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.
유한체위에서의 정의된 타원곡선의 이산대수 문제의 어려움에 기초한 타원곡선 암호시스템은 다양한 타원곡선을 사용할 수 있기 때문에 다양한 암호시스템을 구성할 수 있다. 특히 비트 당 안전도가 가장 높은 타원곡선 암호시스템은 차세대 공개키 암호시스템으로 주목을 받고 있다. 짧은 키의 사용으로 스카트 카드나 모발(Mibile) 시스템 등과 같은 제약적인 환경의 인증 및 암호화에 사용 가능하다. 본 논문에서는 고성능의 타원곡선 암호시스템을 구성하고 연산기를 VHDL 언어를 이용하여 구현하였다.
통신 기술이 발달하면서 유무선을 통한 네트워크 접속이 빈번해지고 고화질의 비디오/오디오 압축 방식의 출현으로 데이터의 교류는 더욱 활발해지고 있다. 데이터 교류의 증가로 개인 정보와 비디오/오디오 콘텐츠 등의 사업적 이윤을 목적으로 하는 유료정보에 대한 접근권한과 보호가 중요한 요소로 인식되고 있다. 따라서 본 논문에서는 타원 곡선 암호화 알고리즘을 이용한 디지털 미디어 저작권 보호 기술을 제안한다. 제안된 방식에서는 H.264 영상신호의 핵심 파라미터만을 암호화하여 암호 및 복호에 따른 부담을 줄이고 해당 정보를 복호하지 못할 경우 영상 재생이 안 되거나 매우 열악한 화질의 영상이 재생되도록 한다. 이러한 시스템을 구현하기 위해서는 영상 재생 단말기에 암호 복호화 하드웨어가 필요하다. 제안된 시스템의 동작을 검증하기 위해 재구성 가능한 타원곡선 암호화 프로세서를 구현하고 H.264 영상 복호기에 적용하였다. 검증 결과 암호화된 데이터를 복호하지 못하는 경우 영상이 제대로 재생되지 않음을 확인하였다.
보안프로토콜로 기존의 SSL에서 인증 기능을 각각의 사용자, 상점, 금융기관에 강화시킨 ECSCET 프로토콜이 있다. ECSET프로토콜의 구성성분으로 비밀키 알고리즘의 DES, 공개키 알고리즘의 RSA, 메시지 서명 알고리즘인 SHA중 공개키 알고리즘의 RSA, 메시지 서명 알고리즘인 SHA중 공개키 알고리즘의 RSA를 ECC로 대체함으로 암, 복호화 속도를 분석하였고, 서명 알고리즘으로 타원곡선을 이용한 ECDSA을 보였다.
새로운 공정 기술의 발달로, 임베디드 시스템을 구성하는 하드웨어와 소프트웨어의 복잡도는 나날이 증가하고 있다. 그 결과로, 현대의 복잡한 반도체 디자인을 전통적인 HDL을 사용한 방식으로 수행한다는 일은 점점 어려워지고 있다. 본 고에서는 SystemVerilog를 기반으로 하는 새로운 시스템 수준의 설계 방식을 적용하여 실제 회로에 구현한다. 기존에 구현한 타원곡선 암호화 엔진을 재사용하여, 시스템 레벨에서 객체 지향 개념을 살려 추상화하고, 이를 이용하여 타원곡선 암호화 서버 팜을 구현한다. 전체 시스템을 하나의 통합 설계 환경에서 성공적으로 구현하여 불필요한 노력과 시간을 50%로 축소하였다. 기존 방법으로 했다면, 하드웨어 설계에 Verilog, 시뮬레이션에 C/SystemC를 사용하여 설계와 검증에 여러 단계의 시간과 노력이 필요했을 것이다.
낮은 엔트로피의 패스워드를 이용하여 안전한 인증 및 키교환을 위해 Diffie-Hellman에 기반한 AMP(Authentication and key agreement via Memorable Password) 프로토콜이 제안되었다. 본 논문에서는 타원곡선 암호화가 가질수 있는 높은 보안성과 효율성을을 위해 타원곡선이산대수문제(Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem)에 기반한 EC-AMP (Elliptic Curve-AMP)프로토콜을 제안한다. EC-AMP는 랜덤 오라클(random oracle) 모델에서 여러 가지 공격에 대해 안전하므로 인증 및 키교환이 필요한 네트워크 환경에 패스워드를 이용함으로 얻을수 있는 편의성과 타원곡선이산대수문제가 제공하는 안전성을 보장할 수 있다.
현재 사용되고 있는 대부분의 메신저는 서버에 로그 온할 때 패스워드를 RC5등으로 암호화해서 보내지만 패스워드 크래킹 프로그램들이 많이 알려져 있어 안전하지 못하다. 또한 로그 온한 후 통신하는 두 호스트들 간의 전송되는 정보가 아무런 보호 장치 없이 네트워크를 통해 전송되어 제3자에 의한 도청이 가능하게 된다. 따라서 전송되는 정보의 암호화를 포함하는 안전한 메신저 서비스의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서 제안된 안전한 메신저는 동일한 키 사이즈를 갖는 다른 공개키 암호체계보다 훨씬 강하다고 알려져 있는 타원곡선 암호체계를 이용하여 빠르고 효율적이며 높은 안전도를 나타내는 패스워드 키 교환 방식을 설계하였고, 사용자간에 IPSec프로토콜을 사용하여 효율적인 데이터 전송이 가능하고 또한 보안성을 높이기 위한 방법으로 Host-to-Host간의 데이터가 인터넷에서 가상의 파이프를 통해 전달되도록 터널 모드를 제시하였다.
현재 M2M 환경은 다양한 서비스가 기관 및 기업이나 일상생활로 확대되면서 관련 기술의 보안 취약성 발생 가능성이 이슈화되고 있다. 본 논문은 이러한 보안 취약성 문제를 해결하기 위해 M2M 환경의 디바이스 키 보호를 위한 암호 알고리즘 응용 기법을 제안한다. 제안 기법은 타원곡선 암호 기반으로 초기 키 교환과 서명 교환을 통해 보안 세션을 생성하였고, 화이트박스 암호는 보안 세션 키를 이용하여 화이트박스 테이블을 생성하는 암호화에 응용하였다. 암호 알고리즘 적용 결과, 타원곡선 암호는 통신 세션에 대한 경량 화된 상호인증, 세션 키 보호를 제공하고, 화이트 박스 암호는 기존 암호 알고리즘과는 다른 방식으로 암호화에 사용되는 세션 키 보호를 보장하였다. 제안하는 프로토콜은 데이터변조 및 노출, 중간자 공격, 데이터 위조 및 변조 공격에 대해 안전한 장점이 있다.
본 논문에서는 타원곡선 암호를 위한 스칼라 곱셈기의 설계에 대해 기술한다. 설계된 스칼라 곱셈기는 스마트카드 표준에 기술된 163-비트의 키 길이를 가진다. 유한체 $GF(2^{163})$ 상에서 스칼라 곱셈의 연산량을 줄이기 위해 complementary recoding 방식을 적용한 Non-Adjacent-Format(NAF) 변환 알고리듬을 적용하여 설계하였다. 설계된 스칼라 곱셈기 코어는 $0.35-{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성하여 32,768 게이트로 구현되었으며, 150-MHz@3.3-V로 동작한다. 설계된 스칼라 승산기는 스마트카드용 타원곡선 암호 하드웨어 구현을 위한 IP로 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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