• 한국통신학회논문지
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• 제30권3C호
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• pp.176-184
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• 2005

본 논문에서는 디지털 컨텐츠 보호를 위해 표준으로 제정된 DTCP(Digital Transmission Contents Protection)용 타원 곡선 암호(ECC) 연산기의 구현에 대해 기술한다. 기존의 시스템이 유한체 GF(2/sup m/)를 사용하는 것과는 달리 DTCP에서는 소수체인 GF(p)에서 타원 곡선을 정의하여 인증 및 키 교환을 위해 ECC 암호 알고리즘을 사용하고 있다. 본 논문에서는 ECC 알고리즘의 핵심 연산인 GF(p) 상에서의 스칼라 곱셈 연산기를 구현하였으며, 이 중 가장 많은 시간과 자원을 필요로 하는 나눗셈 연산을 제거하기 위하여 투영 좌표 변환 방법을 이용하였다. 또한, 효율적인 모듈러 곱셈 연산을 위하여 몽고메리 알고리즘을 이용하였으며, 곱셈기의 처리 속도를 빠르게 하기 위해 CSA(Carry Save Adder)와 4-레벨의 CLA(Carry Lookahead Adder)를 사용하였다. 본 논문에서 설계한 스칼라 곱셈기는 삼성전자 0.18 un CMOS 라이브러리를 이용하여 합성하였을 경우 64,559 게이트의 크기에 최대 98 MHz까지 동작이 가능하며 이 때 데이터 처리속도는 29.6 kbps로 160-blt 프레임당 5.4 ms 걸린다. 본 성능은 실시간 환경에서 DTCP를 위한 디지털 서명, 암호화 및 복호화, 그리고 키 교환 등에 효율적으로 적용될 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권3호
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• pp.419-426
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• 2021

NIST FIPS 186-2에 정의된 GF(p) 상의 5 가지 체 크기 (192, 224, 256, 384, 521 비트)와 8 가지의 산술연산 동작모드 (ECPSM, ECPA, ECPD, MA, MS, MM, MI, MD)를 지원하는 고성능 타원곡선 암호 프로세서 HP-ECCP를 설계하였다. HP-ECCP가 부채널 공격에 내성을 갖도록 만들기 위해, 타원곡선 점 스칼라 곱셈에 사용되는 개인키의 해밍웨이트에 무관하게 점 덧셈과 점 두배 연산이 균일하게 수행되는 수정된 left-to-right 이진 알고리듬을 적용하여 설계했다. 또한, 타원곡선 점 연산에 핵심이 되는 모듈러 곱셈 연산의 고성능 하드웨어 구현을 위해 Karatsuba-Ofman 곱셈 알고리듬, Lazy 축약 알고리듬, Nikhilam 나눗셈 알고리듬을 적용하여 설계했다. HP-ECCP를 180 nm CMOS 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 67 MHz의 동작 주파수에서 620,846 등가 게이트로 구현되었으며, 체 크기 256 비트의 ECPSM이 초당 2,200회 계산될 수 있는 것으로 평가되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권4호
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• pp.548-555
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• 2022

본 논문은 타원곡선 디지털 서명 알고리듬 (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm; ECDSA)의 핵심 연산으로 사용되는 타원곡선 암호 (Elliptic Curve Cryptography; ECC)의 하드웨어 구현에 대해 기술한다. 설계된 ECC 프로세서는 NIST P-521 곡선 상의 8가지 연산 모드 (점 연산 4가지, 모듈러 연산 4가지)를 지원한다. 점 스칼라 곱셈 (PSM)에 필요한 연산량을 최소화하기 위해 5가지 PSM 알고리듬과 4가지 좌표계에 따른 연산 복잡도 분석을 토대로 radix-4 Booth 인코딩과 수정된 자코비안 좌표계를 적용하여 설계하였다. 모듈러 곱셈은 수정형 3-Way Toom-Cook 정수 곱셈과 수정형 고속 축약 알고리듬을 적용하여 구현되었다. 설계된 ECC 프로세서는 xczu7ev FPGA 디바이스에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였다. 101,921개의 LUT와 18,357개의 플립플롭 그리고 101개의 DSP 블록이 사용되었고, 최대 동작주파수 45 MHz에서 초당 약 370번의 PSM 연산이 가능한 것으로 평가되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권1호
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• pp.57-67
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• 2005

