An Efficient Hardware Implementation of ARIA Block Cipher Algorithm Supporting Four Modes of Operation and Three Master Key Lengths

This paper describes an efficient implementation of KS(Korea Standards) block cipher algorithm ARIA. The ARIA crypto-processor supports three master key lengths of 128/192/256-bit and four modes of operation including ECB, CBC, OFB and CTR. A hardware sharing technique, which shares round function in encryption/decryption with key initialization, is employed to reduce hardware complexity. It reduces about 20% of gate counts when compared with straightforward implementation. The ARIA crypto-processor is verified by FPGA implementation, and synthesized with a $0.13-{\mu}m$ CMOS cell library. It has 46,100 gates on an area of $684-{\mu}m{\times}684-{\mu}m$ and the estimated throughput is about 1.28 Gbps at 200 MHz@1.2V.

4가지 운영모드와 3가지 마스터 키 길이를 지원하는 블록암호 알고리듬 ARIA의 효율적인 하드웨어 구현

국가표준으로 제정된 블록암호 알고리듬 ARIA의 효율적인 하드웨어 구현에 대해 기술한다. 본 논문의 ARIA 암 복호 프로세서는 표준에 제시된 3가지 마스터 키 길이 128/192/256-비트와 ECB, CBC, OFB, CTR의 4가지 운영모드를 지원하도록 설계되었다. 키 확장 초기화 과정과 암 복호 과정에 사용되는 라운드 함수가 공유되도록 설계를 최적화 하였으며, 이를 통해 게이트 수를 약 20% 감소시켰다. 설계된 ARIA 암 복호 프로세서를 FPGA로 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, $0.13-{\mu}m$ CMOS 표준셀로 합성한 결과 46,100 게이트로 구현되었다. 레이아웃의 면적은 $684-{\mu}m{\times}684-{\mu}m$ 이며, 200 MHz@1.2V로 동작하여 1.28 Gbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다.