• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권7호통권361호
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• pp.45-53
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• 2007

본 논문에서는 실시간 HD급 영상($1920{\times}1080@30fps$) 처리를 위한 효율적인 CAVLC (Context-based Adaptive Variable Length Code) 부호화기의 하드웨어 구조를 제안한다. 기존에 제안되었던 CAVLC 하드웨어 구조들은 CAVLC 부호화를 위해 필요한 $4{\times}4$ 블록내의 정보들을 구하기 위해서 16개의 계수들을 모두 탐색하면서 zigzag scanning을 하였다. 그러나 zigzag 방향으로 정렬 된 계수들 중 '0'이 아닌 마지막 계수 이후에 존재하는 '0'의 열은 CAVLC 부호화를 하는데 있어 불필요한 계수들이다. 본 논문에서는 이러한 불필요한 연산을 줄이기 위해서 계수 위치 탐색 기법과 레벨 순차 정렬 기법을 제안한다. 제안된 구조를 적용하여 실험한 결과, 하나의 매크로블록을 처리하는 평균 클럭 수(Cycles/MB)는 기존 방식보다 약 23%가 줄었다. 제안된 CAVLC 하드웨어 구조는 Verilog HDL을 사용하여 하드웨어로 설계 및 검증되었다. 0.18um 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 16.3k 게이트를 가졌고, HD급($1920{\times}1080@30fps$) 영상을 기준으로 했을 경우 81MHz에서 동작할 수 있음을 확인하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제27권6C호
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• pp.601-609
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• 2002

DAB 시스템이 요구하는 최대 출력 데이터율을 지원하는 Viterbi 디코더의 효율적인 구조를 제안하고 설계하였다. DAB 수신기에서 Viterbi 디코더는 매우 많은 연산량을 수행하는 부분이며, 이를 위하여 고속으로 동작하는 전용 하드웨어로 설계하는 것이 바람직하다. 본 논문에서는 시스템의 전력소모를 줄이기 위하여 puncturing을 사용하는 Viterbi 디코더에 SST 방식을 적용하였다. 설계면적을 감소시키기 위하여 puncturing vector table을 수정.재배치하여 hardwired logic으로 구현하였으며, 새로운 re-scaling 방식을 제안하여 패스 메트릭을 저장하는데 필요한 워드길이을 최적화시켰다. 제안된 re-scaling 방식은 패스 메트릭을 re-scaling하는데 필요한 연산량을 크게 감소시킨다. 또한 브랜치 메트릭을 계산하는데 필요한 연산량을 줄이기 위하여 미리 계산된 값을 사용하는 방식을 제안하였다. 설계된 Viterbi 디코더는 삼성 0.35$\mu$ 표준셀 라이브러리를 이용하여 합성하였으며, 작은 면적을 차지하고 전력 소모가 적음을 확인하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제9권8호
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• pp.1741-1748
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• 2005

본 논문에서는 암호 기능과 함께 데이터 인증 기능을 지원하는 OCB(offsetest codebook)-AES(advanced encryption) 암호 알고리즘을 VLSI로 설계하고 성능을 분석하였다. OCB-AES 암호 알고리즘은 기존 암호 시스템에서 암호 알고리즘과 인증에 구별된 알고리즘과 하드웨어를 사용함에 따른 많은 연산 시간과 하드웨어 문제를 해결하였다. 면적 효율적인 모듈화된 오프셋 생성기와 태그 생성 회로를 내장한 OCB-AES 프로세서는 IDEC 삼성 0.35um CMOS 공정으로 설계되었으며 약 55,700 게이트로 구성되며, 80MHz의 동작주파수로 930 Mbps의 암${\cdot}$복호율을 갖는다. 그리고 무결성과 인증에 사용되는 128 비트 태그를 생성하는데 소요되는 클록사이클 수는 (m+2)${\times}$(Nr+1)이다. 여기서 m은 메시지의 블록 수이며, Nr은 AES 암호 알고리즘의 라운드 수이다. 설계된 프로세서는 높은 암${\times}$복효율과 면적 효율성으로 IEEE 802.11i 무선 랜과 모바일용 SoC(System on chip)에 암호 처리를 위한 소프트 IP(Intellectual Property)로 적용 가능하다.

