최근 개인정보보호법의 시행으로 개인 정보를 암호화하여 저장하는 메커니즘이 보안 시스템에 적용되고 있다. 개인 정보에 대한 암 복호화 메커니즘을 적용할 경우 초기에 기 저장되어 있는 대용량의 개인 정보를 암호화해야 한다. 이때 서버의 자원 부족이 발생할 수 있다. 또한 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 위와 같은 문제점을 해결하고자 저 사양 다중 장비를 사용하여 대량의 개인 정보를 분산 병렬처리로 암호화하는 방법을 제안하고 테스트 환경을 구축하여 성능을 측정하였다. 그리고 고 사양 장비의 성능과 비교하였다. 측정 결과 장비를 3대로 확장하여 분산 병렬처리를 수행하는 경우 약 128% 이상, 5대로 확장하였을 경우 158% 이상 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
많은 사람들이 일상생활뿐만 아니라 다양한 업무에서 스마트폰을 활용하고 있다. 이에 따라 스마트폰에는 사용자의 개인정보 및 업무상의 민감한 정보가 저장된다. 그러나 스마트폰은 다양한 데이터 및 개인 정보를 데이터베이스에 평문형태로 저장하고 있어 악성 앱이나 단말기 분실, 데이터 복원 등을 통하여 데이터베이스에 저장된 데이터 및 개인정보가 외부로 노출되고 2차 공격에 사용될 수 있다. 이러한 사용자의 정보유출 피해를 차단하기 위해서는 데이터베이스 암호화 기술이 필요하지만, 데이터베이스를 암호화하는 경우 성능저하를 야기 시킨다. 대표적인 예로, 암호화된 상태에서 특정 키워드를 통해 데이터를 검색하는 경우 모든 데이터를 복호화하거나 인덱스 정보 없이 순차적인 검색을 해야 하는 오버헤드가 발생한다[1]. 본 논문에서는 데이터베이스가 암호화된 상태에서, 데이터를 검색할 때 발생하는 오버헤드를 최소화하기 위한 검색가능한 암호 기법을 제안한다. 특히, 스마트폰과 같이 자원이 제한된 환경에서 사용되는 로컬 데이터베이스에 대해, 가변길이 블룸 필터를 사용하는 암호화된 데이터상에서의 효율적인 키워드 검색 기법을 제안하고 기존의 대칭키 방식의 검색 가능한 암호 기법들과 비교 분석한다. 그리고 안드로이드 스마트폰에서 제안하는 기법을 구현하여 제안 기법의 적절성과 성능을 검증한다. 구현을 통한 실험 결과, 본 논문에서 제안하는 방법이 암호화된 상태에서의 단순 검색에 비해 약 50% 이상의 검색 속도 향상 및 기존 고정 길이 블룸필터에 비해 동일한 긍정오류율 상에서 약 70% 이상의 공간을 절약할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 우리 나라 128 비트 블록 암호 알고리즘 표준인 SEED를 하드웨어로 구현하였다. 먼저 하드웨어 구 현 측면에서 SEED를 같은 비밀키 블록 암호 알고리즘으로 AES 최종 후보 알고리즘인 MARS, RC6, RIJNDAEL, SERPENT, TWOFISH와 비교 분석하였다. 동일한 조건하에서 분석한 결과, SEED는 MARS, RC6, TWOFISH보다는 암호 화 속도가 빨랐지만, 가장 빠른 RIJNDAEL보다는 약 5배정도 느렸다. 이에 속도 측면에서 우수한 성능을 가질 수 있는 고속 SEED 구조를 제안한다. SEED는 동일한 연산을 16번 반복 수행하므로 1라운드를 Jl 함수 블록, J2 함수 블록, key mixing 블록을 포함한 J3 함수 블록의 3단계로 나누고, 이를 파이프라인 시켜 더 빠른 처리 속도를 가지도록 하였다. G 함수는 구현의 효율성을 위해 4개의 확장된 4바이트 SS5-box 들의 xor로 처리하였다. 이를 Verilog HDL을 사용하여 ALTERA FPGA로 검증하였으며, 0.5um 삼성 스탠다드 셀 라이 브러리를 사용할 경우 파이프라인이 가능한 ECB 모드의 암호화와 ECB, CBC, CFB 모드의 복호화 시에는 384비트의 평문을 암복호화하는데 총 50클럭이 소요되어 97.1MHz의 클럭에서 745.6Mbps의 성능을 나타내었다. 파이프라인이 불 가능한 CBC, OFB, CFB 모드의 암호화와 OFB 모드의 복호화 시에는 동일 환경에서 258.9Mbps의 성능을 보였다.
