• 한국광학회지
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• 제29권2호
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• pp.53-57
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• 2018

본 논문에서는 고전 계산 알고리즘에 비해 지수적인 계산 속도의 향상을 주는 양자 계산 알고리즘들을 중점적으로 소개하고, 기존 암호체계에 영향을 줄 수 있는 양자 계산 알고리즘 연구에 대한 최근 연구 성과들을 정리하며 최종적으로 이 결과들을 보다 발전적으로 향상시킬 수 있는 연구 방향을 제시한다.

• ETRI Journal
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• 제43권3호
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• pp.483-510
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• 2021

In computational biology, desired patterns are searched in large text databases, and an exact match is preferable. Classical benchmark algorithms obtain competent solutions for pattern matching in O (N) time, whereas quantum algorithm design is based on Grover's method, which completes the search in $O(\sqrt{N})$ time. This paper briefly explains existing quantum algorithms and defines their processing limitations. Our initial work overcomes existing algorithmic constraints by proposing the quantum-based combined exact (QBCE) algorithm for the pattern-matching problem to process exact patterns. Next, quantum random access memory (QRAM) processing is discussed, and based on it, we propose the QRAM processing-based exact (QPBE) pattern-matching algorithm. We show that to find all t occurrences of a pattern, the best case time complexities of the QBCE and QPBE algorithms are $O(\sqrt{t})$ and $O(\sqrt{N})$, and the exceptional worst case is bounded by O (t) and O (N). Thus, the proposed quantum algorithms achieve computational speedup. Our work is proved mathematically and validated with simulation, and complexity analysis demonstrates that our quantum algorithms are better than existing pattern-matching methods.

• ETRI Journal
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• 제45권2호
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• pp.304-317
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• 2023

With the rapid evolution of quantum computing, digital quantum simulations are essential for quantum algorithm verification, quantum error analysis, and new quantum applications. However, the exponential increase in memory overhead and operation time is challenging issues that have not been solved for years. We propose a novel approach that provides more qubits and faster quantum operations with smaller memory than before. Our method selectively tracks realized quantum states using a reduced quantum state representation scheme instead of loading the entire quantum states into memory. This method dramatically reduces memory space ensuring fast quantum computations without compromising the global quantum states. Furthermore, our empirical evaluation reveals that our proposed idea outperforms traditional methods for various algorithms. We verified that the Grover algorithm supports up to 55 qubits and the surface code algorithm supports up to 85 qubits in 512 GB memory on a single computational node, which is against the previous studies that support only between 35 qubits and 49 qubits.

• Journal of Information Processing Systems
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• 제16권6호
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• pp.1231-1237
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• 2020

In recent years, future information and communication technology (ICT) has influenced and changed our lives. Without various ICT-based applications, we would have difficulty in securely storing, efficiently processing, and conveniently communicating information. In the future, ICT will play a very important role in the convergence of computing, communication, and all other computational sciences and application. ICT will also influence various fields including communication, science, engineering, industry, business, law, politics, culture, and medicine. In this paper, we investigate the latest algorithms, processes, and services in future fields.

• 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.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권5호
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• pp.709-719
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• 2023

최근 양자컴퓨터를 이용한 공격에 안전한 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)에 대한 연구 및 표준화가 국내외로 활발히 진행되고 있다. 2022년 국내 양자내성암호 표준화 공모인 KpqC 공모전이 시작되었고, 총 16종의 양자내성암호 표준 후보 알고리즘이 제출되어 1라운드 진행 중이다. 본 고에서는 KpqC 공모전 1라운드 후보인 격자 기반 키 캡슐화 알고리즘 TiGER에 대해 Alexander May의 Meet-LWE 공격을 적용하여 구체적인 공격 복잡도를 분석하였다. TiGER의 제안된 파라미터에 대해 Meet-LWE 공격을 적용한 계산 결과, 192-bit 양자 안전성을 목표로 제안된 TiGER192 파라미터가 실제로 170-bit의 classical 안전성을 가진다는 것을 보였다. 또한, 본 고에서는 Meet-LWE 공격에 대한 안전성을 높이기 위한 파라미터 설정 방법을 제언한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제30권5호
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• pp.781-793
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• 2020

본 논문에서는 RLWE 기반 암호 알고리즘인 NewHope에 Error Correcting Code(ECC)를 적용한 RLWE 기반의 암호 알고리즘 μ-Hope를 제안한다. 기존의 NewHope는 소수로 12289를 사용하여, 공개키, 개인키, 암호문 사이즈가 각각 928-byte, 1888-byte, 1120-byte로 다른 RLWE 기반 알고리즘에 비하여 그 사이즈가 크다고 할 수 있다. 본 논문에서는 공개키, 개인키, 암호문 크기를 줄이기 위하여 소수 12289를 769로 변경한 μ-Hope를 제안하며 소수의 변경으로부터 발생하는 복호화 실패율을 줄이기 위해 ECC로 XE1을 채택하였다. 그 결과 NewHope 대비 공개키, 개인키, 암호문의 사이즈가 각각 38%, 37%, 37% 감소했다. 또한, 키 사이즈가 줄 뿐만 아니라, ECC의 사용으로 인한 성능 저하보다 작은 소수를 사용하면서 발생하는 연산 효율성이 더 커서 한 번의 키를 교환하는 과정에서 총 25%의 성능 향상도 이룰 수 있었다.