TED 감상

15.모나 찰라비(Mona Chalabi): 잘못된 통계를 알아내는 세 가지 방법


통계는 엘리트주의적으로 조작되었기 때문에 일부 정부는 통계를 없애자고 주장했다. 하지만 데이터 없이 차별 관측이 가능하고 시정이 가능한가?

정부가 현재의 불공정의 정도를 측정할 수 없으면 어떻게 공정한 정책을 만들 수 있을까? 많은 문제가 생기는데 보건과 의료기술 통계가 없으면 어떻게 의료보험법을 제정할 수 있을까? 통계 자체는 문제가 아니다. 우리가 이 통계를 얼마나 바른 눈으로 불 수 있는지가 중요한 것이다.

모나는 이라크 전쟁으로 얼마나 많은 이라크인이 피난을 갔는지와 무엇을 필요로 하는지를 조사하는 일을 했다. 수치의 정확도에 영향을 미치는 요인을 결정했는데 대중들은 이 데이터에 아무도 의문을 제기하지 않고 관심조차 두지 않는 것을 보고 이 일에 대해 모순이 들었다. 이 일을 하면서 수치를 더 정확하게 만들어줄 유일한 방법 최대한 많은 사람들이 의문을 갖게 하는 것이라는 생각이 들었다. 모나는 데이터기자가 되어 데이터 집합들을 찾아 대중들에게 공유하는 일을 한다.

첫 번째 질문은 불확실성이 보이시나요? 이다. 대표적으로 정치 분야의 여론조사가 있다. 모나는 기자는 사실을 보고하는 건데 여론 조사는 예측하는 것이기 때문에 마음에 들지는 않는다.

영국, 이탈리아, 이스라엘 총선과 미국 총선의 여론 조사는 달로 병원의 입원자수를 점치는 것만큼 부정확하다. 이 결과는 학술 연구의 데이터로 도출한 것이다.

사람들의 관심을 끌기 위해 손으로 그린 도표를 도출한다. 그래서 숫자가 아닌 특정한 사실을 기억하게 만든다.

두 번째 질문은 어떻게 데이터를 수집했지? 이다. 국내 무슬림들에게 지하드를 얼마나 지지하는지에 대한 설문지 원본 찾는다. 원본을 보니 지하드에 대한 정의 질문 무시했었고 옵트인 형식으로 누구나 인터넷에서 보고 답할 수 있었기 때문에 설문조사가 어떻게 진행됐는지 모른다. 또한 설문조사에 참여한 사람은 600명으로 5000명당 1인 꼴이다.

국가 통계가 사설 통계보다 나은데 사기업은 자신들이 원하는 숫자만 도출해 내기 때문이다. 국가 통계는 이론상으로는 공정하다.

 

‘0.4%.’ 한국은행이 발표한 지난해 4분기 성장률(전 분기 대비)이다. 이를 놓고 세간에는 경제가 곤두박질친다는 식의 부정적 해석이 쏟아졌다. 성장률이 전 분기(0.6%)보다 떨어졌고, 다섯 분기 연속 0%대라는 이유에서다. 하지만 4분기 경제지표에 긍정적 신호가 많다는 반론 또한 팽팽했다. 설비투자가 6.3% 늘어 20121분기 이후 최고치였고, 제조업 생산은 1.8% 증가해 전 분기의 부진(-0.9%)을 벗어났다. 당초 마이너스 성장 전망마저 무성했던 점을 감안하면 선방한 것 아니냐는 주장이다.

 

유명한 통계지표는 완벽할 것이라는 오해

 

물이 절반 채워진 컵을 보고 어떤 사람은 반밖에 안 남았다고 하고, 어떤 사람은 반이나 차 있다고 한다. 경제를 둘러싼 낙관론과 비관론도 비슷하다. 경기지표에는 긍정적·부정적인 것이 혼재돼 있기 마련이다. 경제를 분석할 때 선입견과 편견을 버리고 여러 지표를 종합적으로 검토하는 능력이 중요한 이유다.

 

소비지표로 가장 많이 인용되는 것으로 백화점·대형마트 매출이 있다. 지난해 12월 백화점과 마트의 매출 증가율(전년 동기 대비)3.8%, 0.7%. 이것만 보면 소비는 부진하다. 하지만 1인 가구가 많이 찾는 편의점이나 온라인·모바일 쇼핑몰 매출은 10~30%대 고성장을 이어가고 있다. ·오프라인을 합쳐 보면 밑바닥 경기에 대해 다른 해석이 가능해지는 것이다. 실제로 유통업계에선 소비 패턴 변화에 맞춰 지표 분석도 달라져야 한다는 지적이 나온다.

 

사람들의 경제생활 방식은 계속 바뀌는데 구닥다리 통계지표가 이를 따라가지 못하는 일이 심심찮게 일어난다. 한 나라의 경제 규모를 보여주는 대표적 지표인 국내총생산(GDP)조차 그렇다. 이주열 한국은행 총재는 서비스업 비중이 증가하고 디지털 경제가 확대되면서 GDP의 신뢰성이 떨어지고 있다고 꼬집은 적이 있다. 예컨대 학원을 가지 않고 유튜브로 무료 강의를 들으면 수강생의 효용은 높아지지만 GDP는 감소하고, 에어비앤비 같은 공유 서비스는 GDP에 제대로 반영되지 않는다.

 

숫자로 포장한 악마의 편집가려내자

 

인터넷에서 잘 생기면 빨리 죽는다’ ‘강남스타일 춤을 함께 추면 빨리 친해진다같은 황당무계한 연구결과를 다룬 기사를 종종 본다. 상관관계와 인과관계를 잘못 연결해 실험하거나, 차 떼고 포 떼어 단정적으로 보도하는 과정에서 벌어지는 일이다.

 

통계의 세계에서도 수많은 지표 중 입맛에 맞는 것만 골라 왜곡된 주장을 펴는 사람들이 적지 않다. 예컨대 한국의 무역의존도가 102%나 된다며 수출 대신 내수를 키워 무역의존도를 낮추자고 말하는 사람이 있다. ()세계화·반기업론과 맥을 같이하는 이 주장은 의존종속으로 잘못 해석한 결과다. 무역의존도는 수출+수입액을 GDP로 나눈 것으로, 경제협력개발기구(OECD) 34개 회원국 중 11곳이 한국보다 높고 여기엔 유럽 선진국도 다수 포함돼 있다.

 

인구 5000만명 중 30.1%가 토지를 소유했다”(국토교통부 보도자료)거나 한국의 상위 10% 소득집중도는 44.9%, 미국(47.8%) 다음으로 높다”(국회 입법조사처 보고서)는 자료는 어떤가.

 

양극화가 심해도 너무 심하다는 주장의 근거로 삼기에는 딱 좋지만, 자세히 보면 허점투성이다. 통상 한 집에서 부동산을 가장(家長) 명의로 등록하는 점을 감안하면 4인 가구에서 25%가 땅을 독식한다고 말하는 것과 같다. 소득 상위 10% 기준선이 억대 연봉자가 아니라 세전 연소득 4000만원 전후라는 사실도 잘 알려지지 않았다.

