기업들은 신속하고 안전한 처리를 위해 클라우드(cloud) 기술을 이용한 다양한 서비스를 제공하고 있다. 이러한 클라우드 서비스는 스마트 폰(smart phone)으로 대표되는 스마트 융합 기반의 새로운 생태계, 즉 정보공간과 물리공간을 결합시키는 스마트 융합 서비스 제공이 가능한 환경으로 진화하고 있다. 더 나아가, 유비쿼터스 헬스케어와 결합되어 헬스 클라우드 서비스로 발전되고 있다.
이러한 헬스 클라우드 서비스 시스템은 클라우드 컴퓨팅 서비스 관점에서 병원과 연계하여 의료 데이터의 수집, 공유, 분석 등의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 서비스 가입자가 자신의 건강 상태를 스마트 폰과 웹을 이용해 실시간으로 기록하면, 상기 헬스 클라우드 서비스 시스템은 실시간으로 기록된 상기 건강 정보를 분석하여 고객의 현재 건강 상태를 제공할 수 있다. 즉, 공유 컴퓨팅 자원을 기반으로 인터넷 서비스 제공자(클라우드 사업자)가 건강 정보 분석 서비스를 제공할 수 있다.
그러나, 상기 건강 정보 분석 서비스 과정에서 공유된 컴퓨팅 자원을 이용함에 따라 민감한 개인 건강 정보의 노출 위험 증가 등의 많은 문제가 발생될 수 있다. 특히, 기업 클라우드 플랫폼 상에서 공유되고 있는 데이터는 기밀 정보나 민감한 개인 정보 등이 포함될 가능성이 높아, 클라우드 컴퓨팅 환경에서 데이터를 처리할 때 기밀 정보나 민감한 개인 정보의 노출 및 위협에 따른 보안 및 프라이버시 침해 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 헬스 클라우드 환경에서의 보안 및 프라이버시 침해를 방지하면서 사용자의 건강 상태 분석 자료를 제공받을 수 있는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 해결하고자 하는 과제는 상기 건강 상태 체크 방법을 이용한 건강 상태 체크 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법은 사용자에 대한 건강 상태 정보를 주기적으로 스마트 단말기에 저장하는 단계, 상기 스마트 단말기에서 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후 클라우드 서버로 전송하는 단계, 상기 클라우드 서버에서 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후 상기 스마트 단말기로 전송하는 단계, 및 상기 스마트 단말기에서 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 외부로 표시하는 단계를 포함한다.
상기 건강 상태 정보는 상기 사용자의 혈당치 정보를 포함할 수 있다. 상기 건강 상태 정보를 저장하는 단계에서는, 상기 스마트 단말기가 혈당치 측정 장치로부터 주기적으로 제공된 상기 사용자의 혈당치 정보를 저장할 수 있다.
상기 건강 분석 자료를 생성한 후 상기 스마트 단말기로 전송하는 단계는 상기 스마트 단말기에서 상기 클라우드 서버로 건강 분석 요청 신호를 전송하는 단계, 상기 건강 분석 요청 신호에 응답하여 상기 클라우드 서버에서 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성하는 단계, 및 상기 클라우드 서버에서 상기 스마트 단말기로 상기 건강 분석 자료를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후 클라우드 서버로 전송하는 단계는 상기 스마트 단말기에서, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하는 단계, 및 상기 스마트 단말기에서 상기 클라우드 서버로 상기 암호화된 건강 상태 정보를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 클라우드 서버는 상기 스마트 단말기로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있는 대용량 데이터 분산 처리 서버를 포함할 수 있다.
상기 스마트 단말기에는 상기 건강 상태 정보를 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 상기 준동형 암호화 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하며, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버로 전송하고, 상기 클라우드 서버로부터 상기 건강 분석 자료를 전송받으며, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 표시할 수 있는 건강 체크 어플리케이션 프로그램이 설치되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 건강 상태 체크 시스템은 사용자에 대한 건강 상태 정보를 생성하는 건강 상태 체크 장치, 상기 건강 상태 정보를 저장하고 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후 외부로 송출하는 스마트 단말기, 및 상기 스마트 단말기로부터 상기 암호화된 건강 상태 정보를 전송받아 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후 상기 스마트 단말기로 전송하는 클라우드 서버를 포함하고, 이때 상기 스마트 단말기는 상기 클라우드 서버로부터 전송된 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 외부로 표시한다.
