본 논문에서는 미국 국립표준기술연구소 차세대 표준 암호 알고리듬으로 선정한 Rijndael 암호 알고리듬과 안정성과 성능에서 인정을 받은 Twofish 암호 알고리듬을 ALTERA FPGA를 사용하여 하드웨어로 구현한다. 두가지 알고리듬에 대해 키스케쥴링과 인터페이스를 하드웨어에 포함시켜 구현한다. 알고리듬의 효율적인 동작을 위해 키스케쥴링을 포함하면서도 구현된 회로의 크기가 크게 증가하지 않으며, 데이터의 암호/복호화 처리 속도가 향상됨을 알 수 있다. 주어진 128-비트 대칭키에 대하여, 구현된 Rijndael 암호 알고리듬은 11개의 클럭 만에 키스케쥴링을 완료하며, 구현된 Twofish 암호 알고리듬은 21개의 클럭 만에 키스케쥴링을 완료한다. 128-비트 입력 데이터가 주어졌을 때, Rijndael의 경우, 10개의 클럭 만에 주어진 데이터의 암호/복호화를 수행하고, Twofish는 16개의 클럭 만에 암호/복호화를 수행한다. 또한, Rijndael은 336.8Mbps의 데이터 처리속도를 보이고, Twofish는 121.2Mbps의 성능을 보임을 알 수 있다.
정보화의 부작용이라 할 수 있는 보호되어야 할 자료의 유출이 심각해지면서 특정 사용자간에 데이터를 암호화해서 전송하고 다시 복호화 해서 데이터를 얻어야 할 필요성이 커지고 있다. 따라서 데이터의 고속 암호화 및 복호화 기술의 개발이 시급하다. 데이터의 암호화 및 복호화를 위해서는 비밀키 암호를 사용하는데 대표적인 비밀키 암호로 Rijndael(AES) 암호가 있다. Rijndael 암호는 기존의 블록암호와는 달리 비교적 적은 게이트 수를 사용하여 하드웨어로 구현할 수 있고, 키 관리와 암/복호 속도 측면에서 하드웨어 구현이 소프트웨어 구현보다 우수하기 때문에 코프로세서 형태로 구현하여 스마트카드, SIM카드, 모바일 시스템 등에 적용할 수 있다. 본 논문에서는 스마트 카드에 적합한 Rijdnael 암호 프로세서의 구현 방법에 관하여 기술하였다. 본 논문에서 제시한 방법으로 구현하여 Synopsys로 합성하여 18000 게이트 정도의 적은 게이트 수로 3㎓를 넘어서는 동작 주파수, 2.56 Gbps의 높은 암/복호율을 갖는 프로세서의 구현이 가능함을 확인할 수 있었다.
이중 복호화 기능을 제공하는 BCP 공개키 암호는 Asiacrypt '03에서 Bresson, Catalano와 Pointcheval에 의해서 처음 제안되었고, 이는 Eurocrypt '02에서 Clamor와 Shoup이 제안한 공개키 암호에 기반하고 있다. 기존의 이중 복호화 기법은 Paillier 암호에서 사용되었던 환 $Z_n^2$ 위에서 설계되어 있으며, 이때 n은 두 소수 p,q의 곱 n=pq 이다. 본 논문에서는 환 $Z_p^2_q$ 위에서 이중 복호화 기능을 제공하는 공개키 암호를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 공개키 암호는 기존의 것보다 효율적인 암${\cdot}$복호화 연산을 제공한다. 그리고 이전의 이중 복호화 기법이 사용자의 프라이버시 관점에서 취약하다는 점을 보이고 사용자의 프라이버시가 보강된 이중 복호화 기능을 제공하는 공개키 암호를 제안한다.
완전동형암호는 암호화된 자료를 복호화 하는 과정을 거치지 않고 원하는 자료를 검색 및 통계처리 할 수 있도록 하는 암호기반 기술이다. 완전동형암호는 암호화 및 복호화에 소요되는 시간을 줄여줌으로써 검색 속도를 향상시키고 통계 처리를 위해 복호화 된 자료의 유출로 인한 피해를 막을 수 있는 기술로 주목받고 있다. 또한 최근 보편화 되고 있는 클라우드 컴퓨팅 환경에서 개인 정보가 외부의 저장 공간에 저장됨으로써 발생할 수 있는 여러 가지 문제점을 해결해 줄 것으로 기대를 모으고 있다. 완전동형암호가 처음 제안된 70년대 이후 지금까지 효율성과 기능성을 만족시키는 알고리즘을 개발하기 위한 연구가 계속되어 왔다. 본 고에서는 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 완전동형암호의 연구 방향에 대해서 살펴보고자 한다.
