• 한국정보통신학회논문지
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• 제11권7호
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• pp.1332-1340
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• 2007

본 논문에서는 휴대인터넷 와이브로 (WiBro) 시스템의 보안계층 중 암호 키 (Traffic Encryption Key; TEK)를 암호 복호하는 key wrap/unwrap 알고리듬의 효율적인 하드웨어 설계에 대해 기술한다. 설계된 key wrap/unwrap 코어 (WB_KeyWuW)는 AES (Advanced Encryption Standard) 알고리듬을 기반으로 하고 있으며, 128비트의 TEK를 128비트의 KEK (Key Encryption Key)로 암호화하여 192비트의 암호화된 키를 생성하고, 192비트의 암호화된 키를 복호화하여 128비트의 TEK로 복호하는 기능을 수행한다. 효율적인 하드웨어 구현을 위해 라운드 변환 블록에 하드웨어 공유기법을 적용하여 설계하였으며, 또한 하드웨어 복잡도에 가장 큰 영향을 미치는 SubByte/InvSubByte 블록을 체 변환 방법을 적용하여 구현하였다. 이를 통해, LUT (Lookup Table)로 구현하는 방식에 비해 약 25%의 게이트 수를 감소시켰다. Verilog-HDL로 설계된 WB_KeyWuW 코어는 약 14,300개의 게이트로 구현되었으며, 100-MHz@3.3-V의 클록으로 동작하여 $16{\sim}22-Mbps$의 성능이 예상되어 와이브로 시스템 보안용 하드웨어 구현을 위한 IP로 사용될 수 있다.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2005년도 추계종합학술대회
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• pp.591-594
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• 2005

This paper describes a design of AES-based CCM Protocol for IEEE 802.11i Wireless LAN Security. The CCMP core is designed with 128-bit data path and iterative structyre which uses 1 clock cycle per round operation. To maximize its performance, two AES cores are used, one is for counter mode for data confidentiality and the other is for CBC(Cipher Block Chaining) mode for authentication and data integrity. The S-box that requires the largest hardware in AES core is implemented using composite field arithmetic, and the gate count is reduced by about 23% compared with conventional LUT-based design. The CCMP core designed in Verilog-HDL has 35,013 gates, and the estimated throughput is about 768Mbps at 66-MHz clock frequency.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제6권11호
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• pp.225-234
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• 2006

본 논문에서는 콘텐츠 보호의 암호화를 위해 ECC, MD-5, AES를 통합한 보안 프로세서를 SIP (Semiconductor Intellectual Property)로 설계하였다. 각각의 SIP는 VHDL RTL로 모델링하였으며, 논리합성, 시뮬레이션, FPGA 검증을 통해 재사용이 가능하도록 구현하였다. 또한 ARM9과 SIP들이 서로 통신이 가능하도록 AMBA AHB의 스펙에 따라 버스동작모델을 설계, 검증하였다. 플렛폼기반의 통합 보안 SIP는 ECC, AES, MD-5가 내부 코어를 이루고 있으며 각각의 SIP들은 ARM9과 100만 게이트 FPGA가 내장된 디바이스를 사용하여 검증하였으며 최종적으로 매그나칩 $0.25{\mu}m(4.7mm{\times}4.7mm$) CMOS 공정을 사용하여 MPW(Multi-Project Wafer) 칩으로 제작하였다.

• ETRI Journal
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• 제42권2호
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• pp.205-216
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• 2020

An arbiter physical unclonable function (APUF) has exponential challenge-response pairs and is easy to implement on field-programmable gate arrays (FPGAs). However, modeling attacks based on machine learning have become a serious threat to APUFs. Although the modeling-attack resistance of an MA-APUF has been improved considerably by architecture modifications, the response generation method of an MA-APUF results in low uniqueness. In this study, we demonstrate three design problems regarding the low uniqueness that APUF-based strong PUFs may exhibit, and we present several foundational principles to improve the uniqueness of APUF-based strong PUFs. In particular, an improved MA-APUF design is implemented in an FPGA and evaluated using a well-established experimental setup. Two types of evaluation metrics are used for evaluation and comparison. Furthermore, evolution strategies, logistic regression, and K-junta functions are used to evaluate the security of our design. The experiment results reveal that the uniqueness of our improved MA-APUF is 81.29% (compared with that of the MA-APUF, 13.12%), and the prediction rate is approximately 56% (compared with that of the MA-APUF (60%-80%).