상기 건강 상태 체크 장치는 상기 사용자의 혈액 내의 혈당치를 체크하여 혈당치 정보를 생성하는 혈당치 체크 장치를 포함할 수 있다.
상기 스마트 단말기는 상기 혈당치 체크 장치와 무선 또는 유선으로 연결되어 상기 혈당치 체크 장치로부터 상기 혈당치 정보를 주기적으로 제공받아 저장할 수 있다.
상기 스마트 단말기에는 상기 건강 상태 정보를 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하며, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버로 전송하고, 상기 클라우드 서버로부터 상기 건강 분석 자료를 전송받으며, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 표시할 수 있는 건강 체크 어플리케이션 프로그램이 설치되어 있을 수 있다.
상기 클라우드 서버는 상기 스마트 단말기로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있는 대용량 데이터 분산 처리 서버를 포함할 수 있다.
이와 같이 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법 및 이를 이용한 건강 상태 체크 시스템에 따르면, 환자인 사용자는 각자 소지하고 있는 스마트 단말기를 통해 자신의 건강 상태 정보를 준동형 암호화 방식 기반으로 암호화한 후 클라우드 서버에 제공하고, 상기 클라우드 서버에서 암호화된 채로 분석하여 다시 상기 스마트 단말기로 제공받아 복호화한 후, 상기 스마트 단말기를 통해 자신의 건강 상태를 체크할 수 있는 건강 분석 자료를 확인할 수 있다.
따라서, 상기 클라우드 서버에서 암호화된 채로 분석되기 때문에 상기 사용자의 건강 상태 정보가 외부로 유출되더라도 상기 사용자의 비밀키를 가지고 있지 않는 제3자는 그 내용을 정확하게 확인할 수 없다. 즉, 기밀 정보나 민감한 개인 정보가 노출 및 위협에 따른 보안 및 프라이버시 침해 문제가 발생될 여지가 적어진다.
또한, 여러 사람 또는 환자의 건강 상태 정보를 준동형 암호화 방식으로 암호화하여 활용할 경우, 상기 사용자의 비밀키를 가지고 있지 않는 제3자가 그 내용을 정확하게 확인하지 못한다 하더라도 통계 자료를 위한 수치로써는 사용 가능하게 될 수 있다.
또한, 상기 사용자는 상기 건강 분석 자료를 통해 현재 자신의 건강 상태를 면밀히 검토하여 위기 상황이라고 판단되면 이에 신속히 대처할 수 있고, 그에 따라 단순 진료를 위한 병원 방문을 생략하여 의료비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건강 상태 체크 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 건강 상태 체크 시스템 중 준동형 암호화 및 대용량 데이터 분산 처리 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2의 SA(Security Agent)에서 혈당치 암호화 과정의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 맵퍼(mapper)에서 키(key) 및 값(value)을 맵핑(mapping)한 결과의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 리듀서(reducer)에 계산된 결과의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 SA(Security Agent) 및 하둡(Hadoop)에서의 작동 상태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 도 2의 SA(Security Agent)에서의 혈당치 데이터 암호화 및 하둡 분산 파일 시스템(HDFS: Hadoop Distributed File System)에서의 분산 저장의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2의 맵퍼(mapper) 및 리듀서(reducer)에서의 실행 예를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건강 상태 체크 시스템을 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 건강 상태 체크 시스템은 건강 상태 체크 장치(10), 스마트 단말기(20) 및 클라우드 서버(30)를 포함한다. 이때, 상기 스마트 단말기(20)는 각종 어플리케이션 프로그램이 설치되어 동작이 가능한 스마트 폰 또는 테플릿 컴퓨터일 수 있다.
상기 건강 상태 체크 장치(10)는 사용자의 건강 상태를 체크하여 상기 사용자에 대한 건강 상태 정보를 생성한다. 예를 들어, 상기 건강 상태 체크 장치는 당뇨병 환자의 혈액 내의 혈당치를 체크하여 상기 당뇨병 환자의 혈당치 정보를 생성하는 혈당치 체크 장치를 포함할 수 있다.
