• ETRI Journal
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• 제45권6호
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• pp.1090-1102
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• 2023

Authenticated multiple key agreement (AMKA) protocols provide participants with multiple session keys after one round of authentication. Many schemes use Diffie-Hellman or authenticated key agreement schemes that rely on hard integer factorizations that are vulnerable to quantum algorithms. Lattice cryptography provides quantum resistance to authenticated key agreement protocols, but the certificate always incurs excessive public key infrastructure management overhead. Thus, a lightweight lattice-based secure system is needed that removes this overhead. To answer this need, we provide a two-party lattice- and identity-based AMKA scheme based on bilateral short integer or computational bilateral inhomogeneous small integer solutions, and we provide a security proof based on the random oracle model. Compared with existing AMKA protocols, our new protocol has higher efficiency and stronger security.

• 한국재료학회지
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• 제20권11호
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• pp.606-610
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• 2010

Films consisting of a silicon quantum dot superlattice were fabricated by alternating deposition of silicon rich silicon nitride and $Si_3N_4$ layers using an rf magnetron co-sputtering system. In order to use the silicon quantum dot super lattice structure for third generation multi junction solar cell applications, it is important to control the dot size. Moreover, silicon quantum dots have to be in a regularly spaced array in the dielectric matrix material for in order to allow for effective carrier transport. In this study, therefore, we fabricated silicon quantum dot superlattice films under various conditions and investigated crystallization behavior of the silicon quantum dot super lattice structure. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra showed an increased intensity of the $840\;cm^{-1}$ peak with increasing annealing temperature due to the increase in the number of Si-N bonds. A more conspicuous characteristic of this process is the increased intensity of the $1100\;cm^{-1}$ peak. This peak was attributed to annealing induced reordering in the films that led to increased Si-$N_4$ bonding. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis showed that peak position was shifted to higher bonding energy as silicon 2p bonding energy changed. This transition is related to the formation of silicon quantum dots. Transmission electron microscopy (TEM) and electron spin resonance (ESR) analysis also confirmed the formation of silicon quantum dots. This study revealed that post annealing at $1100^{\circ}C$ for at least one hour is necessary to precipitate the silicon quantum dots in the $SiN_x$ matrix.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제52권5호
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• pp.1079-1092
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• 2020

A parametric study of several parameters relevant to design safety on the spent nuclear fuel (SNF) rod response under a drop accident is presented. In the view of the complexity of interactions between the independent safety-related parameters, a factorial design of experiment is employed as an efficient method to investigate the main effects and the interactions between them. A detailed single full-length fuel rod is used with consideration of post-irradiated fuel conditions under horizontal and vertical free-drops onto an unyielding surface using finite-element analysis. Critical drop heights and critical g-loads that yield the threshold plastic strain in the cladding are numerically estimated to evaluate the fuel rod structural resistance to impact load. The combinatory effects of four uncertain parameters (pellet-cladding interfacial bonding, material properties, spacer grid stiffness, rod internal pressure) and the interactions between them on the fuel rod response are investigated. The principal finding of this research showed that the effects of above-mentioned parameters on the load-carrying capacity of fuel rod are significantly different. This study could help to prioritize the importance of data in managing and studying the structural integrity of the SNF.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
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• pp.252-256
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• 2023

쇼어 알고리즘을 실행할 수 있는 양자 컴퓨터의 발전으로 인해 기존 ECC(Elliptic Curve Cryptography)를 사용하던 블록체인이 PQC(Post Quantum Cryptography)로의 전환을 고려하고 있다. 하지만 PQC 는 기존 암호에 비해 큰 사이즈, 느린 서명/검증 속도 등과 같은 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 우리가 WISA'23 에서 새롭게 제안한 PQ-DPoL 합의 알고리즘에 NIST(National Institute of Standards and Technology)가 선정한 Crystal-Dilithium, Falcon 그리고 Sphincs+를 적용하여 비교 분석하였다. 실험 결과에 따르면, 매우 큰 서명 크기를 가지고 있기 때문에 블록에 담기는 트랜잭션의 수가 감소하므로 Sphincs+의 성능이 가장 떨어짐을 확인하였다. 또한 Dilithium 은 Falcon 과 비슷한 성능을 보여주었다. 그 중에서도 Falcon 이 가장 우수한 성능을 보여주었다. 이는 Falcon 의 공개키와 서명의 크기가 다른 알고리즘에 비해 작기 때문이다. 따라서 양자내성을 갖는 블록체인에는 Falcon 512 알고리즘이 가장 적합할 것으로 생각된다. 그러나 블록체인의 속도와 보안 강도는 Trade-off 관계이므로 보안성을 중요시하는 블록체인 네트워크에서는 Sphincs+가 적합할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 블록체인 네트워크의 상황과 목적에 따라 적절한 알고리즘을 사용해야 될 것으로 생각된다.

