• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2003년도 하계종합학술대회 논문집 Ⅲ
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• pp.1343-1346
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• 2003

상거래와 통신을 위한 주된 매개체로써 등장한 인터넷 뿐 아니라 새로이 대두되는 다양한 유무선 네트워크 환경, 그리고 정보 저장에 있어서 암호화 알고리즘은 보안의 중요한 요소로 자리잡고 있다. 본 논문에서는 대칭 및 비대칭 암호화 알고리즘을 가속시키기 위한 암호화 프로세서의 명령어와 해당 Functional Unit 을 제안하였다. 현재 암호화 알고리즘을 가속시키기 위한 방법으로 사용되는 주문형 반도체(ASIC)는 알고리즘 가속 속도는 빠르지만, 새로운 암호화 알고리즘을 지원할 수가 없고, 지원하는 알고리즘을 사용하지 않는 경우 비효율성을 야기한다. 또한 범용프로세서는 다양하고 새로운 암호화 알고리즘을 지원할 수 있지만 암/복호화 가속속도가 느리다. 이는 암호화 알고리즘이 범용 프로세서에서는 지원하지 연산을 주로 사용하기 때문이다. 따라서 이 논문에서는 대칭 및 비대칭 암호화 알고리즘의 주된 연산을 분석하고, 각각의 연산을 가속시키기 위한 명령어 집합, 그리고 해당하는 Functional Unit을 제안하여 Programmable 한 암호화 프로세서를 설계하기 위한 토대를 마련한다.

• 한국통신학회논문지
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• 제29권4A호
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• pp.447-457
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• 2004

본 논문에서는 RSA 암호화 알고리즘을 지원하기 위한 암호화 프로세서의 구조를 제안한다. 본 논문의 RSA 암호화 프로세서는 빅 몽고메리 알고리즘(FIOS)을 기반으로 제안되였으며, 다양한 비트 길이(128∼2048 비트)를 지원한다. RSA 암호화 프로세서의 구조는 RSA 제어 신호 발생기, 빅 몽고메리 프로세서(가산기, 승산기)의 모듈로 구성된다. 빅 몽고메리 프로세서의 가산기와 승산기는 다양한 알고리즘을 이용하여 구현하였다. 내장형 시스템에 적합하게 설계하기 위하여 여러 가지 연산기를 합성한 결과 중에서 ARM 코프로세서와 연동할 수 있는 동작주파수를 갖는 연산기 중에서 가장 작은 연산기를 선택하였다. RSA 암호화 프로세서는 Verilog-HDL을 이용하여 하향식 설계 방법으로 구현되었으며, C언어와 Cadence의 Verilog-XL을 이용하여 검증하였다. 검증된 모델은 하이닉스 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS standard cell 라이브러리를 이용하여 합성되었으며, 2.3V, 10$0^{\circ}C$ 최악 조건에서 동작한다. 본 논문에서 제안한 RSA 암호화 프로세서는 약 51MHz의 주파수에서 동작하며, 게이트 수는 nand2 게이트 기준으로 36,639 gates의 면적을 가진다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제42권6호
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• pp.67-74
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• 2005

암호화 시스템은 다양한 표준으로 인해 하드웨어 구성에 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 다양한 암호화 규격을 수용할 수 있는 재구성 가능한 타원 곡선 암호화 프로세서 구조를 제안한다. 제안된 프로세서 구조는 32bit 크기의 입출력 포트와 내부 버스를 가지며 유한체 연산 장치(AU), 입력/출력 장치(IOU), 레지스터 파일 그리고 프로그램이 가능한 제어 장치(CU)로 이루어져 있다. 제어 장치의 ROM에 저장되어 있는 마이크로 코드에 의하여 프로세서에서 사용할 키의 길이와 원시 다항식이 결정된다 마이크로 코드는 사용자가 프로세서 내부 ROM에 프로그래밍을 통해 저장할 수 있다. 프로세서 내부의 각 장치는 32 bit 크기의 버스로 연결되어 있어 타원 곡선 암호 규격에 무관하게 동작이 가능하므로 32bit 규격의 입출력 포트만 가지고 있으면 새로운 장치로 교체가 가능한 모듈 구조를 갖고 있다. 따라서 소프트웨어적으로 새로운 마이크로 코드를 프로그래밍하고 하드웨어적으로는 필요한 연산 장치의 교체를 통하여 다양한 타원 곡선 암호 체계에 응용될 수 있다. 본 논문에서는 제안된 프로세서 구조를 이용하여 타원곡선 암호화 프로세서를 구현하였으며 그 결과를 기존의 암호화 프로세서와 비교하였다.