상기 스마트 단말기(20)는 상기 건강 상태 체크 장치(10)와 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 건강 상태 정보를 제공받아 저장할 수 있다. 이때, 상기 스마트 단말기(20)는 RFID(Radio-Frequency Identification), 블루투스(Buletooth), 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 등과 같은 무선 통신 방법을 통해 상기 건강 상태 체크 장치(10)와 신호를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 상기 스마트 단말기(20)는 상기 혈당치 체크 장치로부터 상기 혈당치 정보를 제공받아 저장하고 있을 수 있다.
한편, 상기 사용자는 상기 건강 상태 체크 장치(10)를 통해 주기적으로, 예를 들어 매일 아침마다 건강 상태 정보를 생성할 수 있고, 상기 스마트 단말기(20)는 주기적으로 생성된 상기 건강 상태 정보를 실시간으로 제공받아 저장할 수 있다.
상기 스마트 단말기(20)는 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화할 수 있다. 이때, 상기 준동형 암호화 방식은 암호화된 상태에서 가법 E(x+y)와 승법 E(xy)에서 x와 y에 대한 복호화 과정이 필요 없이 효과적으로 계산할 수 있는 알고리즘으로, 복호화 함수에 대해서 모르더라도 암호화된 데이터만으로도 계산을 가능하게 할 수 있다.
상기 스마트 단말기(20)는 상기 클라우드 서버(30)와 접속되어 각종 신호 및 데이터를 주고 받을 수 있다. 우선, 상기 스마트 단말기(20)는 상기 준동형 암호화 방식을 통해 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버(30)로 전송할 수 있다. 또한, 상기 스마트 단말기(20)는 상기 클라우드 서버(30)로부터 후술될 건강 분석 자료를 전송받아 저장할 수 있다. 이때, 상기 스마트 단말기(20)는 상기 건강 분석 자료를 상기 사용자의 비밀키로 복호화한 후, 내장된 디스플레이 장치를 통해 외부로 표시할 수 있다.
한편, 상기 스마트 단말기(20)에는 상기한 기능들을 수행하기 위한 건강 체크 어플리케이션 프로그램이 설치되어 있을 수 있다. 즉, 상기 건강 체크 어플리케이션 프로그램은 상기 건강 상태 체크 장치(10)와 접속되어 상기 건강 상태 정보를 제공받아 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하며, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버로 전송하고, 상기 클라우드 서버로부터 상기 건강 분석 자료를 전송받으며, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 표시할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
상기 클라우드 서버(30)는 상기 스마트 단말기(20)로부터 상기 암호화된 건강 상태 정보를 제공받아 저장하고, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 상기 건강 분석 자료를 생성한 후 상기 스마트 단말기(20)로 전송한다.
상기 클라우드 서버(30)는 상기 스마트 단말기(20)로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있는 대용량 데이터 분산 처리 서버를 포함할 수 있다. 이때, 상기 대용량 데이터 분산 처리 서버는 대용량 데이터의 저장과 병렬처리 능력을 제공하는 대용량 분산 시스템으로, 예를 들어 하둡(Hadoop)을 이용한 맵리듀스(MapReduce) 기반의 분산계산 보안 프레임워크 시스템일 수 있다. 여기서, 상기 하둡(Hadoop)은 대량의 자료를 처리할 수 있는 큰 컴퓨터 클러스터에서 동작하는 분산 응용 프로그램을 지원하는 자유 자바 소프트웨어 프레임워크이고, 상기 맵리듀스(MapReduce)는 구글에서 개발한 소프트웨어 프레임워크로써, 페타바이트 이상의 대용량 데이터를 신뢰할 수 없는 컴퓨터로 구성된 클러스터 환경에서 병렬 처리를 지원할 수 있다.
이어서, 도 1을 다시 참조하여, 상기 건강 상태 체크 시스템에서의 건강 상태 체크 방법에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.
