로컬-퍼스트 협업 보안: 동형암호화와 CRDTs의 결합, 그리고 그 도전 과제

핵심 기술

로컬-퍼스트 협업 문서의 보안 강화를 위해 동형암호화와 CRDTs(Conflict-free Replicated Data Types)를 결합하는 접근 방식과 이의 실질적인 구현 난제를 심층적으로 탐구합니다.

기술적 세부사항

• 로컬-퍼스트 협업 모델: 문서를 로컬에서 저장하고 CRDT를 통해 공동 편집 경험을 제공합니다.
• 보안 요구사항: 제3자에게 문서 내용이 노출되지 않도록 종단 간 암호화(End-to-End Encryption)를 활용합니다.
• 종단 간 암호화의 한계: 서버가 데이터를 병합할 수 없어 비동기 작업 시 비효율적인 데이터 통신이 발생합니다.
• 동형암호화(Homomorphic Encryption, HE)의 역할: 서버가 데이터를 복호화하지 않고도 암호화된 상태에서 연산을 수행할 수 있게 하여 CRDT 업데이트 병합을 가능하게 합니다.
  • 부분 동형, 일부 동형, 완전 동형(FHE)으로 구분됩니다.
  • 암호문의 노이즈 증가 및 부트스트래핑(Bootstrapping)과 같은 고급 기법의 필요성이 언급됩니다.
  • TFHE-rs 라이브러리를 사용한 CRDT(Last Write Wins Register) 구현 예시가 제시됩니다.
• 동형암호화 적용 시 문제점:
  • 성능 저하: 암호화되지 않은 연산 대비 수십억 배 느린 속도(예: 1초 vs 0.52 나노초).
  • 공간 비효율: 대규모 키 사이즈로 인한 심각한 공간 낭비(예: 32바이트 데이터에 123MB 키).
  • 코드 구조의 제약: 실행 경로 분기가 암호문 해독에 힌트를 줄 수 있어, 모든 분기 및 루프를 즉시 평가하고 최악의 케이스를 기준으로 연산해야 하는 필요성.
  • 확장성 저하: 희소한 키 값에도 고정 크기 충전 필요 등.
• 대안 및 커뮤니티 반응:
  • HE 분야의 빠른 발전 속도(15년 만에 키 크기 및 부트스트래핑 속도 개선)가 언급됩니다.
  • CRDT 기술 역시 초기 비실용적 단계에서 성능 개선을 이루고 있음을 설명합니다.
  • FHE 적용 시 MPC(Multi-Party Computation)가 더 적합할 수 있다는 의견이 제시됩니다.
  • TFHE-rs의 상업적 라이선스 문제로 openFHE(C++) 및 lattigo(Go) 라이브러리 추천이 있습니다.
• 연구의 의의: 실용성과는 다소 거리가 있더라도 컴퓨터 과학 및 암호학 연구가 가능한 영역을 넓히는 데 의미가 있음을 시사합니다.

개발 임팩트

이 기술 조합은 민감한 데이터를 다루는 협업 애플리케이션에서 강력한 보안을 제공할 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 현재로서는 심각한 성능 및 공간 비효율성으로 인해 실제 상용 서비스에 적용하기에는 큰 허들이 존재합니다. 지속적인 연구 개발을 통해 효율성 문제가 해결된다면 미래의 안전한 분산 협업 시스템 구축에 기여할 수 있을 것입니다.

커뮤니티 반응

댓글에서는 FHE의 놀라운 발전과 동시에 현재의 비효율성을 지적하며, CRDT 기술의 발전과 함께 실용성에 대한 의문이 제기되었습니다. 또한 라이브러리 추천 및 대안 기술(MPC)에 대한 논의가 활발했습니다.