• 융합신호처리학회 학술대회논문집
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• 한국신호처리시스템학회 2000년도 하계종합학술대회논문집
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• pp.345-348
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• 2000

본 논문에서는 현재 우리나라 전자상거래 표준인 SEED 암호화 알고리즘을 하드웨어로 구현하였다. 이 암호화 프로세서는 유연성과 하드웨어 면적을 줄이기 위해 파이프라인이 없는 1 unrolled loop 구조를 사용하였다. 그리고 ECB, CBC, CFB, OFB의 4가지 모드를 모두 지원할 수 있도록 하였다. key computation은 오버헤드를 감소시키도록 precomputation 기법을 사용하였다. 또한, 데이타 입ㆍ출력 시 증가되는 처리시간을 제거하기 위하여 외부 입ㆍ출력 레지스터와 data 입ㆍ출력 레지스터를 분리하여 데이타 입ㆍ출력 연산이 암호 프로세서의 암호화 연산과 병행하여 처리되도록 하였다. 암호 프로세서는 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS 기술을 사용하여 검증하였고 gate수는 대략 29.3K gate 정도가 소요되었으며, 100 MHz ECB 모드에서 최고 237 Mbps의 성능을 보였다.

• 한국정보보호학회:학술대회논문집
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• 한국정보보호학회 2002년도 종합학술발표회논문집
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• pp.7-10
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• 2002

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.

• 전자공학회논문지CI
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• 제43권2호
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• pp.1-11
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• 2006

본 연구에서는 대칭 및 비대칭 암호화 알고리즘을 가속화하기 위해, 다수 혹은 긴 워드 연산을 위한 레지스터 파일 확장 구조 (Register File Extension for Multi-words or Long-word Operation: RFEMLO)라는 새로운 레지스터 파일 구조를 제안한다. 암호화 알고리즘은 긴 워드 피연산자에 대한 명령어를 통하여 가속화 할 수 있다는 점에 착안하여, RFEMLO는 하나의 레지스터 명을 통해 여러 개의 레지스터에 접근할 수 있도록 하여 여러 연산자에 대해 동일한 연산을 수행할 수 있도록 하거나, 여러 개의 레지스터를 하나의 데이터로 사용할 수 있게 한다. RFEMLO는 긴 워드 피연산자에 대한 명령어 집합의 추가와 이를 지원하는 기능 유닛을 추가함으로서 범용 프로세서에 적용할 수 있다. 제안된 하드웨어 구조와 명령어 집합의 효율성을 평가하기 위해 Simplescalar/ARM 3.0을 사용하여 대칭 및 비대칭의 다양한 암호화 알고리즘에 적용하였다. 실험 결과, RFEMLO을 적용한 순차적 파이프라인을 가진 프로세서에서 대칭 암호화 알고리즘의 경우 $40%{\sim}160%$의 성능 향상을, 비대칭 암호화 알고리즘의 경우 $150%{\sim}230%$의 높은 성능향상을 얻을 수 있었다. RFEMLO의 적용을 통한 성능 항상은 이슈 폭의 증가를 이용한 슈퍼스칼라 구현에 따른 성능 향상과 비교할 때, 훨씬 적은 하드웨어 비용으로 효과적인 성능 향상을 얻을 수 있음을 확인하였으며 슈퍼스칼라 프로세서에 RFEMLO를 적용하는 경우에도 대칭 암호화 알고리즘에서는 최대 83.6%, 비대칭 암호화 알고리즘에서는 최대 138.6%의 추가적인 성능향상을 얻을 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제22권8호
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• pp.1133-1138
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• 2018

