Federated Computing as Code (FCaC): Sovereignty-aware Systems by Design

논문 제목: Federated Computing as Code (FCaC): Sovereignty-Aware Systems by Design
저자: Enzo Fenoglio, Philip Treleaven (University College London)

이 논문은 분산된 조직 간 협업 컴퓨팅 (연방 학습, 분석 등) 시 **데이터 주권 (Data Sovereignty)**과 규제 준수를 보장하기 위한 새로운 아키텍처 패러다임인 **Federated Computing as Code (FCaC)**를 제안합니다.

1. 문제 정의 (Problem)

기존의 연방 컴퓨팅 (Federated Computing, FC) 은 원본 데이터를 이동시키지 않고 로컬에서 계산을 수행하여 데이터 주권을 보호하는 데 중점을 두지만, 조직 및 관할권 경계를 넘는 협업에는 다음과 같은 근본적인 한계가 있습니다:

• 이동 가능한 강제 메커니즘의 부재: 기존 시스템은 런타임 정책 평가 (Policy Evaluation), 공유된 신뢰 인프라, 또는 기관 간 합의에 의존합니다. 이는 조정 오버헤드를 발생시키고, 암호학적 보장을 제한합니다.
• 정책 해석의 불투명성과 취약성: 접근 제어 목록 (ACL), 정책 엔진, 신원 제공자 (IdP) 등은 단일 관리 도메인 내에서는 효과적이지만, 서로 다른 법적 체계와 관할권을 가진 조직 간에서는 공유된 정책 상태나 중앙 집중식 조정자가 없으면 신뢰할 수 없습니다.
• 감사 및 재구성 문제: "왜 이 작업이 허용되었는가?"에 대한 답변이 로그와 설정을 사후에 재구성해야 하는 방식이라면, 정책 변경이나 로그 불완전성으로 인해 검증이 어렵습니다.
• 파생 데이터의 위험: 학습 모델뿐만 아니라 메트릭, 임베딩, 예측 결과 등 파생 산출물도 주권 제약이 적용되어야 하지만, 기존 방식은 이를 명시적으로 통제하지 못해 정보 유출 위험이 있습니다.

2. 방법론 (Methodology)

FCaC 는 선언적 아키텍처를 통해 권한과 위임을 **온라인 정책 해석이 아닌 암호학적으로 검증 가능한 아티팩트 (Artifacts)**로 컴파일하는 방식을 채택합니다.

2.1 핵심 아키텍처 원칙

FCaC 는 기존 FC 의 4 가지 아키텍처 원칙 (분산 데이터 자산, 연방 서비스, 표준화된 API, 분산 거버넌스) 을 기반으로 하며, 이를 다음과 같이 구현합니다:

• 가상 연방 플랫폼 (VFP, Virtual Federated Platform): 인프라, 비즈니스 관계, 경계 제약을 선언적으로 정의하는 단위입니다.
• 3 가지 계약 (Contracts) 분리:
  1. Core Contract: 로컬 실행 환경의 인프라 및 서비스 배포 정의.
  2. Business Contract: 당사자 간 상호작용 및 경제적/도메인별 제약 정의.
  3. Governance Contract: 경계 간 허용 작업, 권한, 위임 구조를 정의하며, 이는 검증 가능한 암호학적 아티팩트로 컴파일됩니다.

2.2 거버넌스 분리: 헌법적 vs 절차적

FCaC 는 거버넌스를 두 층위로 명확히 분리합니다:

• 헌법적 거버넌스 (Constitutional Governance): 조직 경계를 넘어 실행을 시작할 수 있는지 결정하는 단계. **무상태 (Stateless)**이며, **결정론적 (Deterministic)**이고 **이동 가능 (Portable)**해야 합니다. 이는 실행 경계 (Boundary) 에서 암호학적 아티팩트 검증으로 수행됩니다.
• 절차적 거버넌스 (Procedural Governance): 승인된 후 로컬 시스템 내에서 실행되는 상태 기반 제어 (워크플로우, ABAC, 쿼터, 모니터링 등). 이는 각 도메인 내부에서 로컬 정책에 따라 수행됩니다.

