• 정보보호학회지
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• 제33권1호
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• pp.13-21
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• 2023

NIST는 2022년 양자내성암호 표준화 진행 대상 알고리즘으로 KEM 1종(CRYSTALS-Kyber), 전자서명3종(CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+)을 발표하였고, 추가로 KEM 4종(Classic McEliece, HQC, BIKE, SIKE)에 대한 Round 4 진행을 공표하였다. Round 3와 마찬가지로 Round 4에서도 부채널 분석 및 오류 주입에 대한 안전성은 알고리즘 선정에 있어 중요 평가 사항 중 하나이다. 따라서 해당 암호 알고리즘에 대한 새로운 부채널 분석기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문은 Round 4의 암호 알고리즘 중 코드 기반 알고리즘 3종(Classic McEliece, HQC, BIKE)에 대한 부채널 분석 방법론의 동향을 파악하고 향후 연구 방향을 제시한다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.683-688
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• 2021

미래를 이끌 기술로 주목받고 있는 양자 컴퓨터 기술의 발전으로 RSA나 ECDSA와 같은 전자서명 기술들이 위협받고 있다. 대안으로 격자 기반, 다변수 기반, 코드 기반, 해시 기반 등 다양한 양자내성암호가 연구되고 있는데 그 중 해시 기반은 빠르고 정량적 보안 수준을 계산할 수 있으며 안전성도 증명된 상태여서 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 그 동안 제안된 다양한 해시 함수 기반 전자서명 기법들을 살펴보고 각각의 특징 및 장단점을 분석한다. 또한 해시 함수 기반 전자서명 기법이 실질적으로 사용되기 위해서는 서명 크기를 줄이는 것이 무엇보다 중요하다는 점을 강조한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제29권4호
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• pp.697-708
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• 2019

본 논문에 이차식 기반 서명인 Rainbow를 8비트 MCU(Microcontroller Unit)에 적용하기 위해 최적화 하는 방안을 검토하고 구현한다. 양자 컴퓨터가 개발되면서 기존의 암호 알고리즘 특히, 서명 기법의 보안성을 위협함에 따라 IoT 기기에도 양자내성을 갖춘 서명 기법을 적용해야할 필요성이 있다. 현재 제안된 양자내성암호는 격자 기반, 해쉬 기반, 코드 기반 그리고 다변수 이차식 기반 암호 알고리즘 및 서명 기법들이 있는데, 특히 다변수 이차식 서명기법은 기존의 서명 기법과 비교해 속도가 빨라 IoT 기기에 적합하다. 그러나 키의 길이가 크고 연산이 많아 IoT 기기 중 메모리와 성능에 큰 제약이 있는 8비트 MCU에는 기존의 구조 그대로 구현하기 어려워 이에 적합한 최적화가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 다변수 이차식 서명 기법인 Rainbow를 8비트 MCU에 키를 나누어 저장하는 방안과 연산방식을 최적화하여 메모리 소모가 적고 연산 속도가 빠르게 알고리즘을 개선하고, 구현해본 후 각 최적화 방식에 따른 성능을 비교한다.

• 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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• 제32권1호
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• pp.47-56
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• 2022

NIST는 PQC Round 3 평가 기준으로 부채널 분석 및 오류 주입에 대한 안전성을 역설함에 따라 Round 3 양자내성암호에 대한 새로운 부채널 공격 시나리오 및 대응 기법이 빠르게 제시되고 있다. 따라서 각 방법론의 동향을 파악하고 재정의, 분류하는 작업이 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 NIST PQC Round 3 최종 후보 중 격자 기반 암호 KEM(SABER, CRYSTALS-KYBER, NTRU)에 대한 부채널 분석기법 및 대응기술 동향을 조사 및 분석하고 향후 Round 3 격자 기반 KEM 알고리즘의 부채널 연구 전망을 논의한다.

• 정보보호학회지
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• 제30권6호
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• pp.57-66
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• 2020

세계적으로 저명한 학회인 Cryptogrpahic Hardware and Embedded Systems(CHES)에서는 매년 부채널 공격, 암호 S/W, H/W 구현을 포함하는 정보 보안 분야에서의 화제가 되는 분야를 연구하고 공유한다. CHES 2020의 경우 부채널 공격, 양자 내성 암호, 머신 러닝과 같이 최근에 제시되어 활발하게 연구가 진행되고 있는 주제뿐만 아니라 역공학, 하드웨어 구현, 타원 곡선 암호, 화이트 박스 등의 다양한 결과들이 발표되었다. 본 논문에서는 CHES 2020을 통해 암호화 소프트웨어/하드웨어 및 임베디드 시스템에서의 보안 기술 개발 및 연구 동향을 살펴보며, 이에 따른 향후 연구 전망을 제시한다.