[소설가 이근미와 떠나는 문학여행] (71) 마르틴 안데르센 넥쇠 '종신형'

 

무조건적 낙관론·비관론은 위험하다

 

경제학 교수 찰스 윌런은 벌거벗은 통계학이란 책에서 통계는 그것을 사용하는 사람들보다 더 똑똑할 수 없다고 했다. 통계를 접할 때 겉으로 드러난 숫자만 볼 게 아니라 분석 방법과 기준, 인용자의 의도까지 객관적으로 검증해야 한다는 얘기다. 최근 경제 상황을 둘러싼 낙관론과 비관론도 마찬가지다. 시장 불안과 정치 혼란이 겹친 상황에서 이른바 경제전문가라는 직함을 단 전문가 집단이 한쪽 입장을 확대 재생산하는 측면은 없는지 따져봐야 한다.

 

경제는 심리라는 말이 있다. 경제 주체들의 마음가짐에 따라 결과가 크게 좌우된다는 뜻이다. 낙관론에 취해 샴페인을 터뜨리는 것도, 비관론에 빠져 자괴감에 빠지는 것도 도움이 안 된다. 경제를 있는 그대로 보려는 노력이 절실하다.

 

임현우 한국경제신문 기자 tardis@hankyung.com 

TED 감상

한나 프라이: 사랑의 수학

 

피터 바커스는 그가 연인을 찾는 가능성을 확률화 시키려고 했다. 연인은 영국 모든 여성 가운데 그의 집에서 가까이 살고 적당한 나이 범위이고 대학교 졸업자이고 그를 매력적이라고 생각할 만한 사람이라고 할 때 영국을 통틀어 26명으로 추정된다. 이 확률은 특정한 밤에 골목을 돌아다니다가 여자와 우연히 마주칠 확률이 285,000번에 하나이다. 수학은 궁극적으로 패턴을 분석하는 학문인데 우리 삶은 패턴으로 가득 차 있다. 주식 예상과 날씨 변화, 식물의 운동이나 도시의 성장까지도... 수학이 너무나 강력해서 우리에게 거의 모든 것을 새롭게 바라보는 시각을 제공해주는 한나는 사랑을 위해 수학적으로 증명 가능한 세 가지 팁을 알려주었다.

첫 번째 팁은 온라인 데이트에서 승리하는 법이다. 10년동안 온라인 데이트 사용자 정보를 모아본 결과 얼마나 매력적이냐는 인기 결정 요인이 아니다. 오케이큐피드에서 자신의 매력도를 1~5까지 점수를 매기는데 그래프를 보면 외모만이 중요한 게 아님을 알 수 있다. 오히려 나를 못생겼다고 생각하는 것이 좋다. 사람들에게 포시아 드 로시사라 제시카 파커의 점수를 매긴다고 하자. 많은 사람들은 로시는 아름다우니까 4점을 매길 것이다. 하지만 사라는 아름답다고 생각하는 사람과 말처럼 생겼다고 생각하는 사람이 있어서 넓게 분포할 것이다. 이 예를 보면 위의 의견이 맞음을 알 수 있다.

두 번째는 완벽한 파트너를 고르는 방법이다.

첫 파트너가 37% 안에 드는데 거절했다고 하면 우리가 수학을 따른다면 이 사람보다 더 나은 사람은 나타나지 않는다. 또한 처음 37%가 믿을 수 없게 지루하고 별로이고 다음 상대가 그보다 약간 덜 지루하다면 수학을 따르면 결혼을 해야 한다. 이 방법은 100% 가능성은 없지만 이게 최적화된 방법임을 알 수 있다. 실제로 물고기는 이 방법을 따르고 있음을 알 수 있다.

세 번째는 이혼을 하지 않는 방법이다.

대화에서 각 파트너가 얼마나 긍정적이냐 부정적이냐는 가장 큰 원인을 차지한다. 고트만과 그의 팀은 이것에 90% 확실도 가졌다. 제임스 머레이가 팀원으로 들어온 후 남편과 아내가 서로에게 얼마냐 영향력이 있냐가 가장 큰 요인으로 자리 잡았다. 그래프를 보면 최고의 커플은 낮은 부정성의 시발점을 가지고 있음을 알 수 있다.

한나는 방성직과 기호는 사물이 아니라 우리를 둘러싼 얽혀있고 왜곡되고, 진보하는 세상이 어떻게 적용 하는가 부터 우리가 어떻게 행동해야 하는지 까지의 여러 가지 패턴들에서 자연의 경이로운 풍부함과 놀라울 정도의 단순함에 관해서 표현해 주는 목소리라고 했다. 그리고 사람들이 수학에 대한 사랑을 가졌으면 좋겠다고 했다.

 

 

에드워드 프렌켈(Edward Frenkel),

<<사랑과 수학: 숨은 실재의 핵심(Love and Math: The Heart of Hidden Reality)>>(2013).

저곳에 은밀한 세계가 있다. 우리 세계와 복잡하게 얽혀 있는, 한 아름답고 우아한 평행 우주가 숨어 있다. 그것은 수학의 세계다. 그리고 그것은 대부분의 사람들에게 보이지 않는다. 이 책은 이 세계를 찾아내자는 초대장이다.

이런 역설을 생각하자. 한편으로, 수학은 우리 일상 생활의 바로 그 얼개 속에 엮여 있다. 우리가 온라인 구매를 하거나, 인터넷으로 검색하거나, 또는 GPS 장치를 사용할 때마다 수학 공식과 알고리즘들이 작동한다. 다른 한편으로, 대부분의 사람들은 수학을 두려워한다. 시인 한스 마그누스 엔첸스베르거(Hans Magnus Enzensberger)의 말을 빌리면, 수학은 "인간 문화의 맹점, 즉 비법을 전수받은 소수의 엘리트만이 가까스로 자리잡은 이질적인 영역이" 되어버렸다. 우리가 "소설 읽기, 그림 보기, 또는 영화 보기를 생각하는 것만으로도 자신에게 참을 수 없는 고통을 유발한다고 맹렬히 주장하는 사람을 만나는" 것은 드물지만, "양식 있는 교양인들"이 수학은 "지겹게 만드는 순전한 고문" 또는 "악몽"이라고 "반항과 긍지가 뚜렷히 뒤섞인 태도로" 말하곤 한다고 그는 말한다.

이런 이상한 일이 어떻게 가능한가? 나는 두 가지 주요한 이유가 있다고 본다. 첫째, 수학은 다른 주제들보다 더 추상적이고, 그래서 접근하기가 쉽지 않다. 둘째, 우리가 학교에서 학습하는 것은 대부분이 천 년도 더 전에 확립된, 수학의 매우 작은 부분에 불과하다. 그때 이래로 수학은 엄청나게 진전되었지만, 현대 수학의 보물들은 대부분의 사람들에게 알려지지 않았다.

여러분이 학교에서 담장에 페인트를 칠하는 방법만을 배우는 "미술 수업"을 들어야 했다면 어떻게 될까? 레오나르도 다빈치와 피카소의 그림들을 결코 본 적이 없다면 어떻게 될까? 여러분은 미술을 감상할 수 있을 것인가? 미술에 관해 더 많이 배우고 싶어할 것인가? 나는 그렇지 않을 것이라고 생각한다. 여러분은 이렇게 말할 것이다. "학교에서 미술을 배운 것은 시간 낭비였다. 언젠가 담장에 페인트를 칠하는 것이 필요하다면, 나는 그냥 내 대신에 페인트를 칠할 사람을 고용할 것이다." 물론 이것은 터무니없는 듯 들리지만, 이것이 수학을 배우는 방식이고, 그래서 대부분의 사람들이 보기에 그것은 페인트가 마르는 것을 바라보는 일과 동등한 것이 된다. 거장들의 그림은 쉽게 접근할 수 있는 반면에, 거장들의 수학은 갇혀 있다.