다양한 기기들이 상호 연결되어 통신하는 IoT 환경에서는 보안 위협을 방지하기 위해 암호 알고리즘, 메시지 인증 코드 등 기밀성과 무결성을 제공하는 암호 기술을 사용한다. 안전성이 검증된 기존 암호 기술들이 다수 존재하지만, 저전력 저성능의 마이크로 컨트롤러 기반 IoT 기기에 기존 암호 기술을 그대로 사용하기 어렵기 때문에 다양한 경량 암호 기술이 등장하게 되었다. 최근 경량 블록 암호 알고리즘에 대한 연구는 꾸준히 증가하고 있지만, 경량 메시지 인증 코드에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 다양한 메시지 인증 코드에 대한 분류 분석을 통해 향후 메시지 인증 코드의 발전 방향에 대해 제시한다. 또한, 기반 기술별 대표 알고리즘을 실제 마이크로 컨트롤러에 구현 실험하여 저사양 환경에서의 알고리즘 성능 저하를 실증적으로 검증한다.
본 논문에서는 카오스 신호를 이용하여 음성신호의 보안전송을 위한 아날로그 비화통신 시스템을 제안하고 통신성능을 분석하였다. 기존의 카오스 동기화 및 카오스 변조통신 알고리즘을 개선하여 통신환경에서 발생하는 다양한 조건들을 적용하여 음성신호의 복원능력을 모의실험 하였다. 일반적인 PC(Pecora & Carroll) 제어기법과 제안한 SFB(Self-FeedBack) 마스킹 기법을 사용하여 송신단에서 음성신호를 카오스 신호로 마스킹하여 변조하고, 통신채널에 잡음신호를 추가하여 전송하였다. 수신단에서는 카오스 응답시스템을 이용하여 음성신호를 복조하고, 복원성능을 계산하기 위하여 아날로그 복원 에러 신호의 평균전력을 제안하여 계산하였다. 실험결과 마스킹 정도, 파라미터들의 민감성, 채널잡음 등에 대하여 PC 제어기법보다 피드백 제어기법의 복원성능이 우수함을 정량적인 데이터로 확인할 수 있었다. 또한 로렌쯔 카오스 비화통신시스템에 사용할 경우 파라미터들의 조합으로 암호키를 구성해야 하므로 파라미터 변화율에 대응하는 복원에러율의 관계를 모의실험 값으로 구하였다.
이 논문에서는 ISO 18185 표준에 따른 컨테이너의 전자봉인과 출발지부터 목적지에 도달할 때까지 화물의 보안 상태를 감시하는 컨테이너 안전수송 감시 시스템의 구현 결과를 기술한다. 전자봉인 표준의 경우 기밀성(confidentiality)에 대한 사양이 정의되어 있지 않아 도청과 같은 보안공격에 취약하다. 이를 위해 RC5와 AES-128 표준에 따른 암호화/복호화 기능을 구현하고 그 성능을 비교하였다. 실험결과는 암 복호화 시간 지연에서 RC5가 우수함을 보였다. 아울러 데이터의 길이가 증가 할수록, 낮은 CPU 성능에서는 더욱 유리하다. 그러나 Tag와 리더 사이의 통신시간을 포함한 응답시간에서는 암호화 처리시간이 차지하는 비중이 1% 미만으로 RC5와 AES-128 사이에 의미있는 성능 차이가 없어 두 사양 모두 사용 가능함을 확인하였다.