• 정보처리학회논문지A
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• 제19A권4호
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• pp.175-180
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• 2012

본 논문은 Haar-like 특징을 이용한 고성능 보행자 및 차량 인식 회로를 제안한다. 제안하는 회로는 영상의 매 프레임 마다 슬라이딩 윈도우를 적용하여 Haar-like 특징을 추출하고 보행자 및 차량을 인식한다. Haar-like 특징 추출 회로는 슬라이딩 윈도우 당 200개의 Haar-like 특징을 추출하며, 추출된 특징들은 AdaBoost 인식 회로에서 사용된다. 제안하는 회로는 속도 향상을 위해 병렬 회로 구조를 적용하였으며 두 개의 슬라이딩 윈도우가 동시에 보행자 또는 차량을 인식한다. 제안하는 고성능 보행자 및 차량 인식 회로는 Verilog HDL로 설계하였으며 130nm 표준 셀 라이브러리를 이용하여 게이트 수준의 회로로 합성하였다. 합성된 회로는 1,388,260개의 게이트로 구성되며 최대 동작 주파수는 203MHz이다. 제안하는 회로는 $640{\times}480$ 영상을 초당 약 47.8장 처리할 수 있기 때문에 보행자와 차량을 실시간으로 인식하기 위해 사용될 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.169-177
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• 2015

본 논문에서는 HEVC(High Efficiency Video Coding) 부호기를 위한 효율적인 SAO(Sample Adaptive Offset)의 저면적 하드웨어 구조를 제안한다. SAO는 HEVC 영상 압축 표준에서 채택된 새로운 루프 내 필터 기술로서 최적의 오프셋 값들을 화소 단위로 적용하여 영역 내 평균 화소 왜곡을 감소시킨다. 하지만 표준 SAO는 화소 단위 연산을 수행하기 때문에 초고해상도 영상을 처리하기 위해서 많은 연산시간과 연산량을 요구한다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 SAO의 연산시간을 감소시키기 위해서 한번에 4개의 입력 화소들을 병렬적으로 처리하며, 2단계 파이프라인 구조를 갖는다. 또한 하드웨어 면적을 최소화하기 위해서 휘도 성분과 색차 성분에 대해 단일 구조를 가지며, 하드웨어에 적합한 연산기 및 공통 연산기를 사용한다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 Verilog HDL로 설계하였으며, TSMC $0.13{\mu}m$ CMOS 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 약 190k개의 게이트로 구현되었다. 제안하는 SAO 하드웨어 구조는 200MHz의 동작주파수에서 4K UHD@60fps 영상의 실시간 처리가 가능하며, 최대 250MHz까지 동작 가능하다.

• 전기전자학회논문지
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• 제23권1호
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• pp.58-67
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• 2019

NIST 표준으로 정의된 $GF(2^m)$ 상의 슈도 랜덤 곡선과 Koblitz 곡선을 지원하는 타원곡선 암호(ECC) 프로세서 설계에 대해 기술한다. 고정된 크기의 데이터 패스를 사용하여 5가지 키 길이를 지원함과 아울러 경량 하드웨어 구현을 위해 워드 기반 몽고메리 곱셈기를 기반으로 유한체 연산회로를 설계하였다. 또한, Lopez-Dahab 좌표계를 사용함으로써 유한체 나눗셈을 제거하였다. 설계된 ECC 프로세서를 FPGA 검증 플랫폼에 구현하고, ECDH(Elliptic Curve Diffie-Hellman) 키 교환 프로토콜 동작을 통해 하드웨어 동작을 검증하였다. 180-nm CMOS 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 10,674 등가 게이트와 9 kbit의 dual-port RAM으로 구현되었으며, 최대 동작 주파수는 154 MHz로 평가되었다. 223-비트 슈도 랜덤 타원곡선 상의 스칼라 곱셈 연산에 1,112,221 클록 사이클이 소요되며, 32.3 kbps의 처리량을 갖는다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.736-743
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• 2020

모듈러 곱셈은 타원곡선 암호 (elliptic curve cryptography; ECC), RSA 등의 공개키 암호에서 중요하게 사용되는 산술연산 중 하나이며, 모듈러 곱셈기의 성능은 공개키 암호 하드웨어의 성능에 큰 영향을 미치는 핵심 요소가 된다. 본 논문에서는 워드기반 몽고메리 모듈러 곱셈 알고리듬의 효율적인 하드웨어 구현에 대해 기술한다. 본 논문의 모듈러 곱셈기는 SEC2 ECC 표준에 정의된 소수체 GF(p)와 이진체 GF(2k) 상의 11가지 필드 크기를 지원하여 타원곡선 암호 프로세서의 경량 하드웨어 구현에 적합하도록 설계되었다. 제안된 곱셈기 구조는 부분곱 생성 및 가산 연산과 모듈러 축약 연산이 파이프라인 방식으로 처리하며, 곱셈 연산에 소요되는 클록 사이클 수를 약 50% 줄였다. 설계된 모듈러 곱셈기를 FPGA 디바이스에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, 65-nm CMOS 표준셀로 합성한 결과 33,635개의 등가 게이트로 구현되었고, 최대 동작 클록 주파수는 147 MHz로 추정되었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제24권2호
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• pp.268-275
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• 2020

