• 전기학회논문지P
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• 제67권1호
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• pp.9-14
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• 2018

In this paper, we introduce an AES-based security chip for the embedded system of Internet of Things(IoT). We used Verilog HDL to implement the AES algorithm in FPGA. The designed AES module creates 128-bit cipher by encrypting 128-bit plain text and vice versa. RTL simulations are performed to verify the AES function and the theory is compared to the results. An FPGA emulation was also performed with 40 types of test sequences using two Altera DE0-Nano-SoC boards. To evaluate the performance of security algorithms, we compared them with AES implemented by software. The processing cycle per data unit of hardware implementation is 3.9 to 7.7 times faster than software implementation. However, there is a possibility that the processing speed grow slower due to the feature of the hardware design. This can be solved by using a pipelined scheme that divides the propagation delay time or by using an ASIC design method. In addition to the AES algorithm designed in this paper, various algorithms such as IPSec can be implemented in hardware. If hardware IP design is set in advance, future IoT applications will be able to improve security strength without time difficulties.

• ETRI Journal
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• 제33권4호
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• pp.611-620
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• 2011

Since card-type one-time password (OTP) generators became available, power and area consumption has been one of the main issues of hardware OTPs. Because relatively smaller batteries and smaller chip areas are available for this type of OTP compared to existing token-type OTPs, it is necessary to implement power-efficient and compact dedicated OTP hardware modules. In this paper, we design and implement a low-power small-area hardware OTP generator based on the Advanced Encryption Standard (AES). First, we implement a prototype AES hardware module using a 350 nm process to verify the effectiveness of our optimization techniques for the SubBytes transform and data storage. Next, we apply the optimized AES to a real-world OTP hardware module which is implemented using a 180 nm process. Our experimental results show the power consumption of our OTP module using the new AES implementation is only 49.4% and 15.0% of those of an HOTP and software-based OTP, respectively.

• ETRI Journal
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• 제29권6호
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• pp.820-822
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• 2007

ARIA and the Advanced Encryption Standard (AES) are next generation standard block cipher algorithms of Korea and the US, respectively. This letter presents an area-efficient unified hardware architecture of ARIA and AES. Both algorithms have 128-bit substitution permutation network (SPN) structures, and their substitution and permutation layers could be efficiently merged. Therefore, we propose a 128-bit processor architecture with resource sharing, which is capable of processing ARIA and AES. This is the first architecture which supports both algorithms. Furthermore, it requires only 19,056 logic gates and encrypts data at 720 Mbps and 1,047 Mbps for ARIA and AES, respectively.

• 전기전자학회논문지
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• 제22권1호
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• pp.38-45
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• 2018

ARIA, AES 블록암호와 Whirlpool 해시함수를 단일 하드웨어 구조로 통합하여 효율적으로 구현한 크립토 프로세서에 대해 기술한다. ARIA, AES, Whirlpool의 알고리듬 특성을 기반으로 치환계층과 확산계층의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. Whirlpool 해시의 라운드 변환과 라운드 키 확장을 위해 라운드 블록이 시분할 방식으로 동작하도록 설계하였으며, 이를 통해 하드웨어 경량화를 이루었다. ARIA-AES-Whirlpool 통합 크립토 프로세서는 Virtex5 FPGA에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 68,531 GE로 구현되었다. 80 MHz 클록 주파수로 동작하는 경우에, ARIA, AES 블록암호는 각각 602~787 Mbps, 682~930 Mbps, 그리고 Whirpool 해시는 512 Mbps의 성능을 갖는 것으로 예측되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권8호
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• pp.67-74
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• 2008

다양한 하드웨어 공유 및 최적화 방법을 적용하여 저면적/고성능 AES(Advanced Encryption Standard) 암호/복호 프로세서를 설계하였다. 라운드 변환블록 내부에 암호연산과 복호연산 회로의 공유 및 재사용과 함께 라운드 변환블록과 키 스케줄러의 S-Box 공유 등을 통해 회로 복잡도가 최소화되도록 하였으며, 이를 통해 S-Box의 면적을 약 25% 감소시켰다. 또한, AES 프로세서에서 가장 큰 면적을 차지하는 S-Box를 합성체 $GF(((2^2)^2)^2)$ 연산을 적용하여 구현함으로써 $GF(2^8)$ 또는 $GF((2^4)^2)$ 기반의 설계에 비해 S-Box의 면적이 더욱 감소되도록 하였다. 64-비트 데이터패스의 라운드 변환블록과 라운드 키 생성기의 동작을 최적화시켜 라운드 연산이 3 클록주기에 처리되도록 하였으며, 128비트 데이터 블록의 암호화가 31 클록주기에 처리되도록 하였다. 설계된 AES 암호/복호 프로세서는 약 15,870 게이트로 구현되었으며, 100 MHz 클록으로 동작하여 412.9 Mbps의 성능이 예상된다.