그런데, 매혹적인 것은 단순히 수학의 미학적 아름다움만은 아니다. 주지하다시피 갈릴레오는 이렇게 말했다. "자연 법칙들은 수학의 언어로 쓰여져 있다." 수학은 실재를 서술하고 세계가 어떻게 작동하는지 이해하는 한 방식이며, 진리의 황금률이 되어버린 보편 언어다. 점점 더 과학과 기술에 의해 추동되는 인간 세계에서 수학은 더욱 더 권력, , 그리고 진보의 원천이 되고 있다. 그러므로 이 새로운 언어에 능통한 사람은 진보의 첨단에 서 있을 것이다.

수학과 관련된 흔한 오해들 가운데 하나는 그것이 "도구 세트"로 사용될 수 있을 뿐이라는 생각이다. 예를 들면, 생물학자는 어떤 현장 연구를 수행하며 데이터를 수집한 후에 이 데이터에 들어맞는 수학적 모형을 세우려고 시도할 것이다(아마도 얼마간 수학자의 도움을 받아서). 이것은 중요한 작동 방식이지만, 수학은 훨씬 더 많은 것을 제공한다. 수학 덕분에 우리는 수학이 없다면 이룰 수 없을 패러다임을 바꾸는 획기적인 도약을 이룰 수 있다. 예를 들면, 중력 때문에 공간이 휘게 된다는 점을 이해했을 때 알베르트 아인슈타인은 그 어떤 데이터도 방정식에 맞추려고 시도하지 않았다. 사실상 그런 데이터도 존재하지 않았다. 그 당시에는 아무도 공간이 휘어 있다는 것을 상상조차 하지 못했다. 모든 사람이 우리 세계는 평평하다고 "알고 있었다"! 그런데, 중력과 가속은 동일한 효과를 낳는다는 통찰과 결합하여, 아인슈타인은 이것이 자신의 특수 상대성 이론을 비관성계들로 일반화하는 유일한 길이라는 점을 이해했다. 이것은 수학의 영역 내에서 벌어지는 높은 수준의 지적 활동이었는데, 여기서 아인슈타인은 오십 년 전에 완결된 수학자 베른하르트 리만(Bernhard Riemann)의 연구에 의존했다. 인간 뇌는 이차원보다 더 큰 차원의 휜 공간은 그냥 상상할 수 없는 방식으로 배선되어 있다. 우리는 수학을 통해서만 그런 공간에 접근할 수 있다. 그런데 아인슈타인이 옳았다. 우리 우주는 정말 휘어 있고, 게다가 그것은 팽창하고 있다. 그것이 내가 말하고 있는 수학의 힘이다!

물리학뿐 아니라 과학의 다른 영역들에서도 이와 같은 사례들이 많이 발견될 수 있다(이 책에서 그것들의 일부에 대해 논의할 것이다). 역사는 과학과 기술이 점점 빨라지는 속도로 수학에 의해 변화된다는 점을 보여준다. 처음에는 추상적이고 난해한 것으로 간주되는 수학 이론들조차도 나중에는 응용에 불가결하게 된다. 애초에 수학에 의존하지 않은 채 연구한 찰스 다윈은 나중에 자서전에서 이렇게 적었다. "그렇게 타고난 사람들은 특별한 감각을 지닌 듯 보였기 때문에 내 자신이 수학의 위대한 선도 원리들에 대해 최소한 어느 정도 이해하기에 충분할 만큼 나아가지 않았던 것이 대단히 유감스럽다." 나는 그것을 다음 세대들에게 수학의 엄청난 잠재력을 강조하는 예지적인 충고로 여긴다.

성장기에 나는 숨은 수학 세계를 인식하지 못했다. 대부분의 사람들과 마찬가지로 나는 수학이 진부하고 지루한 주제라고 생각했다. 그런데 나는 운이 좋았다. 고등학교 마지막 해에 나는 마법의 수학 세계를 내게 개방해준 한 전문 수학자를 만났다. 나는, , 미술, 그리고 음악과 꼭 마찬가지로 수학이 우아함과 아름다움뿐 아니라 무한히 많은 가능한 것들로 가득차 있다는 점을 알게 되었다.

친애하는 독자여, 이 책으로 나는 내 은사와 스승들이 내게 했던 바를 여러분에게 하고 싶다. 나는 수학의 힘과 아름다움을 밝혀주고 싶으며, 그리고 여러분이 "수학""사랑"이라는 낱말들을 동일한 문장에 결코 사용했던 적이 없는 그런 종류의 사람일지라도 여러분들이 내가 했던 식으로 이 마법의 세계에 진입할 수 있게 하고 싶다. 나를 감동시켰던 것과 꼭 마찬가지로 수학은 여러분을 감동시킬 것이고, 그래서 여러분의 세계관은 결코 이전과 같지 않게 될 것이다.

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수학적 지식은 여타의 지식과 같지 않다. 물리적 세계에 대한 우리 지각은 항상 왜곡될 수 있는 반면에, 수학적 진리들에 대한 우리 지각은 왜곡될 수 없다. 그것들은 객관적이고 영속적이며 필연적인 진리들이다. 수학 공식이나 정리는 어디에 있는 누구성별, 종교, 또는 피부색이 무엇이든 간에에게나 동일한 것을 의미한다. 그것은 지금으로부터 천 년이 지난 후 어느 누구에게도 같은 것을 의미할 것이다. 그리고 또한 놀라운 것은 우리가 그것들 모두를 소유한다는 점이다. 수학 공식은 아무도 특허를 출원할 수 없으며, 그것은 우리 모두가 공유하는 것이다. 이 세상에서 그렇게 심오하고 정교하지만 모두가 그렇게 쉽게 이용할 수 있는 것은 아무것도 없다. 그런 지식의 저장고가 실제로 존재한다는 것은 거의 믿을 수 없다. 그것은 너무 소중하여 "비법을 전수받은 소수"에게 양도될 수 없다. 그것은 우리 모두에 속한다.

수학의 핵심 기능들 가운데 하나는 정보의 배열이다. 이것이 반 고흐의 붓질과 단순한 물감 얼룩을 구별짓는 것이다. 3D 프린팅의 등장으로 우리에게 익숙한 현실은 급진적인 변화를 겪고 있다. 모든 것이 물리적 객체들의 권역에서 정보와 데이터의 권역으로 이동하고 있다. 현재 우리가 쉽게 PDF 파일을 책으로 변환시키거나 MP3 파일을 음악으로 변환시키는 것과 꼭 마찬가지로, 조만간에 우리는 3D 프린팅 장치를 사용하여 정보를 즉시 물질로 변환시킬 수 있을 것이다. 이런 멋진 신세계에서는, 정보를 조직하고 배열하는 방식으로서, 그리고 정보의 물리적 현실로의 변환을 촉진하는 수단으로서 수학의 역할이 훨씬 더 중요해질 것이다.