• International Journal of Computer Science & Network Security
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• 제22권9호
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• pp.414-426
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• 2022

Elliptic Curve Cryptography (ECC) is one of the finest cryptographic technique of recent time due to its lower key length and satisfactory performance with different hardware structures. In this paper, a High Throughput Multiplier architecture is introduced for Elliptic Cryptographic applications based on concurrent computations. With the aid of the concurrent computing approach, the High Throughput Concurrent Computation (HTCC) technology that was just presented improves the processing speed as well as the overall efficiency of the point-multiplier architecture. Here, first and second distinct group operation of point multiplier are combined together and synthesised concurrently. The synthesis of proposed HTCC technique is performed in Xilinx Virtex - 5 and Xilinx Virtex - 7 of Field-programmable gate array (FPGA) family. In terms of slices, flip flops, time delay, maximum frequency, and efficiency, the advantages of the proposed HTCC point multiplier architecture are outlined, and a comparison of these advantages with those of existing state-of-the-art point multiplier approaches is provided over GF(2¹⁶³), GF(2²³³) and GF(2²⁸³). The efficiency using proposed HTCC technique is enhanced by 30.22% and 75.31% for Xilinx Virtex-5 and by 25.13% and 47.75% for Xilinx Virtex-7 in comparison according to the LC design as well as the LL design, in their respective fashions. The experimental results for Virtex - 5 and Virtex - 7 over GF(2²³³) and GF(2²⁸³)are also very satisfactory.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권8호
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• pp.2952-2965
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• 2023

Advanced reactors, such as Small Modular Reactors or existing Nuclear Power Plants, often use Field Programmable Gate Array (FPGA) based controllers in new Instrumentation and Control (I&C) system architectures or as an alternative to existing analog-based I&C systems. Compared to CPU-based Programmable Logic Controllers (PLCs), FPGAs offer better overall performance. However, programming functions on FPGAs can be challenging due to the requirement for a hardware description language that does not explicitly support the operation of real numbers. This study aims to implement the Reactor Trip (RT) functions of the existing analog-based Reactor Protection System (RPS) using FPGAs. The RT equations for Overtemperature delta Temperature and Overpower delta Temperature involve dynamic compensators expressed with the Laplace transform variable, 's', which is not directly supported by FPGAs. To address this issue, the trip equations with the Laplace variable in the continuous-time domain are transformed to the discrete-time domain using the Z-transform. Additionally, a new operation based on a relative value for the equation range is introduced for the handling of real numbers in the RT functions. The proposed approach can be utilized for upgrading the existing analog-based RPS as well as digitalizing control systems in advanced reactor systems.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.798-803
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• 2005

본 논문은 IEEE 802.11i 무선 랜 보안을 위한 AES(Advanced Encryption Standard) 기반 CCMP Core의 설계에 대해서 기술한다. 설계된 CCMP 코어는 데이터 기밀성을 위한 counter 모드와 사용자 인증 및 데이터 무결성 검증을 위한 CBC(Cipher Block Chaining) 모드가 두개의 AES 암호 코어로 병렬 처리되도록 함으로써 전체 성능의 최적화를 이루었다. AES 암호 코어의 하드웨어 복잡도에 가장 큰 영향을 미치는 S-box를 composite field 연산방식을 적용하여 설계함으로써 기존의 LUT(Lookup Table)로 구현하는 방식에 비해 게이트 수가 약 $20\%$ 감소되도록 하였다. 0.25-um CMOS cell 라이브러리로 합성한 결과 13,360개의 게이트로 구현되었으며, 54-MHz의 클럭으로 안전하게 동작하여 168 Mbps의 성능이 예상된다. 설계된 CCMP코어는 Altera Excalibur SoC 칩에 구현하여 동작을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.89-96
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• 2003