• 융합보안논문지
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• 제24권2호
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• pp.71-78
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• 2024

양자 컴퓨팅의 급속한 발전으로 현재의 공개키 암호화 방식이 취약해지자, 미국의 국립표준기술연구소(NIST)는 양자컴퓨터 공격에 대응할 수 있는 새로운 암호화 표준을 개발하기 위한 Post-Quantum Cryptography(PQC) 프로젝트를 시작했다. 이 프로젝트는 전 세계 연구자들이 제안한 다양한 암호 알고리즘들을 검토하고 평가하는 과정을 포함한다. 초기에 선택된 양자 저항성 암호화 알고리즘은 격자와 해시 함수를 기반으로 개발됐다. 현재는 BIKE, Classic McEliece, HQC 등 다양한 기술적 접근 방식을 제공하는 알고리즘들이 네 번째 라운드에 검토 중이다. CRYSTALS-KYBER, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+는 세 번째 라운드에서 표준화 대상으로 선정됐다. 2024년에는 네 번째 라운드에서 선정된 알고리즘들과 현재 평가 중인 알고리즘들에 대한 최종 결정이 내려질 예정이다. 양자 컴퓨팅 시대를 대비해 공개 키 암호 시스템의 보안을 강화하는 중요한 단계로, 미래의 디지털 통신 시스템을 위협으로부터 보호하는 데 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 논문에서는 양자 내성 암호 알고리즘의 보안성과 효율성을 분석하여 그 동향을 제시한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2022년도 춘계학술발표대회
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• pp.176-178
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• 2022

대규모 양자컴퓨터의 개발은 현재 사용하는 많은 암호화 알고리즘에 위협이 될 것으로 예상한다. 현재 NIST 는 양자 후 시대에 대비하기 위해 양자 내성 암호를 표준화 하기 위한 작업을 진행하고 있으며 이에 따라 post-quantum 시스템의 마이그레이션 과정이 필요하며 각 시스템에 QSC 적용을 위한 연구들이 이어지고 있다. 본 논문에서는 양자 후 시대에 대비하기 위해 NIST 의 PQC post quantum conference 에서 발표한 PQC 후보와 QSC 마이그레이션 과정 및 적용 방안에 대해 조사한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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• pp.252-256
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• 2023

쇼어 알고리즘을 실행할 수 있는 양자 컴퓨터의 발전으로 인해 기존 ECC(Elliptic Curve Cryptography)를 사용하던 블록체인이 PQC(Post Quantum Cryptography)로의 전환을 고려하고 있다. 하지만 PQC 는 기존 암호에 비해 큰 사이즈, 느린 서명/검증 속도 등과 같은 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 우리가 WISA'23 에서 새롭게 제안한 PQ-DPoL 합의 알고리즘에 NIST(National Institute of Standards and Technology)가 선정한 Crystal-Dilithium, Falcon 그리고 Sphincs+를 적용하여 비교 분석하였다. 실험 결과에 따르면, 매우 큰 서명 크기를 가지고 있기 때문에 블록에 담기는 트랜잭션의 수가 감소하므로 Sphincs+의 성능이 가장 떨어짐을 확인하였다. 또한 Dilithium 은 Falcon 과 비슷한 성능을 보여주었다. 그 중에서도 Falcon 이 가장 우수한 성능을 보여주었다. 이는 Falcon 의 공개키와 서명의 크기가 다른 알고리즘에 비해 작기 때문이다. 따라서 양자내성을 갖는 블록체인에는 Falcon 512 알고리즘이 가장 적합할 것으로 생각된다. 그러나 블록체인의 속도와 보안 강도는 Trade-off 관계이므로 보안성을 중요시하는 블록체인 네트워크에서는 Sphincs+가 적합할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 블록체인 네트워크의 상황과 목적에 따라 적절한 알고리즘을 사용해야 될 것으로 생각된다.

• 정보보호학회논문지
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• 제34권1호
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• pp.1-9
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• 2024

다변수 이차식 기반 전자서명 알고리즘은 구현의 용이성과 작은 서명 크기를 장점으로 갖는 양자내성암호 후보군이다. 이러한 다변수 이차식 기반 전자서명의 효율성을 높이기 위해 희소 행렬을 사용한 전자서명 기법들이 제시되었으며, 이 중 HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되었다. 그러나 HiMQ는 2022년 제안된 MinRank 공격에 의해 깨진 대표적 다변수 이차식 기반 전자서명인 Rainbow와 유사한 키 구조를 갖는다. HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되면서 권고 파라미터를 제시하였는데, 이는 2020년 기준의 암호 분석에 기반한 파라미터로 최근 공격 기법들이 고려되지 않았다. 이에 본 논문에서는 HiMQ에 적용 가능한 다변수 이차식 기반 전자서명에 대한 공격 기법들을 살펴보고 이에 대한 안전성 분석을 수행하였다. HiMQ에 가장 효과적인 공격은 2022년 제안된 개선된 MinRank 공격인 combined attack이며, 세 개의 권고 파라미터 모두 기준 보안강도를 만족하지 못하였다. 또한 HiMQ-128과 HiMQ-160은 최소 보안강도인 128-bit 비도도 만족하지 못하였다.