고속 스칼라곱 연산은 타원곡선 암호 응용을 위해서 매우 중요하다. 보안 상황에 따라 유한체의 크기를 변경하려면 타원곡선 암호 보조프로세서가 크기 가변 유한체 연산 장치를 제공하여야 한다. 크기 가변 유한체 연산기의 효율적인 연산 구조를 연구하기 위하여 전형적인 두 종류의 스칼라곱 연산 알고리즘을 FPGA로 구현하였다. Affine 좌표계 알고리즘은 나눗셈 연산기를 필요로 하며, projective 좌표계 알고리즘은 곱셈 연산기만 사용하나 중간 결과 저장을 위한 메모리가 더 많이 소요된다. 크기 가변 나눗셈 연산기는 각 비트마다 궤환 신호선을 추가하여야 하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 이로 인한 클록 속도저하를 방지하는 간단한 방법을 제안하였다. Projective 좌표계 구현에서는 곱셈 연산으로 널리 사용되는 디지트 serial 곱셈구조를 사용하였다. 디지트 serial 곱셈기의 크기 가변 구현은 나눗셈의 경우보다 간단하다. 최대 256 비트 크기의 연산이 가능한 크기 가변 유한체 연산기를 이용한 암호 프로세서로 실험한 결과, affine 좌표계 알고리즘으로 스칼라곱 연산을 수행한 시간이 6.0 msec, projective 좌표계 알고리즘의 경우는 1.15 msec로 나타났다. 제안한 타원곡선 암호 프로세서를 구현함으로써, 하드웨어 구현의 경우에도 나눗셈 연산을 사용하지 않는 projective 좌표계 알고리즘이 속도 면에서 우수함을 보였다. 또한, 메모리의 논리회로에 대한 상대적인 면적 효율성이 두 알고리즘의 하드웨어 구현 면적 요구에 큰 영향을 미친다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.1083-1091
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• 2017

NIST 표준에 정의된 소수체(prime field) GF(p) 상의 224-비트 타원곡선을 지원하는 타원곡선 암호 프로세서를 설계하였다. 타원곡선 암호의 핵심 연산인 스칼라 점 곱셈을 수정형 Montgomery ladder 알고리듬을 이용하여 구현하였다. 점 덧셈과 점 두배 연산은 투영(projective) 좌표계를 이용하여 연산량이 많은 나눗셈 연산을 제거하였으며, 소수체 상의 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 제곱 연산만으로 구현하였다. 스칼라 점 곱셈의 최종 결과값은 다시 아핀(affine) 좌표계로 변환되어 출력하며, 이때 사용되는 역원 연산은 Fermat's little theorem을 이용하여 구현하였다. 설계된 ECC 프로세서를 Virtex5 FPGA로 구현하여 정상 동작함을 확인하였다. $0.18{\mu}m$공정의 CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 10 MHz의 동작 주파수에서 2.7-Kbit RAM과 27,739 GE로 구현되었고, 최대 71 MHz의 동작 주파수를 갖는다. 스칼라 점 곱셈에 1,326,985 클록 사이클이 소요되며, 최대 동작 주파수에서 18.7 msec의 시간이 소요된다.