본 연구에서는 정지궤도 통신위성의 보안을 위해 CCSDS 원격명령(Telecommand) 암호복호기를 구현하였다. CCSDS 원격명령 데이터링크(Datalink)의 보안 기밀성(Confidentiality)을 위해 데이터링크 계층(Layer)내의 트랜스퍼 부계층(Transfer Sublayer) 다음에서 암호화를 행하는 Option-A를 선정하고 64-비트 코드블록(Codeblock)에서 56-비트 데이터 비트의 암호화를 위해 DES CFB 모드를 사용하였다. A54X32 FPGA에 구현된 DES CFB 로직은 원격명령 암호복호기의 기능 검증을 위한 인터페이스 및 제어 로직과 함께 PCB 보드에 구현하였다. 기능시험용 PC를 사용하여 암호화된 원격명령을 생성하고 암호복호기에 전송한 뒤 복호화한 뒤 기능시험용 PC에 피드백하고 전송한 코드블록과 비교한다. 수행코드에 해당하는 릴레이 구동에 의한 LED ON 동작 및 측정된 코드블록 파형과 시뮬레이션 파형의 비교를 통해 원격명령 암호복호기의 기능을 검증하였다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2005년도 춘계종합학술대회
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• pp.367-370
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• 2005

본 논문은 IEEE 802.11i 무선 랜 보안을 위한 AES(Advanced Encryption Standard) 기반 CCMP Core의 설계에 대해서 기술한다. 설계된 CCMP 코어는 데이터 기밀성을 위한 counter 모드와 사용자 인증 및 데이터 무결성 검증을 위한 CBC(Cipher Block Chaining) 모드가 두개의 AES 암호 코어로 병렬 처리되도록 함으로써 전체 성능의 최적화를 이루었다. AES 암호 코어의 하드웨어 복잡도에 가장 큰 영향을 미치는 S-box를 composite field 연산방식을 적용하여 설계함으로써 기존의 LUT(Lookup Table)로 구현하는 방식에 비해 게이트 수가 약 25% 감소되도록 하였다. 0.25-um CMOS cell 라이브러리로 합성한 결과 15,450개의 게이트로 구현되었으며, 50-MHz의 클럭으로 안전하게 동작하여 128 Mbps의 성능이 예상된다. 설계된 CCMP코어는 Altera Excalibur SoC 칩에 구현하여 동작을 검증하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제12권11호
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• pp.2031-2038
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• 2008

무선 USB 시스템의 호스트-디바이스 간에 4-way handshake 상호 인증을 위한 PRF(Pseudo Random Function)-256, PRF-64 및 데이터 암/복호 기능을 수행하는 저면적 고속 인증/보안 프로세서 (WUSB_Sec) IP를 설계하였다. PRF-256과 PRF-64는 CCM(Counter mode with CBC-MAC) 연산을 기반으로 구현되며, CCM은 AES(Advanced Encryption Standard) 암호 코어 2개를 사용하여 CBC 모드와 CTR 모드가 병렬로 처리되도록 설계되었다. WUSB_Sec 프로세서의 핵심 블록인 AES 암호 코어는 합성체 GF$(((2^2)^2)^2)$ 연산 기반의 S-Box로 설계되었으며, SubByte 블록과 키 스케줄러가 S-Box를 공유하도록 설계하여 약 10%의 면적을 감소시켰다. 설계된 WUSB_Sec IP는 약 25,000 게이트로 구현되었으며, 120MHz에 서 동작하여 480Mbps의 성능을 갖는다.