이 책에서 나는 지난 오십 년 동안 수학에서 비롯된 가장 큰 관념들 가운데 하나를 서술할 것이다. 그것은 많은 사람들이 수학의 대통일 이론으로 간주하는 랭글랜즈 프로그램(Langlands Program)이다. 그것은 일견 엄청나게 떨어져 있는 듯 보이는 수학 분야들대수학, 기하학, 수론, 해석학, 그리고 양자물리학사이의 흥미진진한 연결망을 엮는 매력적인 이론이다. 그런 분야들을 숨은 수학 세계의 대륙들로 여긴다면, 랭글랜즈 프로그램은 우리를 순식간에 이 대륙에서 저 대륙으로 보내고 귀환시킬 수 있는 궁극적인 원격전송 장치다.

현재 프린스턴의 고등연구소에서 알베르트 아인슈타인의 사무실을 차지하고 있는 수학자 로버트 랭글랜즈(Robert Langlands)1960년대 말에 착수한 랭글랜즈 프로그램은 대칭에 대한 획기적인 수학적 이론에 뿌리를 두고 있다. 그것의 토대는 이 세기 전에 이십 세의 한 프랑스 천재가 결투에서 살해당하기 직전에 마련했다. 그후에 그것은, 페르마의 마지막 정리에 대한 증명을 낳았을 뿐 아니라, 수와 방정식에 대해 생각하는 방식을 혁명적으로 바꾼 하나의 놀라운 발견에 의해 강화되었다. 그런데 또 하나의 통찰은 수학이 자체의 로제타석을 지니고 있으며 불가사의한 유비와 은유들로 가득차 있다는 것이다. 마법에 걸린 수학 대륙의 개울처럼 이런 유비들을 따라간 랭글랜즈 프로그램의 관념들은 기하학과 양자물리학의 영역으로 흘러 넘쳐 외관상의 혼돈으로부터 질서와 조화를 창출했다.

나는 우리가 드물게 보게 되는 수학의 측면들영감, 심오한 관념들, 놀랄만한 계시들을 드러내기 위해 이 모든 것에 대해 여러분에게 말하고 싶다. 수학은 관습적인 것들의 장벽을 깨뜨리는 방식이고, 진리 추구에 있어서 무한한 상상력의 표현이다. 무한 이론의 창시자인 게오르크 칸토르(Georg Cantor)는 이렇게 적었다. "수학의 본질은 자유에 놓여 있다." 수학은 우리로 하여금 실재를 엄밀하게 분석하고, 사실들을 연구하며, 그것들이 이끄는 곳이 어디든지 간에 그것들을 좇도록 가르친다. 수학은 우리를 독단과 편견으로부터 해방시키고, 혁신 능력을 육성한다. 그러므로 수학은 주제 자체를 초월하는 도구들을 제공한다.

이 도구들은 선과 악을 위해 사용될 수 있고, 그래서 우리는 수학의 현실 세계 효과를 추정할 수밖에 없다. 예를 들면, 전지구적 경제 위기는 상당 부분 금융 시장에서 부적절한 수학적 모형들을 널리 사용함으로써 초래되었다. 수학적 소양 부족 때문에 많은 의사 결정권자들이 이런 모형들을 전적으로 이해하지는 못했지만, 뻔뻔스럽게도 그들은 어쨌든탐욕에 추동되어전체 체계를 거의 망가뜨릴 때까지그것들을 사용하고 있었다. 그들은 정보에 대한 비대칭적 접근권이라는 불공정한 이점을 누리면서 다른 사람들도 이런 수학적 모형들이 어떻게 작동하는지 묻고 싶은 생각이 없기 때문에 아무도 자신들의 속임수에 도전하지 않을 것이라고 희망했다. 아마도, 더 많은 사람들이 이런 모형들이 어떻게 기능하는지, 체계가 실제로 어떻게 작동하는지 이해했었더라면, 우리는 그렇게 오랫동안 속지는 않았을 것이다.

또 하나의 예로서 이것을 생각하자. 1996년에 미합중국 정부에 의해 임명된 위원회가 비밀리에 소집되어 세율 등급, 사회보장, 의료보험, 그리고 다른 물가 연동 방식의 지불금을 결정하는 인플레이션의 척도인 소비자물가지수에 대한 공식을 변경했다. 수천 만 명의 미국인들이 영향을 받았지만, 새로운 공식과 그것이 미치는 결과에 대한 공적 논의는 거의 없었다. 그리고 최근에 미합중국 경제에 대한 은밀한 수단으로 이 난해한 공식을 활용하는 또 한 번의 시도가 있었다.

수학적 소양을 갖춘 사회에서는 이런 종류들의 밀실 거래들이 훨씬 더 적게 이루어질 수 있을 것이다. 수학은 엄밀함 더하기 지적 정직성 곱하기 사실들에 대한 의존과 같다. 점점 더 수학에 의해 추동되는 세상에서 우리는 모두 강력한 소수에 의해 자의적으로 이루어지는 결정들로부터 자신을 보호하는 데 필요한 수학적 지식과 도구들에 대한 접근권을 가져야 한다. 수학이 없는 곳에는 자유도 없다.

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수학은 미술, 문학, 그리고 문학만큼이나 인간의 문화적 유산의 일부다. 인간으로서 우리는 새로운 것을 발견하고, 새로운 의미를 획득하며, 우주와 그 속에서 인간의 지위를 더 잘 이해하고 싶은 갈망을 지니고 있다. 유감스럽게도, 우리는 콜럼버스처럼 새로운 대륙을 발견하거나 달에 발을 내딛는 최초의 인간이 될 수 없다. 그런데 내가 세계의 경이로운 점들을 발견하기 위해 대양을 가로질러 항해하거나 우주로 비행할 필요가 없다고 말한다면 어떻게 될까? 그것들은 바로 여기에 우리의 현재 실재와 뒤얽혀 존재한다. 어떤 의미에서는 우리 내부에 존재한다. 수학은 우주의 흐름을 정향하고, 우주의 모양과 곡선들 배후에 숨어 있으며, 매우 작은 원자들에서 가장 큰 항성들까지 모든 것을 통제한다.

이 책은 이 풍요롭고 현기증 나는 세계에 대한 초대장이다. 나는 이 책을 수학에 대한 아무런 배경 지식도 없는 독자들을 위해 저술했다. 수학이 어렵고 수학을 이해하지 못할 것이라고 생각한다면, 수학이 두렵지만 동시에 알 만한 가치가 있는 것이 존재하는지 여부가 궁금하다면, 이 책은 그런 사람들을 위한 것이다.

수학을 이해하기 위해서는 여러 해 동안 수학을 공부해야 한다는 기존의 속설이 있다. 수학에 관한 한 대부분의 사람들은 선천적인 학습 능력이 없다고 생각하는 사람들도 있다. 나는 동의하지 않는다. 물리학과 생물학 수업을 듣지 않았더라도 우리들 대부분은 태양계, 원자와 기본 입자들, DNA의 이중나선 등과 같은 개념들을 들어본 적이 있으며, 최소한 그것들에 대한 초보적인 이해를 갖추고 있다. 이런 정교한 관념들이 우리 문화, 우리의 집단적 의식의 일부라는 점에 대해서는 아무도 놀라지 않는다. 마찬가지로, 그것들이 올바른 방식으로 설명된다면, 모든 사람은 핵심적인 수학적 개념과 관념들도 파악할 수 있다. 이것을 행하기 위해서 여러 해 동안 수학을 공부할 필요는 없다. 많은 경우에는 지루한 단계들을 뛰어 넘어 곧 바로 핵심에 들어갈 수 있다.