• 반도체공학회 논문지
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• 제1권1호
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• pp.1-8
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• 2023

본 논문에서는 High-Level Synthesis(HLS)을 이용하여, 차세대 양자내성암호인 Crystals-Kyber를 하드웨어 가속기로 설계하여 FPGA에 구현하였으며, 성능 분석결과 우수성을 제시한다. Crystals-Kyber 알고리즘을 Vitis HLS 에서 제공하는 여러 Directive 를 활용해서 최적화 설계를 진행하고, AXI Interface 를 구성하여 FPGA-기반 양자내성암호 하드웨어 가속기를 설계하였다. Vivado 툴을 이용해서 IP Block Design 를수행하고 ZYNQ ZCU106 FPGA 에 구현하였다. 최종적으로 PYNQ 프레임워크에서 Python 코드로 동영상 촬영 및 H.264 압축을 진행한 후, FPGA 에 구현한 Crystals-Kyber 하드웨어 가속기를 사용해서 동영상 암호화 및 복호화 처리를 가속화하였다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2024년도 제69차 동계학술대회논문집 32권1호
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• pp.427-430
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• 2024

본 논문에서는 그리드 컴퓨팅에서의 안전한 통신을 위한 양자내성암호 기반 사용자 인증 및 키 교환 프로토콜을 구현하고 성능을 측정한다. 디지털 서명을 통해 사용자를 검증하고 암호키를 교환하여 신뢰할 수 있는 사용자들만이 그리드 컴퓨팅에 참여할 수 있도록 한다. 사용자 인증과 키 교환 과정에 NIST 선정 표준양자내성암호인 ML-DSA와 ML-KEM을 적용하여 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 양자내성암호를 적용한 프로토콜이 기존의 현대암호 기반 전자서명이나 키 교환 과정에 비해 양자내성과 동시에 준수한 사용성을 지녔음을 보인다. 이를 통해 그리드 컴퓨팅의 시스템의 P2P 특성에서 기인하는 보안 문제를 해결하고, 기존에 주로 내부망이나 실시간 스트리밍 서비스에서 활용되던 그리드 컴퓨팅의 인터넷 환경으로의 확장 가능성을 제시한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제31권3호
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• pp.463-471
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• 2021

NIST(National Institute of Standards and Technology)에서는 2016년부터 양자컴퓨팅 환경을 대비하여 양자내성암호 표준화 사업을 진행하고 있다. 현재 3라운드가 진행 중이며, 대부분 후보자(5/7)는 격자기반 암호이다. 격자기반 암호는 효율적인 연산 처리와 적절한 키 길이를 제공하여 다른 기반의 양자내성 암호보다 리소스가 제한적인 임베디드 환경에서도 적용이 가능하다는 평가를 받고 있다. 그중 SABER KEM은 효율적인 모듈러스와 연산 부하가 큰 다항식 곱셈을 처리하기 위해 Toom-Cook 알고리즘을 제공한다. 본 논문에서는 ARMv8-A 환경에서 ARM/NEON을 활용하여 SABER의 Toom-Cook 알고리즘에서 평가와 보간 과정에 대한 최적화 구현 방법을 소개한다. 평가과정에서는 ARM/NEON의 효율적인 인터리빙 방법을 제안하며, 보간 과정에 서는 다양한 임베디드 환경에서 적용 가능한 최적화된 구현 방법론을 소개한다. 결과적으로 제안하는 구현은 이전 레퍼런스 구현보다 평가과정에서는 약 3.5배 보간과정에서는 약 5배 빠른 성능을 달성하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제32권6호
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• pp.1059-1068
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• 2022