본 논문에서는 잘못된 의미의 내용을 전달할 수 있는 문제점 해결을 위하여 부정확한 암호문의 복호화를 방지한 암호화 알고리즘을 설계하였다. 알고리즘은 복호화시 암호문의 에러를 체크하여 한 비트 이상의 에러가 포함되었을 경우 현재 진행중인 복호화를 중단함과 동시에 이전에 복호화 되어있는 복호문까지 모두 제거하여 수신자에게 아무런 내용도 전달하지 않게 된다. 실험은 비밀키의 대표적인 알고리즘인 DES알고리즘과 비교하였다. 실험결과에서와 같이 에러 비트가 포함되어 있는 부분은 원문과 다른 내용으로 복호화가 되었지만 100%의 복호률을 보였다. 제안한 알고리즘에서는 에러 체크를 통한 복호화로 에러 발생시 0%의 복호률을 나타내었다.
1984년 Shamir에 의해 ID 기반의 암호시스템에 대한 개념이 소개된 이후로 많은 연구가 이루어져 왔다. ID 기반의 암호시스템에서는 복호화 할 수 있는 자를 암호화 하는 자가 선택하여 암호화 하기 때문에 정당한 복호화 권한을 가지고 있는 자만이 복호화를 할 수 있다. 이러한 복호화 권한은 어플리케이션에 따라 양도할 수 있어야 한다. 예를 들어 네트워크 스토리지의 경우는 정당한 권한을 가진 자에게 암호화 되어 저장되어 있는 컨텐츠를 복호화 할 수 있도록 권한을 양도해 주어야 한다. 대리 재 암호화(Proxy Re-encryption)은 복호화 권한을 다른 사람에게 양도할 수 있는 기법에 관한 것이다. 재 암호화 기법은 DRM과 같은 방송 통신 환경에 적합하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 ID 기반에서 복호화 권한을 적법하게 양도할 수 있는 재 암호화 기법을 제안한다.
무인증서 공개키 암호(Certificateless Public Key Encryption scheme)는 사용자 ID를 공개키로 사용함으로써 공개키 암호 시스템의 인증서 관리 문제를 해결하고 ID기반 암호 기법의 키 위탁(key escrow) 문제를 해결할 수 있는 기술이다. 이에 대한 연구가 활발히 진행되었음에도 불구하고, 기존의 여러 무인증서 암호 기법들은 사용자가 선택한 비밀값과 복호화 키 노출 공격에 대한 안전성을 고려하지 않고 설계되었다. 비밀값과 복호화 키 노출 공격이란 한 번이라도 공개키가 교체된 이후 이전에 사용했던 비밀값과 복호화 키가 노출된다면 그로부터 ID에 대응하는 부분 개인키를 획득해 현재의 정당한 복호화 키를 연산할 수 있는 공격이다. 본 논문에서는 키 노출 공격에 대해 안전한 새로운 안전성 모델을 제안하고, 해당 안전성 모델에서 기존의 무인증서 공개키 암호 기법들이 안전하지 않음을 보인다. 또한, 제안한 모델에서 안전한 새로운 무인증서 공개키 암호 기법을 제시하고, DBDH(Decision Bilinear Diffie-Hellman) 가정을 기반으로 안전성을 증명한다.
대칭형 블록 암호 시스템은 암호화와 복호화 과정에서 동일한 암호키를 사용한다. HIGHT 암호 알고리즘은 2010년 ISO/IEC에서 국제표준으로 승인된 모바일용 64비트 블록 암호기술이다. 본 논문에서는 HIGHT 블록 암호 알고리즘을 Verilog-HDL을 이용하여 설계하였다. ECB, CBC, OFB 및 CTR과 같은 블록 암호용 4개의 암호 운영모드를 지원하고 있다. 고정된 크기의 연속적인 메시지 블록을 암 복호화할 때, 매 34클럭 사이클마다 64비트 메시지 블록을 처리할 수 있다. Xilinx사의 vertex 칩에서 144MHz의 동작 주파수를 가지며, 최대 처리율은 271Mbps이다. 설계된 암호 프로세서는 PDA, 스마트 카드, 인터넷 뱅킹 및 위성 방송 등과 같은 분야의 보안 모듈로 응용이 가능할 것으로 사료된다.
그룹 복호화는 다수의 참여자 사이에서 수행되는 공개키 암호 시스템으로 하나의 암호문을 복호화하는데 지정된 수 이상의 참여자가 필요한 암호 시스템이다. 그룹 복호화를 실제 수행할 때에는 참여자의 공평성을 보장하기 위해 흔히 제3자를 도입하는데 이 때 제3자에 대해 필요한 신뢰의 수준 및 제3자에게 제공되는 정보를 줄이는 것이 중요하다. 본 논문에서는 제3자가 프로토콜을 잘 따르지만 중간 정보를 저장할 수 있는 모델(semi-honest model)을 가정하고 이와 같은 제3자(STTP, Semi-Trusted Third Party)를 그룹 복호화 기법에 이용하여 복호화 참여자는 평문을 얻을 수 있지만 STTP는 평문을 알 수 없을 뿐 아니라 복호화 참여자의 익명성도 유지할 수 있는 그룹 복호화 기법을 제안한다. 제안된 기법은 기존 프로토콜의 보안성, 공평성 등의 특징을 모두 유지하고 외부의 공격자가 STTP의 저장소를 볼 수 있는 경우에도 복호화 참여자를 알 수 없는 바람직한 특징을 가진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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