문제는 이것이다. 세계 전체는 항상 행성, 원자, 그리고 DNA에 대해 말하고 있는 반면에, 대칭군, 2 더하기 2가 항상 4는 아닌 새로운 수 체계들, 그리고 리만 표면 같은 아름다운 기하학적 형상들과 같은 현대 수학의 매혹적인 관념들에 대해서는 아무도 말했던 적이 없을 것이다. 이것은 계속해서 작은 고양이를 보여주면서 호랑이의 모습이라고 말하는 것과 유사하다. 그런데 실제로 호랑이는 전적으로 다른 동물이다. 나는 자체의 영광으로 빛나고 있는 그것을 보여 줄 것이고, 그러면 여러분은, 윌리엄 블레이크(William Blake)가 웅변적으로 말했듯이, 그것의 "놀라운 대칭(fearful symmetry)"을 이해할 수 있을 것이다.

내 말을 오해하지 말았으면 한다. 이 책을 읽는 것만으로는 수학자가 되지는 않을 것이다. 나는 모든 사람이 수학자가 되어야 한다고 주장하고 있지도 않다. 그것에 대해 이런 식으로 생각하자. 몇 가지 화음을 배우면 기타로 꽤 많은 곡을 연주할 수 있을 것이다. 그것 덕분에 세계 최고의 기타 연주자가 되지는 않을 것이지만, 삶은 풍요로워질 것이다. 이 책에서 나는 여러분이 알지 못했던 현대 수학의 화음들을 보여줄 것이다. 그리고 나는 이것이 여러분의 삶을 풍요롭게 할 것이라고 약속한다.

내 은사들 가운데 한 사람인 위대한 이즈라일 겔판트(Israel Gelfand)는 이렇게 말하곤 했다. "사람들은 자신이 수학을 이해하지 못한다고 생각하지만, 이 모든 것은 네가 그들에게 수학을 설명하는 방식과 관련되어 있다. 술에 취한 사람에게 2/33/5 중에 어느 수가 더 큰지 묻는다면, 그는 대답할 수 없을 것이다. 그런데 그 질문을 재서술하여 3명에게 보드카 2병과 5명에게 보드카 3병 중에 어느 경우가 더 좋은지 묻는다면, 그는 즉시 물론 3명에게 보드카 2병이라고 대답할 것이다."

내 목적은 여러분이 이해할 술어들로 이것을 설명하는 것이다.

또한 나는 수학이 억압적 체제에 맞서서 자유의 전초지가 되었던 구소련에서의 성장 경험에 대해서도 말할 것이다. 소련의 차별적 정책 때문에 나는 모스크바 국립대학교에 대한 입학을 거부당했다. 그 문은 내 면전에서 쾅 하고 닫혔다. 나는 추방자였다. 그런데 나는 포기하지 않았다. 나는 그 대학에 몰래 들어가서 강의와 세미나 수업들에 출석했다. 나는 혼자 힘으로 때때로 밤 늦게까지 수학 책들을 읽곤 했다. 그리고 마침내 나는 체계에 침입할 수 있었다. 나는 정문을 통과하여 들어갈 수 없었고, 그래서 창문을 통해 몰래 침입했다. 여러분이 사랑에 빠져 있을 때, 누가 여러분을 멈출 수 있겠는가?

두 명의 뛰어난 수학자가 나를 보호하며 은사들이 되었다. 그들의 지도 아래 나는 수학 연구를 수행하기 시작했다. 나는 여전히 대학생이었지만, 미지의 것들의 경계를 이미 밀어붙이고 있었다. 이 시기는 내 삶에서 가장 흥미진진한 시기였으며, 그리고 나는 차별 정책 때문에 구소련에서는 수학자로서 직업을 결코 가질 수 없을 것이라는 점을 확신했지만 해냈다.

그런데 한 가지 놀라운 일이 준비되어 있었다. 내 초기 수학 논문들이 외국으로 몰래 빠져나가서 알려지게 되었고, 나는 스물 한 살에 하버드 대학의 방문교수로 초빙되었다. 기적적이게도, 정확히 같은 시기에 소련에서 추진되었던 페로스트로이카가 철의 장막을 들어올렸고, 시민들은 외국 여행을 할 수 있게 되었다. 그래서 박사학위도 없이 하버드 대학 교수가 된 나는 다시 한 번 체계에 칩입하고 있었다. 나는 계속해서 강단적 행로를 걸었으며, 그 결과 랭글랜즈 프로그램의 최전선에서 연구하게 되었고 지난 이십 년 동안 이 분야에서 주요한 진전들 가운데 몇 가지에 참여할 수 있었다. 이어지는 글에서 나는 무대 뒤에서 일어난 일뿐 아니라 뛰어난 과학자들이 획득한 멋진 결과들을 서술할 것이다.

또한 이 책은 사랑에 관한 것이다. 한때 나는 "사랑의 공식"을 발견하는 수학자라는 전망을 품었었고, 그리고 이것이 이 책 후반부에서 이야기하게 될 <<사랑과 수학의 의식(Rites of Love and Math)>>이라는 영화의 전제가 되었다. 내가 이 영화를 보여줄 때마다 누군가가 항상 이렇게 묻는다. "사랑의 공식은 정말 존재합니까?"

내 대답은 이렇다. "우리가 만들어내는 모든 공식이 사랑의 공식입니다." 수학은 만물의 핵심에 이르며 문화, 대륙, 그리고 세기를 가로질러 인간들을 통일하는 영원하고 심오한 지식의 원천이다. 나는 우리 모두가 이런 관념, 공식, 그리고 방정식들의 마법의 아름다움과 정교한 조화를 알아보고, 이해하며, 그것들에 경탄할 것이라고 꿈을 꾸는데, 이것이 이 세상과 서로에 대한 우리의 사랑에 훨씬 더 많은 의미를 부여할 것이기 때문이다.

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1. 암호의 뜻

암호란 비밀을 유지하기 위하여 당사자끼리만 알 수 있도록 꾸민 부호나 신호 를 뜻하는 말.

 

2.암호의 종류

1.대치식 암호 : 하나의 기호를 다른 기호로 대체하는 암호.

2.더하기 암호 : 알파벳의 순서에서 더하기를 하는 형식으로 해서 ad 로나타내는 암호.

3.힐 암호 : 알파벳과 정수 집합 사이의 지정된 대응 규칙을 지정된 키 행렬 k 를 이용하여 나타내는 방법

 

3. 암호의 역사

1.인류 역사가 시작되기 전부터 사용됨

2. 국가가 형성되면서 국가와 국가 간의 이권, 그리고 상업이 발달함에 따라 개인과 개인 간의 이권에 따른 비밀 보전의 필요성이 증대되면서 암호 방식의 사용이 증가.

3. 정보화 사회의 상거래의 핵심 요소인 전자화폐, 전자송금, 전자 지갑 실현 및 전자 상거래의 신뢰성과 비밀성을 제공해주는 방법으로 암호 방식이 이용

 

(1) 에니그마

에니그마(Enigma)는 독일어로 '수수께끼'라는 뜻을 가진 암호 기계의 한 종류로, 암호의 작성과 해독이 가능하며 육군용, 해군용 등 여러 모델이 있다.

