KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.12
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pp.3398-3415
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2023
Internet-of-Things (IoT) is an emerging technology that interconnects millions of small devices to enable communication between the devices. It is heavily deployed across small scale to large scale industries because of its wide range of applications. These devices are very capable of transferring data over the internet including critical data in few applications. Such data is exposed to various security threats and thereby raises privacy-related concerns. Even devices can be compromised by the attacker. Modern cryptographic algorithms running on traditional machines provide authentication, confidentiality, integrity, and non-repudiation in an easy manner. IoT devices have numerous constraints related to memory, storage, processors, operating systems and power. Researchers have proposed several hardware and software implementations for addressing security attacks in lightweight encryption mechanism. Several works have made on lightweight block ciphers for improving the confidentiality by means of providing security level against cryptanalysis techniques. With the advances in the cipher breaking techniques, it is important to increase the security level to much higher. This paper, focuses on securing the critical data that is being transmitted over the internet by PRESENT using key-based dynamic S-Box. Security analysis of the proposed algorithm against other lightweight block cipher shows a significant improvement against linear and differential attacks, biclique attack and avalanche effect. A novel key-based dynamic S-Box approach for PRESENT strongly withstands cryptanalytic attacks in the IoT Network.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.10
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pp.1929-1934
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2017
Lightweight block cipher (Lightweight Encryption Algorithm, LEA), is the most promising block cipher algorithm due to its efficient implementation feature and high security level. The LEA block cipher is widely used in real-field applications and there are many efforts to enhance the performance of LEA in terms of execution timing to achieve the high availability under any circumstances. In this paper, we enhance the performance of LEA block cipher, particularly on ARMv8 processors. The LEA implementation is optimized by using new SIMD instructions namely NEON engine and 24 LEA encryption operations are simultaneously performed in parallel way. In order to reduce the number of memory access, we utilized the all NEON registers to retain the intermediate results. Finally, we evaluated the performance of the LEA implementation, and the proposed implementations on Apple A7 and Apple A9 achieved the 2.4 cycles/byte and 2.2 cycles/byte, respectively.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2017.10a
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pp.581-583
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2017
Elliptic curve cyptography is relatively a current cryptography based on point arithmetic on elliptic curves and the Elliptic Curve Discrete Logarithm Problem (ECDLP). This discrete logarithm problems enables perfect forward secrecy which helps to easily generate key and almost impossible to revert the generation which is a great feature for privacy and protection. In this paper, we provide a lightweight Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) Key exchange generator that creates a 163 bit long shared key that can be used in an Elliptic Curve Integrated Encryption Scheme (ECIES) as well as for key agreement. The algorithm uses a fast multiplication algorithm that is small in size and also implements the extended euclidean algorithm. This proposed architecture was designed using verilog HDL, synthesized with the vivado ISE 2016.3 and was implemented on the virtex-7 FPGA board.
Recently, with increasing scale of internet of Things (IoT), a large amount of data are generated and various services using such data are emerging. Therefore, a protocol suitable for IoT environment that can efficiently process / transmit big data is needed. MQTT is a lightweight messaging protocol for IoT environment. Although MQTT protocol can use TLS to provide security, it has a problem in that handshake and packet overhead will increase when TLS is used. Therefore, this paper proposed as Secure_MQTT protocol. It can provide stronger security by using lightweight encryption algorithm for MQTT protocol.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.12
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pp.2333-2340
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2016
A LEA (Lightweight Encryption Algorithm) crypto-processor was designed, which supports three master key lengths of 128/ 192/256-bit, ECB and CTR modes of operation. To achieve high throughput rate, the round transformation block was designed with 128 bits datapath and a pipelined structure of 16 stages. Encryption/decryption is carried out through 12/14/16 pipelined stages according to the master key length, and each pipelined stage performs round transformation twice. The key scheduler block was optimized to share hardware resources that are required for encryption, decryption, and three master key lengths. The round keys generated by key scheduler are stored in 32 round key registers, and are repeatedly used in round transformation until master key is updated. The pipelined LEA processor was verified by FPGA implementation, and the estimated performance is about 8.3 Gbps at the maximum clock frequency of 130 MHz.