양자 컴퓨터의 계산 능력을 고려하여 설계된 양자 내성 암호 NTRU는 수학적으로 안전한 암호 조건을 만족하지만 하드웨어 구현 과정에서는 전력 분석 공격과 같은 부채널 공격 특성을 고려해야 한다. 본 논문에서는 NTRU의 복호화 과정 중 발생하는 전력 신호를 분석할 경우 개인 키가 노출될 가능성이 있음을 검증한다. 개인 키를 복구하는 데에는 단순 전력 분석 공격(Simple Power Analysis, SPA), 상관 전력 분석 공격(Correlation Power Analysis, CPA)과 차분 딥러닝 분석 공격(Differential Deep Learning Analysis, DDLA)을 모두 적용할 수 있었다. 이러한 전력 부채널 공격에 대응하기 위한 기본적인 대응책으로 셔플링 기법이 있으나 보다 효과적인 방법을 제안한다. 제안 방식은 인덱스별로 곱셈(multiplication)후 누산(accumulation)을 하는 것이 아니라 계수별로 누산 후 덧셈만 하도록 함으로써 곱셈 연산에 대한 전력 정보가 누출되지 않도록 하여 CPA 및 DDLA 공격을 방어할 수 있다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권1호
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• pp.75-86
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• 2023

현재 금융거래 서비스에서 보편적으로 사용하는 RSA와 ECC 같은 공개키 암호 알고리즘은 양자 컴퓨터가 실현되면 더 이상 안전성을 보장할 수 없으므로 기존 레거시 알고리즘을 양자내성암호로 전환해야 한다. 하지만 다양한 서비스에 사용 중인 알고리즘을 교체하는 데에는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상된다. 다가올 전환기를 대비하기 위하여 두 알고리즘을 결합하는 하이브리드 방식에 관한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 레거시 알고리즘인 ECDH 알고리즘과 양자내성암호 알고리즘인 NTRU 알고리즘을 결합하여 세션키를 생성하는 하이브리드 세션키교환 프로토콜을 제안한다. TLS 1.3 기반 하이브리드 키 교환을 위해 IETF에서 제안한 방식들을 적용해본 결과 기존 금융거래 세션 보호 솔루션에 우리가 제안한 프로토콜을 사용하면 안전성을 강화할 수 있을 것으로 기대된다.

• 융합보안논문지
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• 제19권2호
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• pp.11-19
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• 2019

블록체인은 중앙신뢰 기관의 개입 없이 분산 컴퓨팅 환경에서 데이터를 관리하는 기술이다. 블록체인의 보안성, 효율성, 응용성으로 인하여 현재 금융 분야뿐만 아니라 제조, 문화, 공공 등 다양한 분야에서 블록체인 기술이 활용되고 있다. 그동안 블록체인에서 공격자는 51% 이상의 해시 파워를 갖출 수 없다고 여겨졌지만 최근 이에 대한 공격과 피해사례가 발생하고 있으며, 이기적인 채굴자 공격을 포함한 대용량 컴퓨팅 능력을 갖춘 공격의 빈도가 증가하고 있다. 또한, 일반 컴퓨터와 차원이 다른 성능을 발휘하는 양자컴퓨터의 발전은 블록체인의 새로운 위협이 되고 있다. 본 논문에서는 블록체인 특징과 합의 알고리즘에 대해 소개하고 컴퓨팅 연산력을 이용한 블록체인 공격기법을 설명한다. 그리고, 대용량 컴퓨팅 환경 구축방법과 양자 컴퓨터를 사용하는 공격 알고리즘이 블록체인 보안성에 미치는 영향을 분석한다. 마지막으로, 블록체인의 보안성을 향상하기 위한 대용량 컴퓨팅 공격 보호 기술 및 앞으로의 발전 방향을 제시한다.