2.3 암호학적 신뢰 체인 (Cryptographic Trust Chain)

경계 승인 (Boundary Admission) 을 위해 세 가지 요소를 결합한 신뢰 체인을 구축합니다:

1. KYO (Key Your Organization): 조직의 주권적 암호학적 신원을 증명 (RFC 8705 기반). 조직이 자신의 키를 소유하고 있음을 mTLS 등을 통해 증명하여 권한의 근원을 확립합니다.
2. ECT (Envelope Capability Token): 위임된 권한과 범위를 담은 아티팩트 (JWT 기반). 선언적 계약을 'Capability Tuple' (리소스, 작업, 범위, 제약 조건) 로 컴파일하여 서명합니다. 이는 실행 시점에 재해석되지 않고 고정된 권한을 정의합니다.
3. PoP (Proof of Possession): 현재 요청을 수행하는 주체가 해당 권한에 바인딩된 키를 실제로 소유하고 있음을 증명 (DPoP, RFC 9449 기반). 토큰의 재사용이나 도용을 방지합니다.

3. 주요 기여 (Key Contributions)

1. FCaC 프레임워크 제안: 데이터 주권 제약 조건을 로컬에서 검증 가능한 조건으로 변환하여 실행 경계에서 강제하는 선언적 모델링 프레임워크를 제시했습니다.
2. 헌법적/절차적 거버넌스 분리: 경계 승인 (무상태, 결정론적) 과 로컬 실행 제어 (상태 기반, 문맥 의존적) 를 명확히 분리함으로써, 분산 환경에서도 이동 가능하고 검증 가능한 승인 메커니즘을 가능하게 했습니다.
3. 검증 가능한 아티팩트 기반 승인: 중앙 집중식 정책 엔진이나 공유된 상태에 의존하지 않고, 요청과 함께 전달되는 서명된 아티팩트 (KYO, ECT, PoP) 를 기반으로 경계에서 결정론적인 승인/거부 결정을 내립니다.
4. MNIST 기반 PoC 구현: 교차 실로 (Cross-silo) 연방 학습 워크플로우를 시뮬레이션하여, ECT 발급, 암호학적 경계 검증, 그리고 승인된 학습 실행의 전체 파이프라인을 오픈소스로 공개하고 검증했습니다.

4. 결과 (Results)

• 결정론적 승인 (Deterministic Admission): 동일한 아티팩트와 신뢰 앵커를 가진 요청은 어떤 경계에서도 동일한 승인/거부 결과를 도출합니다.
• 범위 확장 방지: 요청이 승인된 범위 (예: 특정 코호트, 특정 작업) 를 벗어나거나 아티팩트가 변조된 경우, 경계에서 즉시 거부됩니다.
• 감사 가능성 (Auditability): 각 실행은 서명된 아티팩트와 위임 체인을 통해 암호학적으로 추적 가능하여, 사후 감사 시 정책 재구성이 아닌 직접적인 검증이 가능합니다.
• PoC 검증: MNIST 데이터셋을 임상 이미지 (PET-CT) 의 대리품으로 사용하여, 코호트 제한 (EVEN_ONLY 등) 이 ECT 에 인코딩되고 경계에서 검증되는 것을 확인했습니다. 승인되지 않은 요청은 로컬 서비스 호출 전에 차단되었습니다.

5. 의의 및 중요성 (Significance)

• 데이터 주권 강화: 의료, 금융, 공급망 등 민감한 데이터가 관할권을 넘어 협업할 때, 원본 데이터를 이동시키지 않으면서도 규제 준수와 주권을 암호학적으로 보장합니다.
• 신뢰의 탈중앙화: 중앙 집중식 조정자나 공유된 정책 엔진에 대한 의존성을 제거하여, 서로 다른 법적 체계와 기술 스택을 가진 조직 간에도 상호 운용성을 보장합니다.
• DevSecOps 와의 통합: "Infrastructure as Code (IaC)"와 "Policy as Code"의 개념을 확장하여, 연방 시스템의 거버넌스를 코드화하고 버전 관리할 수 있게 합니다.
• 미래 지향성: 블록체인이나 분산 원장 기술과 호환되며, 유럽의 데이터 스페이스 (Data Space) 표준화 노력과도 정합성을 가집니다.

결론적으로, FCaC 는 분산 컴퓨팅 환경에서 "누가, 무엇을, 어떤 권한으로 할 수 있는가"에 대한 결정을 런타임 정책 해석이 아닌, 설계 시점에 컴파일된 검증 가능한 아티팩트를 통해 수행함으로써, 조직 간 협업의 신뢰와 보안을 근본적으로 재정의합니다.