The IoT market continues to expand and grow, but the security threat to IoT devices is also increasing. However, it is difficult to apply the security technology applied to the existing system to IoT devices that have a problem of resource limitation. Therefore, in this paper, we present a service that can improve the security of IoT devices by presenting authentication and lightweight cryptographic algorithms that can reduce the overhead of applying security features, taking into account the nature of resource limitations of IoT devices. We want to apply these service to home network IoT equipment to provide security. The authentication and lightweight cryptographic algorithm application protocols presented in this paper have secured the safety of the service through the use of LEA encryption algorithms and secret key generation by users, IoT devices and server in the IoT environment. Although there is no difference in speed from randomly generating secret keys in experiments, we verify that the problem of resource limitation of IoT devices can be solved by additionally not applying logic for secret key sharing to IoT devices.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.1-7
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2018
The IoT environment provides an infinite variety of services using many different devices and networks. The development of the IoT environment is directly proportional to the level of security that can be provided. In some ways, lightweight cryptography is suitable for IoT environments, because it provides security, higher throughput, low power consumption and compactness. However, it has the limitation that it must form a new cryptosystem and be used within a limited resource range. Therefore, it is not the best solution for the IoT environment that requires diversification. Therefore, in order to overcome these disadvantages, this paper proposes a method suitable for the IoT environment, while using the existing block cipher algorithm, viz. the lightweight cipher algorithm, and keeping the existing system (viz. the sensing part and the server) almost unchanged. The proposed BCL architecture can perform encryption for various sensor devices in existing wire/wireless USNs (using) lightweight encryption. The proposed BCL architecture includes a pre/post-processing part in the existing block cipher algorithm, which allows various scattered devices to operate in a daisy chain network environment. This characteristic is optimal for the information security of distributed sensor systems and does not affect the neighboring network environment, even if hacking and cracking occur. Therefore, the BCL architecture proposed in the IoT environment can provide an optimal solution for the diversified IoT environment, because the existing block cryptographic algorithm, viz. the lightweight cryptographic algorithm, can be used.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.10a
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pp.359-362
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2014
With recent growing of application service, servers are required to sustain great amount of data and to handle them quickly: besides, data must be processed securely. The main security algorithm used in security services of server is AES(Advanced Encryption Standard - 2001 published by NIST), which is widely accepted in the world market for superiority of performance. In Korea, NSRI(National Security Research Institute) has developed ARIA(Academy, Research Institute, Agency) algorithm in 2004 and LEA(Lightweight Encryption Algorithm) algorithm in 2012. In this paper, we show advantage of LEA by comparing performance with AES and ARIA in various servers.
Park, Won-kyu;Cebrian, Guillermo Pallares;Kim, Sung-joon;Lee, Kang-hyun;Lim, Dae-woon;Yu, Ki-soon
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.42
no.2
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pp.316-322
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2017
This paper suggests an efficient software implementation of lightweight encryption algorithm PRESENT which supports for secret key lengths of 80-bits. Each round of PRESENT is composed of the round key addition, substitution, and permutation and is repeated 31 times. Bo Zhu suggested combined substitution and permutation for efficient operation so that encryption throughput has been increased 2.6 times than processing substitution and permutation at separate times. The scheme that suggested in this paper improved the scheme of Bo Zhu to reduce the number of operation for the round key addition, substitution, and permutation. The scheme that suggested in this paper has increased encryption throughput up to 1.6 times than the scheme of Bo Zhu but memory usage has been increased.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.26
no.12
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pp.1863-1871
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2022
In the era of Fourth Industrial Revolution, secure networking technology is playing an essential role in the defense weapon systems. Encryption technology is used for information security. The safety of cryptographic technology, according to Kerchoff's principles, is based on secure key management of cryptographic technology, not on cryptographic algorithms. However, traditional centralized key management is one of the problematic issues in battlefield environments since the frequent movement of the forces and the time-varying quality of tactical networks. Alternatively, the system resources of each node used in the IoBT(Internet of Battlefield Things) environment are limited in size, capacity, and performance, so a lightweight key management system with less computation and complexity is needed than a conventional key management algorithm. This paper proposes a novel key escrow scheme in a lightweight manner for the IoBT environment. The safety and performance of the proposed technique are verified through numerical analysis and simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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