우선, 상기 사용자에 대한 건강 상태 정보, 예를 들어 혈당치 정보를 주기적으로 상기 스마트 단말기(20)에 저장한다. 구체적으로 설명하면, 상기 건강 상태 체크 장치(10)에서 상기 사용자의 건강 상태를 주기적으로 체크하여 상기 사용자에 대한 건강 상태 정보를 생성하여 상기 스마트 단말기(20)로 제공하고, 상기 스마트 단말기(20)는 제공받은 상기 건강 상태 정보를 내부 메모리에 저장한다.
이어서, 상기 스마트 단말기(20)에서 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후 상기 클라우드 서버(30)로 전송한다. 구체적으로 설명하면, 상기 스마트 단말기(20)에서, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후, 상기 스마트 단말기(20)에서 상기 클라우드 서버(30)로 상기 암호화된 건강 상태 정보를 전송한다.
이어서, 상기 클라우드 서버(30)에서 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후, 상기 스마트 단말기(20)로 전송한다. 구체적으로 설명하면, 상기 스마트 단말기(20)에서 상기 클라우드 서버(30)로 건강 분석 요청 신호를 전송하면, 상기 클라우드 서버(30)에서 상기 건강 분석 요청 신호에 응답하여 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 상기 건강 분석 자료를 생성하고, 그 후 상기 클라우드 서버(30)에서 상기 스마트 단말기(20)로 상기 건강 분석 자료를 전송한다. 이때, 상기 클라우드 서버(30)는 상기 스마트 단말기(20)로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있다.
이어서, 상기 스마트 단말기(20)에서 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화한 후, 내장된 디스플레이 장치를 통해 외부로 표시한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 사용자는 각자 소지하고 있는 스마트 단말기(20)를 통해 자신의 건강 상태 정보를 준동형 암호화 방식 기반으로 암호화한 후 상기 클라우드 서버(30)에 제공하고, 상기 클라우드 서버(30)에서 암호화된 채로 분석하여 다시 상기 스마트 단말기(20)로 제공받아 복호화한 후, 상기 스마트 단말기(20)를 통해 자신의 건강 상태를 체크할 수 있는 상기 건강 분석 자료를 확인할 수 있다.
따라서, 상기 클라우드 서버(30)에서 암호화된 채로 분석되기 때문에 상기 사용자의 건강 상태 정보가 외부로 유출되더라도 상기 사용자의 비밀키를 가지고 있지 않는 제3자는 그 내용을 정확하게 확인할 수 없다. 즉, 기밀 정보나 민감한 개인 정보가 노출 및 위협에 따른 보안 및 프라이버시 침해 문제가 발생될 여지가 적어진다.
또한, 여러 사람 또는 환자의 건강 상태 정보를 준동형 암호화 방식으로 암호화하여 활용할 경우, 상기 사용자의 비밀키를 가지고 있지 않는 제3자가 그 내용을 정확하게 확인하지 못한다 하더라도 통계 자료를 위한 수치로써는 사용 가능하게 될 수 있다.
또한, 상기 사용자는 상기 건강 분석 자료를 통해 현재 자신의 건강 상태를 면밀히 검토하여 위기 상황이라고 판단되면 이에 신속히 대처할 수 있고, 그에 따라 단순 진료를 위한 병원 방문을 생략하여 의료비용을 감소시킬 수 있다.
이하, 상기 건강 상태 체크 시스템 및 상기 건강 상태 체크 방법에 따른 구체적인 실시예를 분야별로 나누어서 상세하게 설명하고자 한다.
<준동형 암호화 방식>
우선, 준동형 암호화(HE, Homomorphic Encryption) 방식에 대하여 설명하고자 한다.
본 실시예에 의한 준동형 암호화 방식은 예를 들어, 일반화된 페일리어(Generalized Paillier) 암호방식을 따를 수 있다. 상기 페일리어 암호방식은 기본 페일리어 암호방식의 일반화로써,
Figure pat00001
의 계산을 수행한다. 여기서
Figure pat00002
은 RSA modulus 이고,
Figure pat00003
자연수이고, 상기 기본 페일리어 방식의 경우는
Figure pat00004
이 되는 경우이다.
