• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
• /
• 제12권6호
• /
• pp.181-188
• /
• 2023

Grover 양자 알고리즘은 brute-force attack 가속화로 대칭키 암호의 보안 강도를 크게 감소시키므로 기존 블록 암호가 양자 컴퓨터에 안전하지 않을 것이라 예상한다. 따라서 대상 암호에 대한 양자회로 구현을 통해 Post-quantum 보안 강도를 확인하여 대규모 양자 컴퓨터 시대에 대비할 수 있다. 본 논문에서는 모든 SIMECK 경량 암호군에 대해 양자 자원(큐비트, 양자 게이트)을 최소화 한 기법으로 설계된 최적의 양자회로 구현 결과를 제시하고 각 함수별 양자 회로 동작을 설명한다. 마지막으로 제안된 SIMECK 양자회로에 대한 양자자원 추정 결과를 SIMON 양자 회로 결과와 비교하고 Grover 공격 비용을 계산하여 SIMECK 경량암호의 Post-quantum 보안 강도를 평가한다. Post-quantum 보안 강도 평가 결과 모든 SIMECK 경량 암호군이 NIST 보안 강도에 도달하지 못했다. 따라서 대규모 양자 컴퓨터 등장 시 SIMECK 암호의 안전성이 불명확하다고 예상하며 이에 대해 본 논문에서는 보안 강도를 높이기 위한 방안으로 블록사이즈 및 라운드 수와 키 길이를 증가시키는 것이 적합하다고 판단한다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제31권3호
• /
• pp.423-431
• /
• 2021

SPECK과 SIMON은 NSA(National Security Agency)에서 개발한 경량블록암호이며 SIMECK은 SPECK과 SIMON의 장점을 결합하여 만든 새로운 경량블록암호이다. 본 논문에서는 SPECK, SIMON, SIMECK을 사용한 대용량 암호화를 구현 하는데 있어 병렬 처리에 용이한 GPU를 활용하였다. NVIDIA에서 제공하는 CUDA 라이브러리를 활용하였으며 불필요한 연산들을 제거하기 위해 CUDA 어셈블리 언어 PTX를 사용하여 성능을 극대화 하였다. 단순 CPU 구현과 GPU를 활용한 구현 결과를 비교해보았을 때, 더 빠른 속도로 대용량 암호화를 수행할 수 있었다. 또한 GPU 구현 시, C언어를 사용한 구현과 PTX를 사용한 구현을 비교해 보았을 때, PTX 사용 시, 성능이 더욱 증가하는 것을 확인하였다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제29권3호
• /
• pp.477-489
• /
• 2019

본 논문에서는 마르코프 암호 가정 하에 구한 기대 차분 확률과 차분 확률의 분포를 실험적으로 검증한다. 첫 번째로, 마르코프 암호 가정 하에 구한 기대 차분 확률과 실험을 통해 구한 확률이 일치하는지를 경량 블록암호 PRESENT의 6라운드에 적용하여 타당함을 보인다. 두 번째로, 마르코프 암호 가정 하에 구한 기대 차분 확률에 통계적으로 근사하지만, 차분 확률의 알려진 분포를 따르지 않는 경우가 있음을 경량 블록암호 GIFT의 4라운드에 적용하여 실험적으로 보인다. 마지막으로 키 스케줄이 표본 추출 모델을 통한 고정키의 차분 확률의 분포에 영향을 미치는지를 분석하기 위해 GIFT의 라운드 키의 XOR 위치와 개수를 바꾸어 얻은 차분 확률들을 제시한다. 이 결과를 통해 표본 추출 가정에 키 스케줄만의 유일한 영향이 아님을 알 수 있다. 통계적 분석을 위한 데이터 수집은 GPGPU 기술을 활용하여 CPU만을 이용한 프로그램에 비해 약 157배 빠르게 수행할 수 있었다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제30권3호
• /
• pp.325-336
• /
• 2020

