• 한국컴퓨터정보학회논문지
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• 제23권10호
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• pp.111-117
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• 2018

CHAM is a lightweight block cipher, proposed in ICISC 2017. CHAM-n/k has the n-bit block and the k-bit key, and designers recommend CHAM-64/128, CHAM-128/128, and CHAM-128/256. In this paper, we study how to make optimal software implementation of CHAM such that it has high encryption speed on CPUs with high computing power. The best performances of our CHAM implementations are 1.6 cycles/byte for CHAM-64/128, 2.3 cycles/byte for CHAM-128/128, and 3.8 cycles/byte for CHAM-128/256. The comparison with existing software implementation results for well-known block ciphers shows that our results are competitive.

• 정보보호학회논문지
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• 제28권5호
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• pp.1071-1078
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• 2018

최근 가용 자원이 제한된 디바이스에서 사용할 수 있는 구현 성능이 효율적인 경량 블록 암호 알고리듬 CHAM이 제안되었다. CHAM은 키의 상태를 갱신하지 않는 스케줄링 기법을 사용함으로써 키 저장 공간을 획기적으로 감소시켰으며, ARX(Addition, Rotation, and XOR) 연산에 기반하여 설계함으로써 계산 성능을 크게 향상시켰다. 그럼에도 불구하고 본 논문에서는 CHAM은 오류 주입 공격에 의해 라운드 키가 노출될 가능성이 있으며 4개의 라운드 키로부터 마스터 비밀 키를 추출할 수 있음을 보이고자 한다. 제안된 오류 주입 기법을 사용하면 약 24개의 정상-오류 암호문 쌍을 이용하여 CHAM-128/128에 사용된 비밀 키를 찾을 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제29권4호
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• pp.709-718
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• 2019

CHAM은 자원이 제한된 환경에 적합하도록 설계된 경량 블록 암호 알고리즘으로서 안전성과 연산 성능면에서 우수한 특성을 보인다. 그러나 이 알고리즘도 부채널 공격에 대한 취약성을 그대로 내재하고 있기 때문에 마스킹 기법과 같은 대응 기법이 적용되어야 한다. 본 논문에서는 32비트 마이크로프로세서 Cortex-M3 플랫폼에서 부채널 공격에 대응하는 마스킹 기법이 적용된 CHAM 알고리즘을 구현하고 성능을 비교 분석한다. 또한, CHAM 알고리즘이 라운드 수가 많아 연산 효율이 감소되는 점을 고려하여 축소 마스킹 기법을 적용하여 성능을 평가하였다. 축소 라운드 마스킹이 적용된 CHAM-128/128은 구현 결과 마스킹이 없는 경우에 비해 약 4배 정도의 추가 연산이 필요함을 확인하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제30권6호
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• pp.1217-1223
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• 2020

CHAM은 저사양 프로세서를 지원하기 위한 경량 블록암호로, 한국의 국가보안기술연구소에서 개발되었다. 블록암호의 원활한 동작을 위해서는 블록암호 운용 모드를 적용하는데 그 중에서 카운터 모드는 낮은 구현 난이도와 병렬 연산 지원으로 뛰어난 효율을 자랑한다. 본 논문에서는 블록암호 CHAM의 카운터 운영 모드를 최적 구현한 결과물을 제시한다. 제안기법은 사전 연산을 통해 일부 라운드를 생략하는 것으로 기존 CHAM보다 빠른 연산 속도를 가진다. 또한, 라운드 함수 진입 전 라운드 키의 일부를 레지스터에 선행 로드하는 것으로 라운드 함수마다 라운드 키를 로드하는 시간을 160cycles만큼 감소시켰다. 제안하는 기법은 기존 기법에 비해 고정키 시나리오 상에서 6.8%, 가변키 시나리오 상에서 4.5%의 성능 향상이 있었다.