기계는 1918년 독일인인 아르투르 슈르비우에 의해 처음 고안되어 사용되었는데, 특히 2차 세계대전 중 나치 독일이 군 기밀을 암호화하는 데 주로 사용됨.

(2) 암호 해독기(bomb)

암호 해독기(bomb) 은 앨런 튜링(1921~1954)이 만든 암호 해독기

2차 세계대전 당시 독일이 유럽을 침공할때 모든 명령을 에니그마를 통해 암호화 하였는데 앨런 튜링이 암호 해독기를 만들어 에니그마를 해독함.

 

(3) 시프트 암호

시프트 암호는 로마 제국의 카르가 만든 글자 바꾸기 암호( 카이사르 암호문)

평문의 문자와 암호문의 문자가 1:1로 대응하는 방식을 사용한 것으로 알파벳을 일정하게 띄어 쓰는 방법

 

(4) 악보 암호

악보 암호는 세계 1차대전 때 비밀 통신에 사용된 것으로 일정한 형태의 음표에 알파벳을 하나씩 대응시킨 형태로 평범한 악보처럼 보이지만 실제로 연주하면 음악이 되진 않음

 

이 암호학 강좌의 핵심인 안전한 통신’(Secure communication)에는 두가지 필수요소가 있습니다. 첫째는 키 생성(key establishment)이고, 둘째는 생성한 키 교환을 통해 실제로 안전한 통신을 어떻게 수행할 것인가에 대한 것입니다지난 시간에 이미 언급했듯이, AliceBob이 프로토콜의 양 끝단에서 서로에게 메세지를 보내려고 하는 상황을 상상해봅시다. 두 사람의 합의하에 K라는 key값을 생성하고, 그것을 둘이서 공유합니다. 그리고 그 K를 사용해서 AliceBob에게, BobAlice에게 메세지를 보냅니다하지만 해커는 안타깝게도 K값을 알지 못하기 때문에  중간에서 내용을 도청하거나 위변조 할 수 없습니다그러므로, 이것은 암호화를 통해 기밀성(Confidentiality)Integrity(무결성)  보장한 예시라고 할 수 있습니다. 하지만 실제로 암호화를 사용한다면 단순히 이 2가지 장점외에도 아주아주 많은 다양한 이점을 제공합니다. 그것들을 활용한 다양한 예시를 살펴보도록 하겠습니다.

 

먼저 알려드릴 것은 디지털 서명(Digital Signature)입니다. 이것은 실제로 여러분이 종이 위에 펜으로 서명을 하는 것을 그대로 디지털화 했다고 볼 수 있습니다. 동일한 사람이 서명을 했다면, 그 싸인(한국식표현 의역)은 거의 일치한다고 볼 수 있겠죠디지털 세계에서는 어떨까요? 쉽지 않습니다. 만약 제가 서명한 디지털 문서가 해커에 의해 유출되었다면 어떻게될까요? 디지털 문서의 특성상 아주 손쉽게 복사 + 붙여넣기(Ctrl + C, V)함으로써 저의 서명을 제가 동의하지 않는 다른 문서에 감쪽같이 위조할 수 있을 것입니다. 그렇기 때문에, 디지털 세계에서의 서명은 현실 세계의 서명과는 약간 다르게 구현해야만 합니다그래서 우리는 Digital Signature를 어떻게 구현해야하는지에 대해 Course 후반부에서 다루도록 할 것입니다. (이것은 매우 흥미로운 주제입니다!)

힌트를 드리자면, 디지털 서명에서는 특정 문서에서 서명한 것을 다른 문서에 붙여넣었을 때 서명검증에 실패하도록 설계되어 있습니다. 공격자는 메세지와 서명의 내용을 수정할 수는 있지만, 검증하는 사람은 그 문서의 내용이 수정되었다는 사실을 검출할 수 있기 때문에 신뢰할 수 없는 내용이라는 것을 알 수 있도록 하는 것입니다. , 변경하지 못하도록 방지하는 것이 아니라 문서에 변경행위가 있었는지 아닌지를 검출하는 차원에서 유용합니다. 우리는 앞으로 디지털 서명을 만들어내는 구조와 작동원리에 대해 학습할 것입니다.

 

다음으로는 무기명 통신(Anonymous Communication)에 대해 말씀드리겠습니다. Alice가 채팅서버인 Bob과 통신하려고 한다고 가정해봅시다. Alice는 자신의 민감한 개인정보인 의료정보, 질병과 관련된 내용 등을 말하려고 합니다. 이때 Alice는 이 내용을 익명으로(anonymously) 처리하고 싶어합니다. 서버인 Bob, 채팅 서비스를 열심히 제공하지만, 그 대화에 참여하고 있는 사람이 누구인지는 알 수 없게됩니다이것은 일명 Mix network라고 불리우는 방법을 사용합니다. Mixnet은 다수의 프록시 서버를 사이에 두고, 각각의 노드가 암호화된 메세지를 주고 받는 과정을 여러번 수행합니다. 또한 각 MIX내부의 순서조차 짐작하기 어렵게 만들기 때문에, 중간에서 도청을 당하더라도 해커는 메세지의 송신자와 수신자 사이의 상관관계를 추측하기조차 어렵습니다. 이를 통해 Alice는 완전히 개방된 인터넷을 사용하면서도, Bob에게 자신의 존재를 철저히 숨길 수 있습니다또한, 흥미롭게도 이 익명성은 양방향성(bi-directional)을 갖습니다. Bob 또한 자신의 작업내용을 숨길 수 있다는 것이죠. 이러한 무기명 통신을 사용하면 다양한 보안 매커니즘에 응용할 수 있습니다

 

 

대표적으로 전자 화폐(digital cash)가 있습니다. 실생활에서의 상거래는 어떤가요? 책을 사러 서점에 갔다고 해봅시다. 판매원에게 돈을 지불하였습니다. 판매원은 그것을 구입하는 제가 누구인지(who I am)에 대해서는 크게 신경쓰지 않아도 됩니다. 그저 물건을 팔고, 돈을 받는 것이죠. 이와 동일한 개념을 싸이버 세상에서는 어떻게 구현해야할까요? 기본적으로 전자 화폐(digital dollar, digital coin)를 사용하여 온라인 상의 서점이나 판매원으로부터 물건을 구매할 것입니다여기에서도 실생활에서의 거래처럼, 익명성(anonymity)을 보장하고자 합니다. 서점은 책을 구매하는 Alice가 누구인지 상관없이 그저 책을 파는 일에만 집중하게 하려고합니다이때 Alice1 dollar coin을 가지고 있었다고 가정해봅시다. 그런데 digital로 된 data의 특성상 손쉽게 복제가 가능합니다. 만약 Alice1달러를 사용하기 전에 이것을 copy했다면 어떻게될까요? 이와 같이 위조복제 된 화폐(replicas of a dollar coin)가 남용되는 것을 방지해야 할 필요가 있어보입니다. 그러기 위해서는 그 화폐의 소유자에 대한 명확한 정보가 있어야할 것 같습니다. 그렇다면, Alice가 돈을 복제하는 것을 방지하기 위해서는 익명성(anonymous) 보장은 포기해야하는 것일까요? 익명성을 지키기 위해서 코인의 출처를 숨길 경우, 그 코인의 유효성은 어떻게 보장할 수 있을까요? 이것이 누구의 돈인지 모르는데 어떻게 사기 거래(fraud)가 아니라고 확신할 수 있을까요? 이러한 가치들이 서로 충돌하는 것 같기 때문에 매우 모순되어 보입니다. 이러한 긴장을 해소할 수 있을까요? 그렇습니다. 우리는 추후에 anonymous digital cash에 관련하여 다음에 다룰것입니다

약간의 힌트만 드리자면, Alice는 자신의 신분을 감춘 상태로 자유롭게 전자화폐를 사용할 수 있도록 합니다. 하지만 만약 복제된 화폐를 사용했다는 사실이 탄로난다면 그녀의 신분을 노출시켜버리는 것입니다! 그렇게되면 Alice는 그에 합당한 법적인 책임을 져야할 상황에 처하게 됩니다. 이것이 바로 Anonymous digital cash의 핵심 아이디어이며, 자세한 구현은 추후에 설명해드리도록 하겠습니다.