Figure pat00005
에 속하는 위수
Figure pat00006
은
Figure pat00007
로 나누어진다. 더욱이,
Figure pat00008
은
Figure pat00009
의 직접 곱으로 표현될 수 있는데, 여기서
Figure pat00010
는 위수
Figure pat00011
의 순회군이고,
Figure pat00012
는
Figure pat00013
의 동형이다.
암호화를 위해 메시지는
Figure pat00014
에 의해 해당 잉여류로 변환되고, 이 방식의 안전성은
Figure pat00015
의 다른 잉여류에서 랜덤요소를 구별하는 어려움에 근거한다. 두 개의 랜덤요소가 동일한 잉여류 내에 있다면 두요소를 구별하기 어려운 Semantically secure라고 한다. 일반화된 페일리어 암호방식의 안전성은 합성 잉여 가정(Decisional Composite Residuosity Assumption)에 의해 증명될 수 있다.
(1) 키 생성 과정
-
Figure pat00016
: 큰 소수 선택
-
Figure pat00017
를 계산,
Figure pat00018
를 계산
-
Figure pat00019
를 선택할 때
Figure pat00020
과
Figure pat00021
에 서로 소가되는
Figure pat00022
를 만족하는
Figure pat00023
를 선택
- CRT(Chinese Remainder Theorem)을 사용하여
Figure pat00024
와
Figure pat00025
를 만족하는
Figure pat00026
를 선택한다.
[공개키] :
Figure pat00027
[비밀키] :
Figure pat00028

(2) 암호화 과정
Figure pat00029
은 평문이라 하고,
Figure pat00030
을 임의로 선택한다.
Figure pat00031

(3) 복호화 과정
암호문
Figure pat00032
대해
Figure pat00033
를 계산한다.
Figure pat00034
Figure pat00035
이때, 복호화에 대한 단순화 과정은 다음과 같다.
-
Figure pat00036
로 고정되어 있다.
-
Figure pat00037
와
Figure pat00038
를 만족하는
Figure pat00039
를 계산한다. 이 경우
Figure pat00040
로 복호화한다.
<Hadoop의 MapReduce과정에서 준동형 암호 시스템 적용>
도 2는 도 1의 건강 상태 체크 시스템 중 준동형 암호화 및 대용량 데이터 분산 처리 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2에는 하둡(Hadoop) 상에서 맵리듀스(MapReduce) 과정에 준동형 암호 시스템를 적용한 구조도로써, 암호화된 데이터의 맵리듀스(MapReduce) 과정을 나타내고 있다. 상기 스마트 단말기(10)로부터 암호화된 데이터는 SA(Security Agent)의 통제하에 하둡 분산 파일시스템(HDFS: Hadoop Distributed File System)에 저장되며, 사용자가 상기 건강 체크 어플리케이션 프로그램을 통해 복호화 될 때까지 데이터를 관찰한다. 여기서, 상기 SA는 도면에서와 같이 상기 스마트 단말기(10) 내의 일부 프로그램일 수 있으나, 이와 다르게 상기 스마트 단말기(10) 및 상기 클라우드 서버(30) 사이에서 중계 역할을 하는 다른 장치일 수도 있다. 또한, 도면에서 하둡(Hadoop)은 상기 클라우드 서버(30) 내의 시스템을 의미한다.
도 2에서는 준동형 암호화(HE, Homomorphic Encryption)의 맵리듀스(MapReduce) 응용 상세 구조로써 준동형 공개키 시스템에서 사용된 알고리즘을 사용한다. 이때, 암호화된 데이터들()은 맵리듀스(MapReduce) 상에서 준동형성을 이용한 계산을 통한 결과값을 복호화 함으로써, 최종적으로 평문 데이타의 합계 계산을 수행한다. 준동형 암호화(HE, Homomorphic Encryption)의 맵리듀스(MapReduce) 응용 상세 구조의 처리과정은 다음과 같다.
① SA는 Data Provider로부터 데이터를 전송받아 준동형 암호로 암호화한 후 HDFS에 전송한다.
② MapReduce 라이브러리는 HDFS로부터 입력파일을 일정 단위로 나눈 블록들을 Mapper에게 전송한다.
③ Master로부터 Map task가 지정된 Map Worker는 블록들을 분석하여 Key/Value (Encrypted Value)쌍을 추출하여 메모리에 저장한다.