비선형 불변 공격은 비교적 간단한 구조의 키 스케줄을 갖는 경량 블록암호에서 필수적으로 고려되어야 할 공격이다. 간단한 구조의 키 스케줄을 갖는 경량 블록암호가 비선형 불변 공격에 저항성을 보이는 방법으로 가장 잘 알려진 것은 라운드 키 간의 차분 중 알려진 것들의 집합에서 선형계층에 대해 불변인 최소의 선형공간의 크기가 블록 크기와 같은지를 확인하는 것이다. 본 논문에서는 다음과 같은 연구 결과를 제시한다. 설계자 관점에서 비트 순열을 선형계층으로 사용하는 SPN 구조 경량 블록암호는 라운드 키 간의 차분의 종류가 한가지여도 비선형 불변 공격에 안전할 수 있음을 증명하고, 그러한 비트 순열의 형태와 개수를 제안한다. 또한, PRESENT 구조 블록암호는 비선형 불변 공격에 저항성을 갖기 위해 적어도 두 종류의 라운드 키 간의 차분이 필요함을 전수조사를 통해 보이며, 두 종류의 라운드 키 간의 차분을 필요로 하는 비트 순열을 사용해도 차분 공격에 대한 저항성이 오히려 증가할 수 있음을 보인다. 마지막으로 GIFT의 S-box를 사용하면서 BOGI 설계 논리를 유지하는 모든 비트 순열의 불변 성분 분포를 통해, 변형된 GIFT 구조 블록암호는 비선형 불변 공격에 저항성을 갖기 위해 적어도 8종류의 라운드 키 간의 차분이 필요함을 보인다.

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
• /
• 제11권12호
• /
• pp.453-460
• /
• 2022

고성능 양자 컴퓨터의 개발이 기대됨에 따라 잠재적인 양자 컴퓨터의 공격으로부터 안전한 양자 후 보안 시스템 구축을 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 대표적인 양자 알고리즘 중 하나인 Grover 알고리즘이 대칭키 암호의 키 검색에 사용될 경우, 암호의 보안 강도가 제곱근으로 감소되는 안전성의 문제가 발생할 수 있다. NIST는 암호 알고리즘의 공격에 필요로 하는 Grover 알고리즘의 비용을 기준으로 추정한 양자 후 보안 강도를 대칭키 암호에 대한 양자 후 보안 요구사항으로 제시하고 있다. 대칭키 암호의 공격에 대한 Grover 알고리즘의 추정 비용은 해당하는 암호화 알고리즘의 양자 회로 복잡도에 의해 결정된다. 본 논문에서는 NIST의 경량암호 공모전 최종 후보에 오른 SPARKLE의 AEAD군인 SCHWAEMM 알고리즘의 양자 회로를 효율적으로 구현하고, Grover 알고리즘을 적용하기 위한 양자 비용에 대해 분석한다. 이때, 암호화 순열 과정 중에 사용되는 덧셈기와 관련하여 CDKM ripple-carry 덧셈기와 Unbounded Fan-Out 덧셈기에 따른 비용을 같이 비교한다. 마지막으로, 분석한 비용과 NIST의 양자 후 보안 요구사항을 기반으로 경량암호 SPARKLE SCHWAEMM 알고리즘에 대한 양자 후 보안 강도를 평가한다. 양자 회로 구현 및 비용 분석에는 양자 프로그래밍 툴인 ProjectQ가 사용되었다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제25권4호
• /
• pp.719-726
• /
• 2015

최근 빅데이터와 클라우드 보안에 대한 관심이 증가함에 따라 이를 효율적으로 암호화하기 위해 경량화된 고속 암호에 대한 연구가 진행되어 왔다. 그 결과, 국가보안기술연구소에서는 경량 고속 블록 암호인 LEA를 개발하였다. 경량화 암호인 LEA를 효율적으로 암 복호화를 위해 CPU가 아닌 GPU를 이용한 고속화 연구들이 최근에 소개되었다. 그럼에도 불구하고, GPU사용에 있어서의 가이드라인에 대한 연구는 여전히 미흡하다. 본 논문에서는 LEA알고리즘이 대용량 처리를 위해 사용될 때, 효율적인 GPU를 활용한 LEA 최적화방안에 대해 제안한다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제32권5호
• /
• pp.807-816
• /
• 2022