 

 

또 다른 여러 암호학 응용들을 살펴보겠습니다. 먼저, 전자투표(election system)시스템입니다두가지의 정당(parties)가 있다고 생각해볼까요? 예를들면, '0''1'입니다. 그리고 유권자(voters)들은 그 둘중 하나에 투표권을 행사하게 됩니다. 누군가는 '0'당에, 누군가는 '1'당에 투표하겠지요. 만약 '0'정당은 3표를, '1'정당은 2표를 획득했다고 가정해봅시다. 그럼 당연하게도 '0'이 당선되었다고 볼 수 있습니다이러한 투표에서 중요한 것은, 투표결과 어떤 정당이 우세했는지를 판가름하는 것입니다. 하지만 그러면서 동시에 유권자 각각의 개별 정보는 비밀로 유지되어야만 합니다이를 구현하기 위해 일종의 선거관리 위원회(An election center)를 두고, 각각의 유권자가 자신의 투표내용을 암호화해서 center로 보냅니다. 모두의 투표가 끝나면, center는 판세분석 결과의 계산을 맡습니다. 물론, 그 내용은 보안이 지켜져야합니다뿐만아니라, Center는 각각의 유권자 한명이 여러번 중복으로 투표하는 등의 부정행위가 있었는지를 검출해내야할 의무가 있습니다. 이 또한 매우 모순적이지 않나요? input이 감추어져있는데, input을 구별하고 구분할 수 있어야한다니!

 

이와 비슷한 또하나의 예시가 바로 비공개 입찰(Private auction)입니다. 여기에 참여하는 모든 입찰꾼들은 그들이 원하는 만큼의 가격을 제시하게됩니다. 이때 auction mechanism을 통해 가장 높은 가격을 부른 사람이 경매에서 승리하도록 해줍니다그러나 승자는 자신이 불렀던 가장 높은 값이 아닌, 다른 사람이 제시한 두번째로 높은값을 지불하는 방식입니다. 이러한 방식의 경매를 Vickrey auction이라고 부릅니다. 여기에서는 가장 높은 값을 부른 Winner 외에, 다른 모든 정보는 철저하게 비공개되어 처리되어야 합니다. 그러면서 동시에, Winner가 부른 가격이 아닌, Second highest bid가 공개되어야합니다그러기위해 Auction Center는 모든 입찰꾼(Bidder)로 부터 암호화 된 가격을 전달받고 계산하여 승자를 가려내야 합니다. 하지만 그 외의 모든 정보는 철저하게 비밀로 처리해야 합니다. 이러한 문제를 일반적으로  Secure multi-party computation이라고 합니다.

 

 

Secure Multi-party computation, 어떤 행위에 참여하는 사람들이 비밀내용을 입력값으로 갖는 경우에, 그 입력값의 정렬된(sort)결과를 계산하여 출력(Output)하는 상황을 말합니다. 이것을 함수 f(x)로 정의하겠습니다. 투표의 경우에서는 입력값(Input)투표내용일 것이고, 출력값(Output)으로는 투표 누적합의 과반수가 될 것입니다. 마찬가지로 경매에서는 입력값이 가격이 되고, 출력값으로는 가장 높은 가격(을 부른 사람)’, ‘두번째로 높은 가격이 되겠죠. 문제는, 출력값인 f(x)의 값은 공개하면서, 동시에 입력값이었던 각각의 x1, x2, x3, x4등은 전부 비밀로 처리해야한다는 것입니다. 이를 어떻게 구현할 수 있을까요?  제가 한가지 방법을 제시해보겠습니다. 일종의 신뢰할 수 있는 기관(Trusted authority)이 있다고 가정해봅시다. 유권자나 입찰꾼들은 이 기관을 절대적으로 신뢰하는 마음으로 그들의 정보를 이 기관에 넘겨줍니다. 그리고 그 기관이 계산결과를 처리해서, 공개해줍니다. 아주 간단하죠?  그렇지만 이것은 매우 이상적이기에 불가능한 가정일테고, 실제로 그렇게 신뢰할 만한 기관이 있을까요? 그들을 믿었는데, 사기를 당하게된다면 어떡하죠?

 

여기에서 아주 중요한 암호학의 핵심(very central theorem) 한가지를 언급하고자 합니다. A trusted authority를 이용하여 당신이 무엇을 계산하려고 할 때에, 사실상 그런 기관의 도움이 전혀 없어도 충분히 안전하게 처리할 수 있습니다. 그러므로 그런 기관은 필요 없습니다. (you can compute with a trusted authority, you can also do without a trusted authority.)

 

이게 무슨뜻이나고요? 간단한 아이디어만 설명드리겠습니다. 여기 그림에서 유권자들은 Authority기관에 자신의 입력정보를 보내지 않기로 합시다. 쓸모없어진 Authority기관을 지워버리겠습니다. 앞으로 유권자들은 그저 특정 프로토콜을 사용하여 서로간에 각자 개별적인 소통을 합니다. 그 프로토콜의 양 끝단에서만이 최종 계산결과가 모두에게 발표됩니다. 그리고 그 외의 정보는 일절 공개되지 않습니다. , 개별 input값은 비밀로 유지됩니다. 놀랍게도 이 모든게 다 됩니다!(it's kind of a surprising fact that is at all doable) 이렇게 만드는 방법을 이 강의에서 앞으로 다루도록 하겠습니다

 

 

다음으로 보여드릴 몇개의 예시는, 뭐 어떻게 설명드려야할지 고민하다가 도저히 적절한 제목을 찾지 못해서 ‘Magic’이라고 밖에 표현을 못하겠습니다먼저 '비밀을 보장하고 심부름을 대행해주는 흥신소입니다. 일종의  해결사랄까요. (역주 : 정확한 학술적 용어 동형암호, Homomorphic Encryption) 그 예시가 바로 Google과 같은 검색엔진의 기능입니다. Alice가 자신이 원하는 내용에 대해 인터넷을 통해 정보를 얻고자 합니다. Alice는 원하는 정보를 찾고, Google은 그 질문에 대한 답을 전송합니다. 여기에는 암호화 Scheme가 내장되어있어서, 이 모든 내용에 대해 보안이 유지됩니다. 구글은 요청문(query) 자체가 암호화된 상태에서 받아보기 때문에, 그 원래 내용(평문, plain text)을 모른채로 그저 정해진 규칙에 따라 검색 알고리즘을 수행한 뒤에, 그 결과값마저도 암호화된 상태로 Alice에게 응답해줍니다. Alice는 자신도 모르는 사이에 암호화된 결과를 받아서 자동적으로 복호화한 뒤에 내용을 확인하게 됩니다. 이러한 Magic같은 기술은 최근 2~3년 사이에 개발되어 유행하고 있습니다. 자신이 처리하는 데이터의 내용이 무엇이도 모르는채로 그 암호화된 데이터를 처리하는 기법입니다. 물론 굉장히 이론적으로 설명했는데다가, 실제 구글 검색의 모든 데이터 처리를 이런식으로 암호화하려면 백만년이 걸릴지도 모르겠지만.. 그럼에도 불구하고! 이 모든 것이 놀랍게도! 가능하다는 것이며, 비교적 간단한 계산에는 이미 충분히 적용하여 입증되었다는 사실입니다. 이러한 응용프로그램(Application)들에 대해서도 곧 살펴보도록 하겠습니다.