• 정보보호학회논문지
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• 제23권6호
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• pp.1017-1023
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• 2013

스마트폰의 사용이 증가하고 사용처가 다양해지면서 뱅킹, 결제, 인증을 위한 보안 어플리케이션이 스마트폰에 구동되고 있다. 보안 서비스를 제공하기 위해 RSA, AES, ECC 등의 암호 알고리즘을 스마트폰 CPU로 연산하고 있지만 스마트폰 CPU는 전자기파분석 공격과 같은 부채널분석 공격에 대한 안전도를 고려하지 않고 있다. G. Kenworthy는 2012년 DesignCon에서 스마트폰에서 동작하는 암호 알고리즘의 전자기파분석 공격에 대한 취약성을 발표하였다. 본 논문에서는 G. Kenworthy의 전자기파분석 실험 환경을 개선하여 안드로이드 기반 스마트폰 상에서 동작하는 상용 보안 어플리케이션의 전자기파분석 공격에 대한 취약성 분석 실험을 수행하였다. 실험 결과 상용 보안 어플리케이션 내에서 동작하는 암호 알고리즘의 전자기파분석 공격에 대한 취약점을 확인하였다. 실험 장비 설정값에 따라 Google의 Play 스토어 동작 중에 방사되는 전자기파 신호에서 w-NAF 스칼라곱셈 연산 구간 구분이 가능하였으며, w-NAF 스칼라곱셈의 스칼라값이 '0'인지 '0'이 아닌지도 구분 가능하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.3-19
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• 2009

본 논문에서는 Montgomery ladder 방법을 확장한 효율적인 스칼라 곱셈 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 효율성을 높이기 위하여 스칼라를 ternary 또는 quaternary로 표현하고 아핀좌표계에서 Montgomery ladder 방법과 같이 x 좌표만을 이용하여 연산 가능하도록 하는 새로운 연산식을 적용한다. 그리고 단순전력분석에 안전하도록 Side-channel atomicity를 적용하였다. 또한 Montgomery trick을 사용하여 연산속도를 높였다. 재안하는 방법은 기존에 효율적으로 알려진 window method. comb method에 비해서 연산속도가 26% 이상 향상된다. 또한 이 방법들보다 저장공간을 적게 사용하는 장점도 가지고 있다.

• 정보보호학회논문지
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• 제11권6호
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• pp.105-113
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• 2001

최근에 Gallant, Lambert, Vanstone은 소수체 위에 정의된 타원곡선이 효율적으로 계산 가능한 자기준동형을 가질 때 스칼라 곱을 가속화하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 실제로 자기준동형의 특성다항식의 고유치를 사용하여 스칼라를 분해하는데 기반을 두고 있다. 본 논문에서는 그러한 타원곡선의 자기준동형 환의 원소를 이용하여 스칼라를 분해하는 개선된 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 Gallant 등의 알고리즘보다 속도면에서 효율적이며 분해성분들의 구체적인 상한 값을 줄 수 있다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2018년도 춘계학술대회
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• pp.169-170
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• 2018

이진체 상의 타원곡선 B-233을 지원하는 타원곡선 암호 프로세서를 32-비트 워드기반 몽고메리 곱셈기를 이용하여 설계하였다. 스칼라 곱셈을 위해 수정된 몽고메리 래더 (Modified montgomery ladder) 알고리즘을 적용하여 단순 전력분석에 내성을 갖도록 하였으며, Lopez-Dahab 투영 좌표계와 페르마의 소정리(Fermat's little theorem)를 적용하여 하드웨어 자원 소모가 큰 나눗셈과 역원 연산을 제거하여 저면적으로 설계하였다. 설계된 ECC 프로세서는 Xilinx ISim을 이용하여 기능검증을 하였으며, $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 100 MHz의 동작 주파수에서 9,614 GEs와 4 Kbit RAM으로 구현되었으며, 최대 동작 주파수는 125 MHz로 예측되었다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2002년도 하계종합학술대회 논문집(2)
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• pp.345-348
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• 2002

This paper presents new fast scalar multiplier of elliptic curve cryptosystem that is regarded as next generation public-key crypto processor. For fast operation of scalar multiplication a finite field multiplier is designed with LFSR type of bit serial structure and a finite field inversion operator uses extended binary euclidean algorithm for reducing one multiplying operation on point operation. Also the use of the window non-adjacent form (WNAF) method can reduce addition operation of each other different points.