SITM (See-In-The-Middle)은 부채널 정보를 차분 분석에 활용하는 분석 기법이다. 이 공격은 블록암호 구현시 마스킹 되지 않은 중간 라운드의 전력 파형을 수집하여 공격자의 차분 패턴을 만족하는 평문 쌍을 선별하고 이를 차분 분석에 활용하여 키를 복구한다. NIST 경량 암호 표준화 공모사업의 최종 후보 중 하나인 Romulus는 Tweakable 블록암호 Skinny-128-384+를 기반으로 한다. 본 논문에서는 SITM 공격을 14-라운드 부분 마스킹 구현된 Skinny-128-384에 적용하였다. 이 공격은 기 제안된 결과보다 depth를 한 라운드 증가한 것뿐만 아니라 시간/데이터 복잡도를 2^14.93/2^14.93으로 줄였다. Depth는 전력 파형을 수집하는 블록암호의 라운드 위치를 뜻하며, 이 공격에 대응하기 위해 부분 마스킹 기법 적용 시 필요한 적절한 마스킹 라운드 수를 측정할 수 있다. 더 나아가 공격을 Romulus의 Nonce 기반 AE 모드 Romulus-N으로 확장하였으며, Tweakey의 구조적 특징을 이용하면 Skinny-128-384보다 적은 복잡도로 공격할 수 있음을 보인다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제19권7호
• /
• pp.1608-1616
• /
• 2015

128/192/256-비트의 마스터키 길이를 지원하는 경량 블록암호 알고리듬 LEA-128/192/256의 효율적인 하드웨어 설계를 기술한다. 저면적, 저전력 LEA 프로세서 구현을 위해 세 가지 마스터키 길이에 대한 암호/복호 키 스케줄링의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. 또한, 키 스케줄러의 병렬 레지스터 구조와 새로운 동작방식을 고안하여 키 스케줄링에 소요되는 클록 수를 감소시켰으며, 이를 통해 암호/복호 동작속도를 20~30% 향상시켰다. 설계된 LEA 프로세서는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며, 113 MHz 클록으로 동작하여 마스터키 길이 128/192/256-비트 모드에서 각각 181/162/109 Mbps의 성능을 갖는 것으로 평가 되었다.

• 한국통신학회논문지
• /
• 제42권2호
• /
• pp.307-315
• /
• 2017

암호시스템에서 난수발생기는 필수적인 요소이다. 최근에 IoT, Sensor Network, SmartHome와 같은 소형 디바이스를 사용하는 환경이 등장하면서, 이에 적합한 다양한 경량 암호들이 개발되고 있다. 하지만 리소스 제한, 엔트로피 수집의 어려움 등의 문제로 인하여, 기존의 데스크 탑에 초점을 두고 만들어진 난수발생기가 제대로 동작하는 것이 어려워지고 있다. 본 논문에서 경량 환경에서 안전한 난수를 생성하는 방법으로 경량 난수발생기 설계를 소개한다. 구조는 헨켈 매트릭스와 블록암호를 사용하고 잡음원으로 센서를 사용한다. 또한 소형 디바이스 중에서 가장 대표적인 Arduino보드에 설계한 경량 난수발생기를 구현하고, 구현 결과로 센서 데이터와 최종 출력 난수의 엔트로피 값을 측정하고 평가함으로써 효율성과 안전성을 확인한다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제20권12호
• /
• pp.2333-2340
• /
• 2016

128/192/256-비트의 3가지 마스터키 길이와 ECB, CTR 운영모드를 지원하는 LEA (Lightweight Encryption Algorithm) 암호/복호 프로세서를 설계하였다. 라운드 블록을 16단 파이프라인 구조와 128 비트 데이터패스로 구현하여 고속 암호/복호 처리가 이루어지도록 하였다. 마스터키 길이에 따라 12/14/16 파이프라인 스테이지를 거쳐 암호/복호화가 이루어지며, 각 파이프라인 스테이지에서는 라운드 변환이 2회 반복 수행된다. 세 가지 마스터키 길이에 대한 암호/복호 키 스케줄링의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. 키 스케줄러에서 생성되는 라운드키는 32개의 라운드키 레지스터에 저장되어 마스터키가 갱신될 때까지 반복적으로 사용된다. 설계된 LEA 프로세서는 FPGA 구현을 통해 하드웨어 동작을 검증하였으며, Xilinx ISE를 이용한 합성 결과로 최대 동작 주파수 130 MHz에서 8.3 Gbps의 성능을 갖는 것으로 평가되었다.