• 정보보호학회논문지
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• 제28권3호
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• pp.545-550
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• 2018

간단한 덧셈, 회전연산, 그리고 XOR 연산자로 구성된 초경량 블록 암호 알고리즘 CHAM은 저사양 사물인터넷과 고사양의 플랫폼 상에서 모두 효율적인 구현이 가능하다. 특히 CHAM 블록 암호 알고리즘은 저사양 사물인터넷 플랫폼 상에서 연산속도를 향상시키는 방안에 대해 심도있게 고민된 알고리즘이다. 본 논문에서는 저사양 사물인터넷 플랫폼 8-비트 AVR 상에서 매우 제한적인 프로그램 메모리 공간을 최소로 하면서 연산속도는 극대화하는 방안에 대해 확인해 보도록 한다. 이를 위해 프로그램 코드는 1 라운드 혹은 2 라운드 기반의 부분 반복문을 활용하였으며 라운드 키 접근을 효율화하기 위해 메모리 공간을 정렬하였다. 최소한의 레지스터 활용 및 데이터 업데이트를 통해 성능 향상 및 코드 크기를 최적화하였다. 그 결과 CHAM 64/128, 128/128, 그리고 128/256의 경우 RANK 파라미터 상에서 29.9, 18.0, 그리고 13.4를 달성하였다. 이는 현존하는 블록암호 알고리즘 구현 중 최상의 결과이다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제9권5호
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• pp.107-112
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• 2020

초 경량암호 CHAM은 자원이 제한된 장치 상에서 효율성이 뛰어난 덧셈, 회전연산, 그리고 XOR 연산으로 이루어진 알고리즘이다. CHAM은 특히 사물인터넷 플랫폼에서 높은 연산 성능을 보인다. 하지만 사물 인터넷 상에서 사용되는 경량 블록 암호화 알고리즘은 부채널 분석에 취약할 수 있다. 본 논문에서는 CHAM에 대한 1차 전력 분석 공격을 시도하여 부채널 공격에 대한 취약성을 증명한다. 이와 더불어 해당 공격을 안전하게 방어할 수 있도록 마스킹 기법을 적용하여 안전한 알고리즘을 제안하고 구현 하였다. 해당 구현은 8-비트 AVR 프로세서의 명령어셋을 활용하여 효율적이며 안전한 CHAM 블록암호를 구현하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2021년도 추계학술발표대회
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• pp.217-220
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• 2021

ICISC'19에서 기존 CHAM과 동일한 구조와 규격을 갖지만, 라운드 수만 증가시킨 revised CHAM이 발표되었다. CHAM은 사물인터넷에서 사용되는 저사양 프로세서에서 효율적인 구현이 가능한 특징을 갖고 있다. AVR, ARM 프로세서 상에서의 CHAM 암호 알고리즘에 대한 최적 구현은 존재하지만, 아직 RISC-V 프로세서 상에서의 CHAM 구현은 존재하지 않는다. 따라서, 본 논문에서는 RISC-V 프로세서 상에서의 Revised CHAM 알고리즘을 최초로 구현을 제안한다. CHAM 라운드 함수의 내부 구조의 일부를 생략하여 최적 구현하였다. 그리고 홀수 라운드와 짝수 라운드를 모듈별로 구현하여 필요에 따라 모듈을 호출하여 손쉽게 사용할 수 있게 하였다. 결과적으로, RISC-V 상에서 제안 기법 적용하기 전보다 제안 기법 적용 후에 12%의 속도 향상을 달성하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2020년도 추계학술발표대회
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• pp.434-437
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• 2020

블록암호는 정해진 길이의 평문을 암호화하는 암호 알고리즘으로 정해진 길이보다 더 긴 평문을 암호화하기 위해 다양한 운용모드가 제안되었다. 그 중에서 카운터 모드는 블록암호를 스트림암호 형태로 바꿔주는 모드로, 평문 대신 고정 값인 논스와 블록의 순번인 카운터를 입력 값으로 사용한다. 카운터 모드는 논스 값이 고정이기 때문에 암호 연산 중에 논스가 사용되는 부분의 다른 변수가 모두 고정 값이라면 결과가 항상 동일하다는 특성이 있다. 본 논문에서는 전술한 특성을 사용하여 카운터 모드 최적 구현을 한 블록암호에 대해 정리하며, 각각의 성능을 비교해볼 것이다. 개략적으로 AES 기존 구현물보다 약 16% ~ 32% 정도의 성능 향상을 보이고 CHAM은 약 10% ~ 13% 정도의 성능 향상을 보였다.