Cheol Ryu;Jae-Ho Lee;Do-Hyung Kim;Hyung-Seok Lee;Young-Sae Kim;Jin-Hee Han;Jeong-nyeo Kim
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제18권7호
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pp.1953-1967
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2024
Lately, there has been a notable surge in the defense industry's efforts to develop highly advanced intelligent systems. These systems encompass sophisticated computing platforms that boast an impressive level of autonomy. However, it's important to acknowledge that these very systems are not impervious to vulnerabilities stemming from both hardware and software tampering. Within the context of this discourse, our focus of the survey is directed towards the hardware security module. This component stands out for its capability to offer a significantly heightened level of protection when compared to conventional software-based techniques. Through the lens of this paper, we embark on a comprehensive survey of Trusted Platform Module (TPM), a hardware security module, shedding light on its potential to fortify the defense against threats that emerge from various vectors of attack.
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.
In this work, a hardware based cryptographic module for the cyber security of nuclear power plant is developed using a system engineering approach. Nuclear power plants are isolated from the Internet, but as shown in the case of Iran, Man-in-the-middle attacks (MITM) could be a threat to the safety of the nuclear facilities. This FPGA-based module does not have an operating system and it provides protection as a firewall and mitigates the cyber threats. The encryption equipment consists of an encryption module, a decryption module, and interfaces for communication between modules and systems. The Advanced Encryption Standard (AES)-128, which is formally approved as top level by U.S. National Security Agency for cryptographic algorithms, is adopted. The development of the cyber security module is implemented in two main phases: reverse engineering and re-engineering. In the reverse engineering phase, the cyber security plan and system requirements are analyzed, and the AES algorithm is decomposed into functional units. In the re-engineering phase, we model the logical architecture using Vitech CORE9 software and simulate it with the Enhanced Functional Flow Block Diagram (EFFBD), which confirms the performance improvements of the hardware-based cryptographic module as compared to software based cryptography. Following this, the Hardware description language (HDL) code is developed and tested to verify the integrity of the code. Then, the developed code is implemented on the FPGA and connected to the personal computer through Recommended Standard (RS)-232 communication to perform validation of the developed component. For the future work, the developed FPGA based encryption equipment will be verified and validated in its expected operating environment by connecting it to the Advanced power reactor (APR)-1400 simulator.
The block cipher ARIA has been threatened by side-channel analysis, and much research on countermeasures of this attack has also been produced. However, studies on countermeasures of ARIA are focused on software implementation, and there are no reports about hardware designs and their performance evaluation. Therefore, this article presents an advanced masking algorithm which is strong against second-order differential power analysis (SODPA) and implements a secure ARIA hardware. As there is no comparable report, the proposed masking algorithm used in our hardware module is evaluated using a comparison result of software implementations. Furthermore, we implement the proposed algorithm in three types of hardware architectures and compare them. The smallest module is 10,740 gates in size and consumes an average of 47.47 ${\mu}W$ in power consumption. Finally, we make ASIC chips with the proposed design, and then perform security verification. As a result, the proposed module is small, energy efficient, and secure against SODPA.
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.
바이오 보안토큰은 바이오 인식 센서와 바이오인식 정보를 처리할 수 있는 MCU, 보안토큰으로 구성된 USB 형태의 하드웨어 기기로서, 기기 내부에서 바이오인식 센서로 가입자의 바이오인식 정보를 추출하여 보안토큰에 안전하게 저장하며, 사용자 인증시 바이오인식 센서로 부터 취득된 바이오인식 정보와 저장되어 있는 바이오인식 정보를 기기내부 MCU에서 매칭하여 사용자를 인증하는 독립된 하드웨어 보안모듈이다. 기존의 보안토큰이 제공하는 개인인증기법이 ID/패스워드에 기반한 방법이므로 이의 유출로 인해 생길 수 있는 피해를 최소화하고, 고의적인 공인인증서의 오용을 막을 수 있도록 높은 수준의 사용자인증기법을 제공한다. 이에 본 논문에서는 공개키기반구조(PKI: Public Key Infrastructure)를 연동한 바이오보안 토큰의 이용에 있어서 사용자의 바이오인식 정보를 보호하면서 바이오인식 정보를 이용하여 보안 수준이 높은 사용자 인증이 가능한 기법을 제시한다.
최근 들어, 스마트 단말에서 지불, 인터넷 뱅킹 등 금융업무와 관련된 중요한 정보들을 다루는 경우가 많아졌다. 또한 스마트 단말의 실행환경이 공개 소프트웨어 환경 위주로 발전하면서, 사용자들이 임의의 응용소프트웨어를 다운받아 사용하는 것이 용이하게 됨에 따라, 스마트 단말이 보안적 측면에서 취약하게 되었다. 본 논문에서는 하드웨어 기반의 스마트 단말 보안 기술의 특징을 알아본다. 또한, 본 논문에서는 스마트 단말에서 실행되는 응용프로그램을 위한 MTM(Mobile Trusted Module) 하드웨어기반의 안전한 스마트 단말 실행환경에 대한 구현방법을 제안한다.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제6권2호
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pp.133-139
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2017
Vehicles have increasingly evolved and become intelligent with convergence of information and communications technologies (ICT). Vehicle communications (VC) has become one of the major necessities for intelligent vehicles. However, VC suffers from serious security problems that hinder its commercialization. Hence, the IEEE 1609 Wireless Access Vehicular Environment (WAVE) protocol defines a security service for VC. This service includes Advanced Encryption Standard-Counter with CBC-MAC (AES-CCM) for data encryption in VC. A high-speed AES-CCM crypto module is necessary, because VC requires a fast communication rate between vehicles. In this study, we propose and implement an efficient AES-CCM hardware architecture for high-speed VC. First, we propose a 32-bit substitution table (S_Box) to reduce the AES module latency. Second, we employ key box register files to save key expansion results. Third, we save the input and processed data to internal register files for secure encryption and to secure data from external attacks. Finally, we design a parallel architecture for both cipher block chaining message authentication code (CBC-MAC) and the counter module in AES-CCM to improve performance. For implementation of the field programmable gate array (FPGA) hardware, we use a Xilinx Virtex-5 FPGA chip. The entire operation of the AES-CCM module is validated by timing simulations in Xilinx ISE at a speed of 166.2 MHz.
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.
모바일 단말기의 확산과 더불어 많은 조직에서 직원과 방문자의 업무 효율과 보안을 위해 BYOD 개념을 MDM을 활용하여 구현하고 있다. 그러나 응용 수준에서의 단말기 장치 통제는 보안의 근본적 해결책이 될 수 없다는 문제점이 발생한다. 본 논문은 보다 근본적이고 유연한 보안 정책을 수립하는 방법으로서 모바일 단말기의 커널 수준에서 리눅스 보안 모듈(Linux Security Module)을 사용하여 강제적 접근 제어 방식으로 단말기 장치를 통제하는 방식과 절차를 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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