• 정보보호학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.1065-1078
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• 2014

IPSec 기반의 VPN에서는 데이터의 암호화 안전성 및 성능을 고려하였을 때 대칭키 기반의 AES 알고리즘의 성능이 가장 우수하다고 할 수 있다. 하지만 IPSec 기반 VPN에서 AES 알고리즘을 사용할 때 VPN의 성능은Cavium Networks사의 OCTEON Card 시리즈 같은 고가의 하드웨어 암호화 가속화 카드를 사용해도 동일한 하드웨어를 사용하는 방화벽의 절반의 성능도 내지 못하는 것을 알 수 있다. 2008년 인텔에서는 인텔 CPU에서 AES 알고리즘의 성능을 향상시키기 위해 AES-NI 7개의 명령어 집합을 발표하였다. 본 논문에서는 인텔 CPU의 AES-NI 7개의 명령어 집합을 사용 할 경우 IPSec 기반 VPN에서 실제로 성능이 얼마나 향상되는 지 검증 한다.

• 전기전자학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.45-51
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• 2015

최근 IoT(Internet of Things) 기기를 위한 근거리 무선 네트워크 시스템이 널리 활용되면서 점차 보안의 필요성이 증가하고 있다. 본 논문에서는 IEEE 802.15.4 호환 WPAN 기기를 위한 낮은 복잡도를 갖는 128-bit AES-$CCM^*$ 하드웨어를 효율적으로 구현하였다. WPAN 기기에서는 하드웨어 자원과 전력 소모가 매우 제한되기 때문에, 다양한 최적화 기법을 적용하여 낮은 복잡도를 갖는 AES-$CCM^*$ 하드웨어를 구현해야 한다. 본 논문은 하드웨어의 복잡도를 줄이기 위해 composite field 연산을 채택하면서 8-bit 데이터 패스를 갖는 folded AES processing core를 제안한다. 또한 IEEE 802.15.4 표준에서 정의된 $CCM^*$ 모드를 지원하기 위해 적은 하드웨어 자원을 사용하며 응답시간이 빠른 토글 구조의 AES-$CCM^*$ 제안한다. 본 논문에서 제안된 AES-$CCM^*$ 하드웨어는 기존의 하드웨어의 57%에 해당하는 게이트 수로 구현가능하다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2017년도 추계학술대회
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• pp.578-580
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• 2017

IoT 기술의 발전으로 IoT 기기들 사이의 통신에 보안이 중요해지고 있으며, 다양한 보안 알고리즘을 사용하고 있다. 많은 대칭 키 알고리즘 중에 AES (Advanced Encryption Standard) 알고리즘은 높은 보안성으로 지금까지 사용하고 있다. 본 논문에서는 효율적인 AES 알고리즘의 하드웨어 구조를 제안한다. 제안하는 하드웨어 구조는 암호화 모듈과 키 생성 모듈에 4단 파이프라인 구조를 적용하여, 높은 처리량과 낮은 지연시간을 가진다. 총 512비트의 일반 텍스트를 46 사이클에 처리가 가능하다. 제안하는 하드웨어 디자인은 65nm 공정에서 1.18GHz의 최대 주파수와 13Gbps의 처리량을 가지며, 180nm 공정에서 800MHz의 최대 주파수와 8.9Gbps의 처리량을 가진다.

• 정보보호학회논문지
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• 제29권4호
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• pp.739-751
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• 2019

임베디드 기기의 보안성이 주요한 문제로 부상하고 있다. 관련된 문제 중 특히 공급망 공격은 국가 간의 분쟁으로 이어질 수 있어 심각한 문제로 대두되고 있다. 공급망 공격을 완화하기 위하여 하드웨어 구성요소, 특히 AES와 같은 암호 모듈에 대한 CC(Common Criteria) EAL(Evaluation Assurance Level) 5 이상 고등급 보안성 인증 및 평가가 필요하다. 고등급 보안성 인증 및 평가를 위하여 암호 모듈에 대한 은닉 채널, 즉 백도어를 탐지하는 것이 필요하다. 그러나 기존의 연구로는 암호 모듈 그 중 AES의 비밀 키를 복구시킬 수 있는 정보가 유출되는 백도어를 탐지하지 못하는 한계가 있다. 따라서 본 논문은 기존의 하드웨어 AES 모듈 백도어의 정의를 확장하여 개선시킨 새로운 정의를 제안하고자 한다. 또한, 이 정의를 이용하여 기존 연구가 탐지하지 못했던 백도어를 탐색하는 과정을 제시한다. 이 탐색 과정은 Verilog HDL (Hardware Description Language)로 표현된 AES 모듈을 정형 기법 도구인 모델 체커(Model Checker) NuSMV를 이용하여 검증하는 것으로 백도어를 탐색한다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제7권7호
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• pp.1478-1482
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• 2003

In this paper. Rijndael cipher algorithm is implemented by a hardware. It was selected as the AES(Advanced Encryption Standard) by NIST. It has structure that round operation divided into 2 subrounds and subrounds are pipelined to calculate efficiently. It takes 5 clocks for one-round. The AES-128 cipher algorithm is implemented for hardware by ALTERA FPGA, and, analyzed the performance. The AES-128 cipher algorithm has approximately 424 Mbps encryption rate for 166Mhz max clock frequency. In case of decryption, it has 363 Mbps decryption rate fu 142Mhz max clock frequency. In case of cipher core, it has 320Mbps encryptionㆍdecryption rate for 125Mhz max clock frequency.