• 정보보호학회논문지
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• 제28권3호
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• pp.551-561
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• 2018

최근 양자 컴퓨팅을 활용한 연산 기술이 발달함에 따라 기존 암호 시스템들에 대한 안전성이 위협받고 있다. 이에 따라 양자 컴퓨터를 이용한 분석 공격에도 견딜 수 있는 새로운 포스트 양자 암호시스템(post-quantum cryptosystem)에 대한 연구가 활발하다. 그럼에도 불구하고 NTRU와 같은 격자 기반의 포스트 양자 암호시스템도 구현상에서 발생하는 취약점을 이용하는 오류 주입 공격에 의해 비밀 키가 노출될 수 있음이 밝혀졌다. 본 논문에서는 NTRU 서명 시스템에 대한 기존의 오류 주입 공격 대응 기법을 분석하고 효율성과 안전성이 개선된 새로운 대응 기법을 제안한다. 제안된 대응 기법에 대해 시뮬레이션을 수행한 결과, 오류 주입 검출율이 우수하며 구현이 효율적임을 확인하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2021년도 추계학술발표대회
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• pp.243-246
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• 2021

양자 알고리즘이 수행 가능한 양자 컴퓨터는 기존 암호 시스템의 보안성을 낮추거나 깨뜨릴 수 있다. 이에 양자 컴퓨터의 공격 관점에서 기존 암호 시스템의 보안성을 재평가하는 연구들이 활발히 수행되고 있다. NIST는 대칭키 암호 시스템에 대한 양자 후 보안 강도에 평가에 Grover 알고리즘의 적용 비용을 채택하고 있다. Grover 알고리즘이 대칭키 암호 시스템의 보안성을 절반으로 줄일 수 있는 시점에서 중요한 건 공격 비용이다. 본 논문에서는 경량블록암호 SPECK 양자 회로 최적화 구현을 제시한다. ARX 구조의 SPECK에 대해 최적의 양자 덧셈기를 채택하고 병렬 덧셈을 수행한다. 그 결과, 최신 구현물과 비교하여 depth 측면에서 56%의 성능향상을 제공한다. 최종적으로, 제시하는 SPECK 양자 회로를 기반으로 Grover 알고리즘 적용 비용을 추정하고 양자 후 보안 강도를 평가한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제31권3호
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• pp.533-544
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• 2021

양자적 특성을 활용한 Shor 알고리즘은 인수분해 및 이산대수 문제를 효율적으로 풀 수 있다. 이로 인해 RSA, 타원곡선(ECC: Elliptic Curve Cryptography) 등 인수분해와 이산대수 문제의 어려움에 기반하고 있는 기존 공개키 암호 시스템이 위협받고 있다. 이에 미국 국립표준기술연구소(NIST)에서는 양자 컴퓨터의 강력한 연산 능력에도 안전한 새로운 공개키 암호 체계의 표준인 양자 내성 암호(PQC: Post Quantum Cryptography)를 선정하는 공모를 진행하고 있다. 양자 내성 암호 후보군 중 다변수 이차식 기반 서명 기법은 짧은 서명 길이와 빠른 서명 및 검증으로 인해 사물인터넷(IoT) 등 제한된 자원을 갖는 기기에 적합하다. 이에 본 논문에서는 다변수 이차식 기반 서명 중 유일하게 3 라운드까지 최종 선정된 Rainbow에 대한 클래식 공격 기법과 양자적 특성을 이용한 공격 기법들을 분석하고, 현재 3라운드에 제시된 레인보우 파라미터에 대한 공격 복잡도를 계산하여 양자 내성 암호표준화 후보 알고리즘인 레인보우 서명기법이 제공하는 보안 강도를 분석한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2022년도 춘계학술발표대회
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• pp.165-168
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• 2022

특정 문제를 효율적으로 모델링하고 해결할 수 있는 자체적인 특성을 가지고 있는 양자 컴퓨터는 다양한 컴퓨팅 분야에서 강세를 보일 것으로 기대된다. 이러한 양자 컴퓨터는 가까운 미래에 암호학계에 다가올 가장 큰 위협으로 여겨지고 있다. 공개키 암호와는 달리 대칭키 암호에서 기반하고 있는 문제들은 양자 컴퓨터에 대해 아직은 안전할 것으로 여겨지지만, 안전한 양자 후 보안 시스템을 구축하기 위해 이에 대한 파급력을 확인하는 연구들이 수행되고 있다. NIST는 대칭키 암호 AES에 대한 상대적인 양자 공격 비용에 따라 양자 후 보안 강도를 추정하고 있으며, 이에 본 논문에서는 AES에 대한 양자 회로를 구현하고 공격 비용을 추정하는 다양한 연구들에 대해 살펴본다.

• 정보보호학회논문지
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• 제32권6호
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• pp.1059-1068
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• 2022

양자 컴퓨터의 계산 능력을 고려하여 설계된 양자 내성 암호 NTRU는 수학적으로 안전한 암호 조건을 만족하지만 하드웨어 구현 과정에서는 전력 분석 공격과 같은 부채널 공격 특성을 고려해야 한다. 본 논문에서는 NTRU의 복호화 과정 중 발생하는 전력 신호를 분석할 경우 개인 키가 노출될 가능성이 있음을 검증한다. 개인 키를 복구하는 데에는 단순 전력 분석 공격(Simple Power Analysis, SPA), 상관 전력 분석 공격(Correlation Power Analysis, CPA)과 차분 딥러닝 분석 공격(Differential Deep Learning Analysis, DDLA)을 모두 적용할 수 있었다. 이러한 전력 부채널 공격에 대응하기 위한 기본적인 대응책으로 셔플링 기법이 있으나 보다 효과적인 방법을 제안한다. 제안 방식은 인덱스별로 곱셈(multiplication)후 누산(accumulation)을 하는 것이 아니라 계수별로 누산 후 덧셈만 하도록 함으로써 곱셈 연산에 대한 전력 정보가 누출되지 않도록 하여 CPA 및 DDLA 공격을 방어할 수 있다.

