유리 조각을 사용해서 얼굴 이미지를 암호화할 수 있다는 새로운 연구결과가 나왔다. 안면 인식 기술이 대중화되고 있지만 동시에 개인 정보 보호에 대한 우려도 커지면서 보호 장치의 필요성이 제기되고 있다.
홍콩 폴리테크닉 대학교의 연구진이 연마된 유리 조각을 산란 매체(scattering medium)로 사용하여 얼굴 이미지를 위한 단순하지만 고효율의 광학 암호 시스템을 개발했다. 이 시스템은 연마된 유리조각을 통해 얼굴 이미지 데이터를 전송한다. 이 과정에서 연마된 유리 조각은 기가비트 길이의 물리적 비밀 키를 생성하고 광속으로 얼굴 이미지를 암호화한다.
결과적으로 무작위로 흩어져 있는 것처럼 보이는 빛과 어둠의 반점(speckles)들이 나타나며 이를 카메라에서 포착한다. 이어 잘 훈련된 암호 해독 신경망이 임의의 반점들로 구성된 이 암호화된 이미지를 해독하여 얼굴 인식을 실현할 수 있다.
일반적으로 암호화 시스템은 발신자와 수신자 간의 암호 메시지를 해독하는 비밀 키를 공유한다. 이러한 비밀 키는 수십에서 수백 비트의 문자열이다. 이론상 키의 길이가 길수록 보안이 강화되지만 더 큰 컴퓨터 성능이 필요하다. 설상가상으로 끊임없이 진화하는 양자 컴퓨터는 이러한 보안을 깨는 데 점점 더 능숙해지고 있다. 그러나 이 시스템의 비밀키는 복잡성 수준이 172억 비트 길이에 해당한다. 이러한 시퀀스의 암호 해독은 가장 진보한 양자 컴퓨터에게도 어려운 과제가 될 것이다.
광학 기술을 이용한 암호 시스템은 일반적으로 회절광을 사용하여 고속의 작은 컴퓨팅 성능으로 데이터를 암호화된 메시지로 변환하고 레코드 길이의 긴 키를 생성할 수 있다.
유리 조각 기반으로 암호화된 메시지를 해독하기 위해 연구진은 19,800개의 원본 얼굴 이미지와 유리 조각을 통과한 후의 이미지를 신경망에 학습시켰다. 실험에서 신경망이 98% 이상의 정확도로 암호화된 얼굴 이미지를 해독할 수 있었음을 확인했다.
각각의 연마된 유리 조각 세트는 복제가 사실상 불가능한 독특한 빛과 어둠의 패턴을 생성한다. 각 신경망은 암호 해독을 위해 주어진 유리 조각 세트로 훈련되어야 한다. 광학 암호 시스템이 장착된 이미지 캡처 장치는 신경망 암호 해독 시스템이 장착된 서버에 암호화된 데이터를 보낸다. 각 발신자에 대해 서버에는 대응하는 신경망이 필요하다.
이 광학 암호 시스템은 "암호화된 얼굴 인식뿐만 아니라 암호화된 지문 인식과 같은 다른 응용 프로그램에도 사용될 수 있다"고 연구진은 말한다.
AI타임스 박찬 위원 cpark@aitimes.com