 

두번째로 설명드릴 Magic Application은 일명 영지식 증명’(Zero knowledge, proof of knowledge) 입니다. Alice만 아는 N이라는 특정 숫자가 있습니다. N은 두개의 매우 큰 소수(Prime Number, 약수의 개수가 2개인 자연수)의 곱으로 표현됩니다. 이 소수들은 둘다 1000자리가 넘는 매우 큰 숫자이며, 이를 각각 PQ라고 가정하겠습니다. 숫자가 아무리 크더라도, 그 둘을 곱하는 것은 비교적 쉽습니다. 하지만, 그 곱셈의 결과값N만 주어지고, 각각 어떤 PQ를 갖는지를 질문한다면 어떻겠습니까? 이것은 매우매우 (수학적으로) 어렵습니다. 이러한 발상이 바로 공개키 암호(public key crypto system)의 기본개념이며, 이 강의의 후반부에서 추후에 다룰 것입니다어쨌든, AliceN을 알고, 각각의 PQ를 알고 있다고 칩시다. 그런데 BobN만 알고, 그것이 무엇의 곱으로 이루어진 숫자인지는 모르는 상태입니다. 이것이 바로 영지식 증명(Proof of knowledge)Magic입니다. AliceBob에게 자신이 알고 있는 N 값을 제시함으로써, 서로가 같은 숫자를 공유하고 있음을 서로 확인하고, 서로의 신분을 확신할 수 있습니다. 일종의 암구호 같은 것이죠. 이러한 방식을 통해 Alice는 자신이 N값을 알고있다는 사실을 입증해 보임과 동시에, 그외 다른 정보(PQ)는 숨길 수 있습니다. 스도쿠 퍼즐(Sudoku Puzzle)을 아시나요? 정답을 찾은게 맞는지 아닌지를 판별하는 것은 쉽고 빠르지만, 실제 답이 무엇인지를 찾는 과정은 상당히 오래걸립니다. 이처럼 AlicePQ를 공개하지 않으면서도 자신이 N값을 알고있다는 사실을 남들에게 공표하고, 쉽게 검증받을 수 있습니다.

 

 

이번 강의에서 마지막으로 말씀드리고자 하는 것은, 암호학이란 매우매우 엄밀하고 정교한(rigorous) 학문이라는 것입니다. 우리가 앞으로 배울 모든 개념들을 다음의 세가지 단계에 입각하여 살펴볼 것입니다앞으로 digital signature와 같은 새로운 기법들을 소개할 것인데, 각 기법의 개념을 설명할 때에는 가장 먼저 해당기법의 위협모델(Threat model)이 무엇인지 정확하게 설명할 것입니다. 위협모델이라함은, 공격자가 digital signature의 어떤 부분을 공격할 수 있고, signature를 공격함으로써 얻는 이득은 무엇인가?에 대한 것입니다. 우리는 이것을 정확히 어떻게 대처해할 수 있는지에 대해 배울 것입니다. 방금은 digital signature를 예로 들었지만, 기타 다른 여러 보안기법에 대해서도 동일하게 Threat model을 정의할 것입니다그리고나서, 우리는 그에 알맞은 설계를 제안할 것이고, 동시에 그것이 해당 Threat model과 관련하여 과연 정말 안전하다고 볼 수 있는 것인지, 공격자가 그것을 해독하거나 깨기가 굉장히 어려운지, 등등을 확인하는 단계를 밟을 것입니다.

 

 

 

4. 우리 생활 속 암호

<주민등록번호>

주민 등록을 할 때에, 국가에서 국민에게 부여하는 고유 번호로 남녀노소 모두에게 자신만의 고유번호가 존재함. 고유 번호이기 때문에 주민번호 뒷자리는 겹쳐서는 안 되기 때문에 이러한 특정 법칙에 의해 정해짐

 

(예시) 991201-1796212

첫째번호

1 - 남녀성별의 의미

둘째-다섯째번호

7962 - 출생지역조합번호

여섯째번호

1 - 출생지역의 같은 성씨출생신고순서

일곱번째번호

2 - 오류검증번호

앞의 12자리 숫자에 각각 순서대로

2,3,4,5,6,7,8,9,2,3,4,5를 곱한 뒤 모두 더한다.

그 다음 11로 나눠서 나온 나머지를 11에서 뺀다.

9*2+9*3+1*4+2*5+0*6+1*7+1*8+7*9+9*2+7*3+2*4+1*5 = 185

 

<신용카드>

론 공식

신용카드의 번호 검증을 위해 사용되는 개방형 공식으로 1960년대에 개발됨

1.신용카드의 매 홀수자리 숫자마다 2를 곱하여 더한다.

(이때 곱해서 나온 숫자가 두자리 수라면 각 자리의 숫자를 더한다)

홀수자리숫자 * 2 의 합 : 4*2+6*2+2*2+0*2+2*2+4*2+6*2+8*2 = 64

 

2.앞에서 곱하지 않은 짝수 자리의 각 숫자를 더한다.

짝수자리숫자의 합 :1+7+1+1+3+5+7+9 = 34

 

3. 1에서 나온 숫자와 2에서 나온 숫자를 더한다.

 

4. 이렇게 나온 값이 10으로 나누어 떨어지면 유효하고 그렇지 않다면 가짜이다.

 

 

(예시) 4011 4745 0703 0068

1.(홀수 자리 숫자 ×2)의 합 = (4×2)+(1×2)+(4×2)+(4×2)+(0×2)+(0×2)+(0×2)+(1+2)=29

2.짝수 자리 숫자의 합 = 0+1+7+5+7+3+0+8=31

3.29+31=60

4.60÷10=6

10으로 나누어 떨어지므로 유효한 번호

 

<바코드>

열세자리로 이루어져 각 물건의 정보를 담고 있음

 

 

첫번째 - 세번째자리

880 - 제조국가

네번째 - 일곱번째자리

1234- 제조업자

여덟번째 - 열두번째자리

56789 - 상품의 자체코드

열세번째자리

3 - 체크숫자

 

 

체크숫자 확인법

1. 홀수번째 자리에 있는 수들은 그대로 더한다.

2. 짝수번째 자리에 있는 수들을 더해 세배를 한다.

3. 12를 더한 값에 체크숫자를 더한 수가 10의 배수가 되도록 체크숫자를 정한다

 

 

 

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채희주