• 정보보호학회지
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• 제33권1호
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• pp.51-58
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• 2023

차세대 컴퓨터인 양자 컴퓨터는 현재 정보화시스템에서 널리 사용되고 있는 공개키 암호 시스템인 RSA와 Elliptic Curve Cryptography (ECC)의 안전성을 위협하고 있다. 특히 양자 알고리즘인 Shor 알고리즘은 RSA와 ECC가 기반하고 있는 수학적 난제들을 다항 시간 내에 해결할 수 있기 때문에 NIST에서는 양자컴퓨터 상에서 내성을 가진 공개키 암호 표준화 공모전을 개최하였다. 2022년도에 NIST에서는 4개의 3라운드 최종 표준화 알고리즘을 발표하였다. 이와 동시에, 4라운드 표준화 알고리즘을 진행함으로써, 공개키 분야에서 코드 기반 또는 아이소제니 기반의 새로운 암호 알고리즘을 추가로 표준화할 예정이다. 이에 본 논문에서는 NIST 양자 내성 암호 표준화 공모전 4라운드의 후보 알고리즘인 코드 기반 암호 Classic McEliece, BIKE, HQC와 아이소제니 기반 암호 SIKE의 최신 동향에 대해 확인해본다. 추가적으로, 해당 암호 알고리즘에 대한 분석 기법과 공격 사례에 대해 살펴보고록 한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2022년도 추계학술발표대회
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• pp.240-242
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• 2022

양자 컴퓨터의 발전과 양자 알고리즘의 등장이 암호 시스템의 위협을 야기함에 따라 양자 알고리즘을 활용하여 기존 암호의 공격 비용을 추정하는 연구가 꾸준히 증가하고 있다. 대칭키 암호에 자주 사용되던 Grover 암고리즘이 가진 단순 양자 완전 탐색의 한계를 보완하기 위하여 최근 Simon 기반의 알고리즘 관련 연구가 등장하였다. 본 논문에서는 두 가지 Simon 기반 알고리즘과 해당 알고리즘을 적용하여 단순한 구조의 암호 키를 복구한 사례에 대해 살펴본다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권3호
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• pp.383-389
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• 2023

양자 컴퓨터의 발전 및 Shor 알고리즘, Grover 알고리즘과 같은 양자 알고리즘의 등장으로 인해 기존 암호의 안전성은 큰 위협을 받고 있다. 양자 알고리즘은 기존 컴퓨터에서 오랜 시간이 걸리는 수학적 작업을 효율적으로 할 수 있게 해준다. 이 특성은 수학적 문제에 의존하는 현대 암호 시스템이 깨지는 시간을 단축시킬 수 있다. 이러한 알고리즘을 기반으로 하는 양자 공격에 대비하기 위해서는 기존 암호를 양자회로로 구현해야 한다. 이미 많은 암호들은 양자회로로 구현되어 공격에 필요한 양자 자원을 분석하고 암호에 대한 양자 강도를 확인하였다. 본 논문에서는 LED 경량 블록암호에 대한 양자회로를 제시하고 양자회로의 각 함수에 대한 설명을 진행한다. 이후LED 양자회로에 대한 자원을 추정하고 다른 경량 블록암호와 비교하여 평가해보도록 한다.

• 정보보호학회지
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• 제32권4호
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• pp.99-107
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• 2022

본 논문에서는 표준화 기구에서 개발되었거나 아직 개발 중인, 양자 컴퓨팅에 의한 공격에 대해 안전한 양자 내성 보안체계로의 전환을 위해 양자 키 분배 (Quantum Key Distribution - QKD) 기술을 암호키 교환에 활용하는 다양한 하이브리드 접근 방식 들을 살펴보았다. 이러한 방법들은 두 가지 이상의 서로 다른 키 교환 방법을 결합하는 '키 교환을 위한 하이브리드 접근 방식'들을 의미한다. 양자 키 분배(QKD) 네트워크에서 생성하는 대칭 키를 활용하여 다른 방식으로 생성된 암호키와의 다양한 방식의 결합을 통한 하이브리드 접근 방식의 호환성에 대해서 살펴보았고, 아울러 다양한 네트워크 계층의 보안 통신 프로토콜과 함께 QKD를 함께 사용할 수 있도록 하는 표준들을 함께 분석하였으며, 이러한 표준들에서 추가적으로 개발이 필요한 영역들을 함께 살펴보았다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.162-164
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• 2023

양자 컴퓨팅의 발전과 양자 알고리즘의 등장으로 기존의 암호 체계는 위협을 받고 있다. 이에 기존의 암호를 대신해 양자 공격에 대응할 수 있는 양자 내성 암호의 중요성이 높아지고 있다. 본 논문에서는 양자 내성 암호 표준화를 위해 진행된 NIST PQC 공모전과 공모전에서 최종 선정된 암호에 대한 표준화 목표에 대해 알아보도록 한다.