본 논문은 최소한의 정보량을 가지고 높은 안전성을 제공하는 타원곡선과 스마트 카드의 PIN을 동시에 이용하는 전자 지불 프로토콜을 제안한다. 타원 곡선 공개키 암호 알고리즘의 이용은 지불과정에서 필요한 계산 속도를 빠르게 함으로써 실제로 지불 시스템을 구현하였을 때 보다 효율적이고 편리한 이용환경을 제공할 수 있고 알고리즘과 스마트 카드의 고유 PIN을 이용하기 때문에 가지는 높은 안전성은 사용자들에게 지불시스템에 대한 신뢰성을 가지게 할 수 있다. 이와 같이 타원곡선 공개키 암호 알고리즘과 스마트 카드를 통하여 설계된 지불 시스템은 이동 컴퓨팅 환경에서도 효과적으로 사용될 수 있을 것이다.
타원곡선 암호시스템에서의 가장 큰 뼈대가 되는 연산은 스칼라 곱셈 연산이다. 이러한 타원 곡선유한체 내에서 유한체 곱셈과 유한체 나눗셈보다 한 계층 상위의 개념에서 수행되는 스칼라 곱셈의 구현은 주로 두배점-덧셈(double-and-add)이라는 방식이 많이 쓰였고 〔1, 최근에는 NAF(Non Adjacent Format) 〔2〕 알고리즘이 제안되었다. 본 논문에서는 radix4 Booth's 알고리즘을 응용하여 기존 방식보다 한 단계 더 효율적인 스칼라 곱셈 알고리즘을 제안하였다 기존의 double-and-add 알고리즘으로 처리하였던 스칼라 곱셈 방식을 개선한 새로운 네배점-덧셈(quad-and-add) 알고리즘을 유도한 다음, 이를 사용하기 위하여 새로운 네배점(point quadruple; quad( )) 연산을 유도하고 증명하였다. 유도한 수식들은 C 프로그램과 HDL을 사용하여 실제 계산에 응용하여 증명하였다. 제안된 타원곡선 스칼라 곱셈 방식은 타원곡선 암호시스템 응용 분야의 효율적이고 빠른 연산을 처리하는데 적용할 수 있다.
본 논문에서는 전력 공격에 대응하는 효과적인 타원곡선 상수배 알고리즘을 제안하고 기존의 여러 대응방법과 비교해 몇가지 장점을 제시하였다. 타원곡선 암호시스템에 대한 전력 공격의 대응방법으로 스칼라 정수의 랜덤 분할을 이용한 다중 상수배 알고리즘을 사용하였으며 이 방법의 계산량은 기존의 대응방법과 비교해 적은 연산량을 가지고 있다. 윈도우 크기가 4인 제안된 대응방법은 기존의 대응방법들과 비교해 약 46.6%∼83.6%가 향상되었다.
유비쿼터스 환경에서 계산의 복잡성,메모리,전력소비등의 제약성으로 인하여 공개키 암호시스템을 적용하기는 매우 어렵다. 초타원 곡선 암호시스템은 RSA나 ECC보다 짧은 비트 길이를 가지고 동일한 안전성을 제공한다. 초타원 곡선 암호시스템에서 스칼라 곱셈은 핵심적인 연산이다. T.Lange는 다수의 좌표를 사용하여 초타원 곡선 암호시스템에서 역원 연산이 없는 스칼라 곱셈 알고리즘을 개발 하였다.그러나 다수의 좌표를 사용하는 것은 SCA에 노출되고 더 많은 메모리가 요구 된다. 본 논문에서는 초 타원곡선 암호시스템에서 동시원알고리즘을 가진 안전한 스칼라 곱셈 알고리즘을 개발하였다. 안전성 과 성능을 위하여 동시역원 알고리즘을 적용하였다 개발한 알고리즘은 SPA와 DPA 에 안전하다.
본 논문에서는 디자인패턴 개념을 이용하여 GF(2$^{m}$ )상에서의 타원곡선 암호알고리즘을 객체지향적으로 설계하는 방법에 대해서 논해보고, 이틀 이용하여 타원곡선 암호 라이브러리 구현에 핵심이 되는 연산 클래스에 대한 전체적인 framework 및 UML을 제시한다.