④ 주기적으로 메모리상의 Key/Value쌍 정보는 로컬디스크에 저장되며, 위치정보를 Master에게 전송한다.
⑤ Reducer는 Master가 전송한 위치정보에 따라 Map Worker로부터 Key/Value쌍들을 받아 정렬을 수행한다. Key의 중복없이 고유한 Key에 따른 Value를 블록단위로 정렬한다.
⑥ 정렬된 블록집합에서 Value들을 취합하여 준동형성을 이용한 계산을 수행한다. OverFlow로 인한 Jop Fail을 방지하기 위해 설정을 통해 사전에 Reducer의 계산 처리량을 결정한다. Reducer별로 준동형성을 이용한 계산을 수행한 Value들의 결과값은 SA에 전송되며, SA는 각 Reducer로부터 받은 결과값을 복호화 한 후, 본래 데이터의 계산을 통해 최종 결과값을 계산하여 목적에 따라 결과값을 이용하는 곳에 전송한다.
<암호화된 데이터의 처리과정 예제>
예를 들어, Generalized Paillier 암호방식으로 암호화된 Value들의 평균값을 계산한다고 가정한다. 암호화되어 저장된 Value들은 Mapper들에 의해 Key에 따라 Mapping된다. 그리고, Mapping된 Value들은 Reducer로 전송된다. 각각의 Reducer들은 설정된 계산 처리량만큼 Generalized Paillier 암호방식에 따라 암호화된 Value들의 승법을 수행하여 SA로 전송한다. Reducer로부터 결과값들을 전송받은 SA는 모든 결과값들을 복호화한다. 그리고, 복호화된 결과값들의 가법을 수행하여 모든 Value값들의 합계를 계산한 후, Value의 수만큼 나누어 최종적으로 Value들의 평균값을 구한다.
이하, 데이터의 변화와 흐름을 통해 SA와 Hadoop의 작동 구조를 예를 들면서 설명한다. 본래의 입력데이터는 (2010 120)와 같이 White Space로 구분된 데이터로써 혈당치는 SA에 의해 Generalized Paillier 암호방식으로 암호화된다.
도 3은 도 2의 SA(Security Agent)에서 혈당치 암호화 과정의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 년도별 혈당치 데이터를 Generalized Paillier 암호방식으로 암호화된 혈당치를 나타내고 있다. SA는 혈당치를 Generalized Paillier 암호방식으로 암호화하여 HDFS에 저장한다.
도 4는 도 2의 맵퍼(mapper)에서 키(key) 및 값(value)을 맵핑(mapping)한 결과의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, Mapper가 2010을 키로 HDFS에 저장되어 있는 암호화된 혈당치를 Value로 Mapping한 결과가 나타나 있다. Mapping된 Value는 Reducer로 전송되고, Reducer는 Generalized Paillier 암호방식의 준동형성에 따라 Value들을 서명한다.
도 5는 도 2의 리듀서(reducer)에 계산된 결과의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, Reducer가 Generalized Paillier 암호방식의 준동형성에 따라 Value값들을 계산한 결과가 나타나 있다. Reducer별로 계산된 Value들은 SA로 전송되어 복호화되고, 통합되어 결과적으로 모든 혈당치가 암호화된 상태로 계산되어진다.
다음은 Generalized Paillier 암호방식으로 암호화된 혈당치의 평균을 구하는 SA와 Hadoop 작동 구조 예이다.
