A Study on the Establishment of Entropy Source Model Using Quantum Characteristic-Based Chips

양자 특성 기반 칩을 활용한 엔트로피 소스 모델 수립 방법에 관한 연구

Mobile communication technology after 5th generation requires high speed, hyper-connection, and low latency communication. In order to meet technical requirements for secure hyper-connectivity, low-spec IoT devices that are considered the end of IoT services must also be able to provide the same level of security as high-spec servers. For the purpose of performing these security functions, it is required for cryptographic keys to have the necessary degree of stability in cryptographic algorithms. Cryptographic keys are usually generated from cryptographic random number generators. At this time, good noise sources are needed to generate random numbers, and hardware random number generators such as TRNG are used because it is difficult for the low-spec device environment to obtain sufficient noise sources. In this paper we used the chip which is based on quantum characteristics where the decay of radioactive isotopes is unpredictable, and we presented a variety of methods (TRNG) obtaining an entropy source in the form of binary-bit series. In addition, we conducted the NIST SP 800-90B test for the entropy of output values generated by each TRNG to compare the amount of entropy with each method.

5세대 이후의 이동통신 기술은 초고속, 초연결, 초저지연 등을 요구하고 있다. 이 중, 안전한 초연결의 기술적 요구사항을 만족하기 위해서는 IoT 서비스의 말단에 해당하는 저사양 IoT 기기들도 고사양 서버와 동일한 수준의 보안 기능을 제공할 수 있어야 한다. 이러한 보안 기능을 수행하기 위하여 암호 알고리즘에서 필요한 정도의 안전성을 가진 암호키들이 요구되고, 암호키는 보통 암호학적 난수 발생기로부터 생성된다. 이때 난수 생성을 위해서는 좋은 잡음원들이 필요한데, 저사양 기기 환경 특성상 충분한 잡음원을 확보하기 어렵기 때문에 TRNG와 같은 하드웨어 난수 발생기를 사용한다. 이 논문에서는 방사성 동위원소의 붕괴를 예측할 수 없다는 양자의 특성을 기반으로 한 칩을 사용하였으며, 이 칩이 출력하는 신호를 기반으로 이진 비트열 형태의 엔트로피 소스를 얻는 여러 방법(TRNG)을 제시하였다. 또한, 각각의 TRNG에서 출력된 값의 엔트로피에 대해 NIST SP 800-90B 테스트를 이용하여 각 방법에 대한 엔트로피 양을 비교하였다.