본 고는 최근 키 사이즈가 적으면서도 안전하다고 알려져 있는 타원곡선 암호법에 대해서 고찰한 바, 특별히 수정된 다항식 기저를 이용하여 타원곡선의 연산을 용이하게 하는 방법을 제안한다. 한편 랜덤한 타원곡선은 공개키 암호법에 사용하기 부적당하며, 따라서 타원곡선군의 위수를 구할 필요가 있는데 이는 School 알고리즘으로 구할 수 있으나 많은 시간이 소요되는 바 본 고에서는 Weil 정리를 사용하여 위수를 손쉽게 구할 수 있는 방법을 제안하며, 컴퓨터 실험 결과를 소개한다.
Koblitz와 Miller가 암호시스템에 타원곡선을 사용할 것을 제안한 이래, 타원곡선 암호에 관한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 타원곡선 암호는 타원곡선 상의 점들이 덧셈 연산에 대한 군을 형성한다는 관찰에 기반하고 있는데, 안전한 암호를 실현하기 위해서는 군의 위수에 큰 소수를 인자로 포함하는 적절한 타원곡선을 찾고 이 큰 소수를 위수로 갖는 기저점을 찾는 작업이 매우 중요하다. 현재까지 타원 곡선을 찾거나 해당 군의 위수를 계산하는 방법에 관해서는 많은 연구가 있어 왔으나, 곡선이 주어질 때 기저점을 찾는 문제에 대한 연구 결과는 많지 않다. 이에 본 논문에서는 $GF(p^m)$ 상에서 정의된 타원곡선 상에서 임의의 기저점을 찾는 효율적인 방안을 제시한다. 먼저 우리는 기저점을 찾는 데 있어 가장 중요한 연산이 멱승 연산임을 밝히고, 다음에 $GF(p^m)$ 상에서의 멱승을 빠르게 하기 위한 효율적인 알고리즘들을 제시한다. 마지막으로 이 알고리즘들을 구현하여 다양한 실제 타원 곡선 상에서 실험한 결과들을 제시하는데, 이에 따르면 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 이진 멱승에 기반한 기저점 탐색 알고리즘에 비해 탐색 속도를 1.62-6.55 배 향상시킴을 확인할 수 있다.
본 논문에서는 이동 통신 시스템에서 사용자 신원확인 및 인증을 하기 위해 타원곡선과 지문인식을 적용하는 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 타원곡선 암호 시스템의 계산량, 키 크기, 대역폭의 측면에서의 효율성이 고려되었다. 또한, 타원곡선 이산대수 문제가 어렵다는 점에 초점을 맞추었다. 수학적인 증명과 안전성을 분석하여 제안된 시스템의 성능을 분석하였다.
본 논문에서는 최적확장체(Optimal Extension Field; OEF)에서 정의되는 타원곡선 상에서 효율적인 스칼라 곱셈 알고리즘을 제안한다. 이 스칼라 곱셈 알고리즘은 프로비니어스 사상(Frobenius map)을 이용하여 스칼라 값을 Horner의 방법으로 Base-Ф 전개하고, 이 전개된 수식을 일괄처리 기법(batch-processing technique)을 사용하여 연산한다. 이 알고리즘을 적용할 경우, Kobayashi 등이 제안한 스칼라 곱셈 알고리즘보다 40% 정도의 성능향상을 보인다.
무선 인터넷 통신은 유선 인터넷 통신보다 더욱 정보 노출이 쉬운 상태여서 강도 높은 보안 솔루션이 요구된다. 본 논문에서는 무선 인터넷의 암호 시스템을 위해, 키 길이가 짧아 처리 속도가 빠른 타원 곡선 알고리즘을 사용한 신뢰된 파티가 없는 쓰레시홀드 암호시스템을 제안한다. 따라서 제안한 시스템은 타원 곡선 알고리즘 사용으로 휴대 단말기 용량 한계에 부딪혔던 WPKI(Wireless Public Key Infrastructure) 서비스를 개선할 수 있으며, 신뢰된 파티를 보장할 수 없는 무선 인터넷 통신에서 안전한 그룹 통신을 할 수 있게 된다. 또한 제안한 시스템은 다양한 타원 곡선을 활용할 수 있는 타원 곡선 암호시스템 장점으로 다양한 암호시스템 설계가 가능하다는 것이 증명되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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