경량 블록암호화 (LEA: Lightweight Encryption Algorithm)는 암호화 연산의 효율성과 높은 보안성으로 인해 국내에서 가장 활발히 사용되고 있는 블록암호화 알고리듬이다. 지금까지 많은 LEA 구현 연구가 진행 되었지만 다양한 플랫폼과의 보안 통신이 필요한 사물인터넷 환경에 활용 가능한 일체형 구현 기법은 제시되고 있지 않다. 본 논문에서는 다양한 플랫폼과 효율적으로 보안 통신이 가능하도록 하는 일체형 구현 기법을 이용하여 LEA를 ARM Cortex-M3 프로세서 상에서 구현한다. 이를 위해 키생성과 암호화 과정에 필요한 인자들을 가용 가능한 레지스터를 이용하여 저장하였으며 바렐쉬프터 (Barrel-shifter)를 활용하여 회전 연산을 최적화하였다. 해당 기법은 라운드키를 저장하지 않기 때문에 저사양 프로세서 상에서 RAM의 사용량을 최소화한다. 구현 결과물은 ARM Cortex-M3 프로세서 상에서 평가되었으며 34 cycles/byte 안에 수행가능함을 확인할 수 있었다.

• 정보보호학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.3-12
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• 2001

현재 대부분의 상용 마이크로프로세서는 슈퍼스칼라 구조를 채택하고 있으나, 반도체 집적도가 증가함에 따라 슈퍼 스칼라 구조를 대신할 새로운 마이크로프로세서 구조가 제안되고 있다. 본 논문에서는 최근 새로운 마이크로프로세서 구조로 급부상하고 있는 다중처리 마이크로프로세서 구조가 차세대 블록 암호화 알고리즘에 적합한지를 분석한다. 즉, 차세대 블록 암호화 알고리즘인 RC6와 Rijndael에서의 병렬성을 분석하기 위하여 프로그램 구동방식의 시뮬레이션을 수행한 결과, 명령어 수준 병렬성만으로는 성능의 한계를 갖지만 쓰레드 수준 병렬성을 동시에 활용함으로써 추가적인 성능 향상을 얻을 수 있음을 확인하였다

• 정보처리학회논문지A
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• 제17A권6호
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• pp.275-280
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• 2010

본 논문에서는 Cell BE 프로세서를 사용한 효율적인 병렬 블록 암호화 알고리즘을 제시한다. 제안하는 알고리즘은, 이종 프로세서인 Cell BE의 특성을 효율적으로 활용하기 위하여 PPE와 SPE에 서로 다른 부호화/복호화 방식을 적용하여 그 성능을 개선하였다. 본 논문에 제시된 구현 방식을 바탕으로 검증된 결과에 따르면, 제안하는 알고리즘은 고성능 네트워크 시스템을 지원할 수 있는 2.59Gbps의 성능을 보여준다. 이는, 다른 다중 코어 프로세서의 병렬 구현 방식과 비교할 때, 1.34배 증가된 성능의 부호화/복호화 속도를 제공한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2008년도 추계종합학술대회 B
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• pp.724-727
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• 2008

현재까지 이진 덧셈기에 대한 연구는 다양한 방법으로 연구되었다. 비동기식 덧셈기들의 최악 지연시간과 평균 지연시간에 대한 연구에 의하면, 하이브리드 구조의 캐리선택 덧셈기가 리플캐리 덧셈기에 비해 32비트 비동기 RISC 프로세서에서 17%, 64비트 마이크로프로세서에서 23%의 성능 향상을 보였다. RSA와 같이 복잡하고 고성능의 연산을 필요로 하는 프로세서 시스템에서는 가장 기본적인 연산을 수행하는 덧셈기에 대한 최적화가 필수적이다. 현재까지 다양한 구조와 여러 가지 방법으로 덧셈기에 대한 면적과 지연시간에 대한 연구는 덧셈 방식이나 덧셈기 구조에 대한 것이 대부분이었다. 본 논문에서는 자동 합성 측면에서 덧셈기의 성능을 분석하고 설계하였다. 덧셈기를 소그룹으로 나누어 각 소그룹에 대한 크기 차이와 합성 방법에 따라서 구현된 덧셈기들의 성능 및 소요 면적을 분석하여 복잡한 대단위 연산을 요하는 공개키 암호화 프로세서에 적합한 최적화된 덧셈기의 구조를 제안한다.