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

• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제11권12호
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• pp.453-460
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• 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
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• 제31권6호
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• pp.1149-1156
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• 2021

Brute force 공격을 가속화 시키는 Grover 알고리즘은 대칭키 암호의 키 복구에 적용 가능하며, NIST에서는 대칭키 암호에 대한 Grover 공격 비용을 양자 후 보안 강도 추정에 활용하고 있다. 본 논문에서는 DES를 양자 회로로 최적화 구현하여 Grover 알고리즘 공격 비용을 추정한다. NIST에서는 128, 192, 256-bit 키를 사용하는 대칭키 암호에 대해 AES의 공격 비용을 기준으로 양자 후 보안 강도를 추정하고 있다. DES에 대해 추정한 공격 비용은 DES가 양자 컴퓨터의 공격으로부터 어느 정도의 내성을 가지고 있는지 분석해볼 수 있다. 현재 64-bit 키를 사용하는 대칭키 암호들에 대한 양자 후 보안 지표가 아직 존재하지 않기 때문에 본 논문에서 추정한 64-bit 키를 사용하는 DES에 대한 Grover 공격 비용이 기준으로 활용될 수 있다. 제안하는 DES의 양자 회로 구현 적합성 및 공격 비용 분석에는 양자 프로그래밍 툴인 ProjectQ가 사용되었다.

• 스마트미디어저널
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• 제12권2호
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• pp.83-90
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• 2023

양자 컴퓨터의 등장은 기존 해시함수 보안에 위협이 되고 있다. 본 논문에서 우리는 국내/국제 해시함수인 LSH, SHA2, SHA3, SM3에 대한 양자회로 구현 결과를 확인하고 비교 분석을 진행하였다. 양자 컴퓨터에서 기존 해시함수를 동작하기 위해서는 양자 회로로 구현되어야 하며 필요한 양자 자원 추정을 통해 양자 보안 강도를 확인할 수 있다. 우리는 각 논문에서 제안한 양자회로 구현 방법 및 양자 자원 추정 결과를 여러 방면에서 비교하고 이를 통해 향후 양자 컴퓨터 보안을 충족하기 위한 방안을 논의하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권3호
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• pp.383-389
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• 2023

양자 컴퓨터의 발전 및 Shor 알고리즘, Grover 알고리즘과 같은 양자 알고리즘의 등장으로 인해 기존 암호의 안전성은 큰 위협을 받고 있다. 양자 알고리즘은 기존 컴퓨터에서 오랜 시간이 걸리는 수학적 작업을 효율적으로 할 수 있게 해준다. 이 특성은 수학적 문제에 의존하는 현대 암호 시스템이 깨지는 시간을 단축시킬 수 있다. 이러한 알고리즘을 기반으로 하는 양자 공격에 대비하기 위해서는 기존 암호를 양자회로로 구현해야 한다. 이미 많은 암호들은 양자회로로 구현되어 공격에 필요한 양자 자원을 분석하고 암호에 대한 양자 강도를 확인하였다. 본 논문에서는 LED 경량 블록암호에 대한 양자회로를 제시하고 양자회로의 각 함수에 대한 설명을 진행한다. 이후LED 양자회로에 대한 자원을 추정하고 다른 경량 블록암호와 비교하여 평가해보도록 한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제34권1호
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• pp.1-9
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• 2024

다변수 이차식 기반 전자서명 알고리즘은 구현의 용이성과 작은 서명 크기를 장점으로 갖는 양자내성암호 후보군이다. 이러한 다변수 이차식 기반 전자서명의 효율성을 높이기 위해 희소 행렬을 사용한 전자서명 기법들이 제시되었으며, 이 중 HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되었다. 그러나 HiMQ는 2022년 제안된 MinRank 공격에 의해 깨진 대표적 다변수 이차식 기반 전자서명인 Rainbow와 유사한 키 구조를 갖는다. HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되면서 권고 파라미터를 제시하였는데, 이는 2020년 기준의 암호 분석에 기반한 파라미터로 최근 공격 기법들이 고려되지 않았다. 이에 본 논문에서는 HiMQ에 적용 가능한 다변수 이차식 기반 전자서명에 대한 공격 기법들을 살펴보고 이에 대한 안전성 분석을 수행하였다. HiMQ에 가장 효과적인 공격은 2022년 제안된 개선된 MinRank 공격인 combined attack이며, 세 개의 권고 파라미터 모두 기준 보안강도를 만족하지 못하였다. 또한 HiMQ-128과 HiMQ-160은 최소 보안강도인 128-bit 비도도 만족하지 못하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2022년도 춘계학술발표대회
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• pp.183-186
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• 2022

고성능 양자 컴퓨터가 개발될 것으로 기대됨에 따라 잠재적인 양자 컴퓨터의 공격으로부터 안전한 양자 후 보안 시스템을 구축하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 대표적인 양자 알고리즘인 Grover 알고리즘이 대칭키 암호에 적용될 경우 보안 강도가 제곱근으로 감소되는 보안 훼손이 발생한다. NIST는 대칭키 암호에 대한 양자 후 보안 요구사항으로, 암호 알고리즘 공격에 요구되는 Grover 알고리즘 비용을 기준을 기준으로 양자 후 보안 강도를 추정하고 있다. 대칭키 암호를 공격하기 위한 Grover 알고리즘의 비용은 대상 암호화 알고리즘의 양자 회로 복잡도에 따라 결정된다. 본 논문에서는 NIST 경량암호 공모전 최종 후보에 오른 Sparkle 알고리즘의 양자 회로를 효율적으로 구현하고 Grover 알고리즘을 적용하기 위한 양자 비용에 대해 분석한다. 마지막으로, NIST 양자 후 보안 요구사항과 분석한 비용을 기반으로 경량암호 Sparkle에 대한 양자 후 보안 강도를 평가한다. 양자 회로 구현 및 비용 분석에는 양자 프로그래밍 툴인 ProjectQ가 사용되었다.