본 연구에서는 완전동형암호로 암호화된 데이터에 적용할 수 있는 가산기 및 다수개의 데이터를 가산할 때 적용할 수 있는 성능이 향상된 가산 방법을 제안한다. 제안 산술 가산기는 기존의 하드웨어 기반의 산술 가산기 중 최적 회로단계(level)를 가지는 Kogge-Stone Adder 방법을 기반으로 하며, 완전동형암호가 제공하는 암호학적 SIMD(Single Instruction for Multiple Data) 기법을 적용하기에 적합하게 설계되었다. 제안한 다수 가산 방법은 완벽한 가산 결과를 보장하는 Kogge-Stone Adder를 반복적으로 사용하여 다수개의 데이터를 가산하지 않고, 3개 이상의 수를 더해야 할 경우, Full-Adder를 이용하여 3개의 수를 최종 C(Carry-out)과 논리합의 결과인 S(Sum) 의 두 개로 줄인다. 이러한 과정을 반복하여 최종적으로 두 개의 수를 더할 경우에만 Kogge-Stone Adder를 사용하여 가산하는 방법이다. 제안 방법은 더하고자 하는 데이터의 개수가 많아질수록 성능이 비약적으로 향상되었고, 이를 실험을 통해 검증한다.
본 논문에서는 AES Rijndael 블록 암호 알고리즘을 구현하는 고속 암호 프로세서를 설계하였다. 기존 Rijndael 알고리즘의 고속 동작을 제약하는 라운드 키 계산에 따른 성능 저하 문제를 제거하기 위해, 연산 라운드 구조를 수정하여 라운드 키 계산 동작을 1 라운드 이전에 온라인 방식으로 처리하는 방식을 사용하였다. 그리고 128, 192, 256 비트 키를 지원하는 모듈화된 라운드 키 생성회로를 설계하였다. 설계된 암호 프로세서는 라운드 당 1 클록을 사용하는 반복 연산 구조를 갖고 있으며, 다양한 응용 분야에 적용하기 위해 기존 ECB, CBC 모드와 함께 AES의 새로운 동작 모드로 고려되고 있는 CTR 모드를 지원한다. Verilog HDL로 모델링된 암호 프로세서는 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS 공정의 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 약 51,000개의 게이트로 구성되며, 시뮬레이션 결과 7.5ns의 최대 지연을 가지고 있어서 2.5V 전압에서 125Mhz의 동작 주파수를 갖는다. 설계된 프로세서는 키 길이가 128 비트인 ECB 모드인 경우 약 1.45Gbps의 암.복호율의 성능을 갖는다.
최근 들어 개인 정보 보호의 중요성에 대한 인식이 매우 높아지고 있다. 많은 국가에서 개인정보 보호에 관련한 법규를 새로이 제정하고 있으며 이제 개인 신상에 관련된 데이터를 보호하는 것은 단순한 기업 이미지 관리 차원이 아닌 법적인 의무가 되었다. 대부분의 기업의 세일즈 데이터베이스에는 예외 없이 고객의 이름, 주소, 신용카드번호와 같은 정보가 저장되어 있다. 개인 정보는 개인 신상에 관한 민감한 정보이고, 또한 기업의 전략적인 자산이며, 따라서 기업은 개인 정보를 사전 예방차원에서 안정적으로, 그리고 포괄적으로 보호하기 위한 모든 노력을 다해야 한다. 그러나 만일 데이터베이스 관리자의 패스워드 보안이 뚫린다면 속수무책일 수밖에 없다. 이를 위해서 데이터베이스 암호화는 반드시 필요하다. 그러나 암호화의 결과 데이터베이스의 성능에 문제가 될 수 있고 또한, 암호화로 인하여 기존의 SQL 언어에서의 영역(range) 질의에 제한이 있다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하여 암호화된 데이터를 효과적으로 질의하기 위한 방법을 본 논문에서 제안하였다.
최근 데이터베이스의 크기가 점차 증가하고 있다. 기업에서는 데이터베이스 관리의 어려움으로 인하여 클라우드 형태로 아웃소싱하고 있으며, 이때 클라우드 서비스업체에 의해 관리되는 데이터베이스의 보안은 매우 중요하다. 데이터베이스 내의 중요 정보를 보호하기 위해서는 암호화하는 것이 최선의 방법이지만, 일단 암호화되고 난 후에는 더 이상 검색하기 어려워진다. 암호화된 데이터베이스에서의 검색 성능은 암호화 방법과 검색 방법에 의해 좌우된다. 본 논문에서는 가변길이의 키워드 인덱스와 블룸필터를 사용하여, 클라우드 서비스업체의 관리하의 데이터베이스에 대한 암호화 방법 및 효율적인 검색 방법을 제안한다. 마지막으로 제안된 방법이 데이터베이스 암호화 및 관련 응용분야에 유용하게 사용될 수 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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