도 6은 도 2의 SA(Security Agent) 및 하둡(Hadoop)에서의 작동 상태를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, SA와 Hadoop 작동 구조를 통해 암호화된 혈당치의 평균을 구한다. SA는 입력 데이터를 Generalized Paillier 암호방식에 따라 암호화하여 HDFS에 저장한다. 예를 들어 2010년도의 혈당치 평균을 구하면 Mapper는 2010을 Key로 하는 모든 암호화된 Value를 Mapping한다. 그리고, 구하고자 하는 연도인 2010으로 측정된 모든 암호화된 혈당치가 리스트로 출력되면, 모든 Reduce 함수는 리스트 전체를 순환하며, Key에 따른 암호화된 Value에 대한 승법계산을 수행한다. Generalized Paillier 암호방식의 준동형성에 따라 본래 Value들의 합을 구하기 위해서 암호화된 Value 리스트들의 승법을 수행한다. MapReduce 이후 전송받은 결과값을 복호화하여 모든 Value를 측정한 결과를 도출하며, 데이터의 수만큼 나누면 2010년도의 평균 혈당치 데이터를 구할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 건강 상태 체크 장치 20 : 스마트 단말기
30 : 클라우드 서버

Claims (12)

  1. 사용자에 대한 건강 상태 정보를 주기적으로 스마트 단말기에 저장하는 단계;
    상기 스마트 단말기에서, 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후, 클라우드 서버로 전송하는 단계;
    상기 클라우드 서버에서, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후, 상기 스마트 단말기로 전송하는 단계; 및
    상기 스마트 단말기에서, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 외부로 표시하는 단계를 포함하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 건강 상태 정보는
    상기 사용자의 혈당치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 건강 상태 정보를 저장하는 단계에서는
    상기 스마트 단말기가 혈당치 측정 장치로부터 주기적으로 제공된 상기 사용자의 혈당치 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 건강 분석 자료를 생성한 후, 상기 스마트 단말기로 전송하는 단계는
    상기 스마트 단말기에서 상기 클라우드 서버로 건강 분석 요청 신호를 전송하는 단계;
    상기 건강 분석 요청 신호에 응답하여 상기 클라우드 서버에서, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성하는 단계; 및
    상기 클라우드 서버에서 상기 스마트 단말기로 상기 건강 분석 자료를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후, 클라우드 서버로 전송하는 단계는
    상기 스마트 단말기에서, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하는 단계; 및
    상기 스마트 단말기에서 상기 클라우드 서버로 상기 암호화된 건강 상태 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클라우드 서버는
    상기 스마트 단말기로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있는 대용량 데이터 분산 처리 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스마트 단말기에는
    상기 건강 상태 정보를 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 상기 준동형 암호화 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하며, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버로 전송하고, 상기 클라우드 서버로부터 상기 건강 분석 자료를 전송받으며, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 표시할 수 있는 건강 체크 어플리케이션 프로그램이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 방법.
  8. 사용자에 대한 건강 상태 정보를 생성하는 건강 상태 체크 장치;
    상기 건강 상태 정보를 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 상기 사용자의 비밀키로 암호화한 후, 외부로 송출하는 스마트 단말기; 및
    상기 스마트 단말기로부터 상기 암호화된 건강 상태 정보를 전송받아, 암호화된 채로 분석하여 건강 분석 자료를 생성한 후, 상기 스마트 단말기로 전송하는 클라우드 서버를 포함하고,
    상기 스마트 단말기는 상기 클라우드 서버로부터 전송된 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 외부로 표시하는 것을 특징으로 하는 건강 상태 체크 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 건강 상태 체크 장치는
    상기 사용자의 혈액 내의 혈당치를 체크하여 혈당치 정보를 생성하는 혈당치 체크 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 건강 상태 체크 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스마트 단말기는
    상기 혈당치 체크 장치와 무선 또는 유선으로 연결되어 상기 혈당치 체크 장치로부터 상기 혈당치 정보를 주기적으로 제공받아 저장하는 것을 특징으로 하는 스마트 단말기를 통한 건강 상태 체크 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 스마트 단말기에는
    상기 건강 상태 정보를 저장하고, 상기 건강 상태 정보를 준동형 암호화(Homomorphic Encryption) 방식을 통해 상기 사용자의 비밀키로 암호화하며, 상기 암호화된 건강 상태 정보를 상기 클라우드 서버로 전송하고, 상기 클라우드 서버로부터 상기 건강 분석 자료를 전송받으며, 상기 사용자의 비밀키로 상기 건강 분석 자료를 복호화하여 표시할 수 있는 건강 체크 어플리케이션 프로그램이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 건강 상태 체크 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 클라우드 서버는
    상기 스마트 단말기로부터 전송된 상기 암호화된 건강 상태 정보를 포함한 대용량의 데이터를 분산하여 처리할 수 있는 대용량 데이터 분산 처리 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 건강 상태 체크 시스템.
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