정보보안 응용에 적합한 self-timed 링 (ring) 기반 TRNG (true random number generator)의 경량 하드웨어 설계에 관해 기술한다. TRNG의 하드웨어 복잡도를 줄이기 위해 피드백 구조의 엔트로피 추출기를 제안하였으며, 이를 통해 링 스테이지 수를 최소화 하였다. 본 논문의 FSTR-TRNG는 동작 주파수와 엔트로피 추출 회로를 고려하여 링 스테이지 수가 11의 배수가 되도록 결정되었으며, 링 발진기가 등간격 모드로 진동할 수 있도록 토큰 (token)과 버블(bubble) 개수의 비를 결정하였다. FSTR-TRNG는 FPGA 디바이스에 구현하여 난수 생성 동작을 검증하였다. Spartan-6 FPGA 디바이스에 구현된 FSTR-TRNG로부터 2,000만 비트의 데이터를 추출하여 NIST SP 800-22에 규정된 통계학적 무작위성 테스트를 수행한 결과, 15개의 테스트가 모두 기준을 만족하는 것으로 확인되었다. Spartan-6 FPGA 디바이스로 합성한 FSTR-TRNG는 46 슬라이스로 구현이 되었으며, 180 nm CMOS 표준셀로 합성하는 경우에는 약 2,500 등가 게이트로 구현되었다.

• 정보보호학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.29-39
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• 2007

본 논문에서는 래딕스-4 몽고메리 곱셈기 기반의 고속 RSA 연산기를 제안하고 그 구현 결과를 제시한다. 캐리저장 가산기 기반의 래딕스-4 몽고메리 곱셈기를 제안하고, 중국인의 나머지 정리를 적용할 수 있도록 그 구조를 확장하였다. 이를 바탕으로 설계한 1024-비트 RSA 연산기는 1024-비트 모듈러 지수승을 0.84M 클락 사이클, 512-비트 지수승은 0.25M 클락 사이클 동안 각각 계산할 수 있으며, 0.18um 공정을 이용하여 구현한 결과, 최대 300MHz 클락 속도를 가지므로 1024-비트 지수승은 365Kbps, 512-비트 지수승은 1,233Kbps의 성능을 각각 가진다. 또한 고속 RSA 암호 시스템의 구현을 위해, 몽고메리 매핑 계수 계산 및 중국인 나머지 정리의 전처리 과정에 적용할 수 있도록 모듈러 감산 기능을 하드웨어로 구현하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제12권5호
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• pp.15-25
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• 2002

본 논문에서는 AES Rijndael 블록 암호 알고리즘을 구현하는 고속 암호 프로세서를 설계하였다. 기존 Rijndael 알고리즘의 고속 동작을 제약하는 라운드 키 계산에 따른 성능 저하 문제를 제거하기 위해, 연산 라운드 구조를 수정하여 라운드 키 계산 동작을 1 라운드 이전에 온라인 방식으로 처리하는 방식을 사용하였다. 그리고 128, 192, 256 비트 키를 지원하는 모듈화된 라운드 키 생성회로를 설계하였다. 설계된 암호 프로세서는 라운드 당 1 클록을 사용하는 반복 연산 구조를 갖고 있으며, 다양한 응용 분야에 적용하기 위해 기존 ECB, CBC 모드와 함께 AES의 새로운 동작 모드로 고려되고 있는 CTR 모드를 지원한다. Verilog HDL로 모델링된 암호 프로세서는 0.25$\mu\textrm{m}$ CMOS 공정의 표준 셀 라이브러리로 합성한 결과 약 51,000개의 게이트로 구성되며, 시뮬레이션 결과 7.5ns의 최대 지연을 가지고 있어서 2.5V 전압에서 125Mhz의 동작 주파수를 갖는다. 설계된 프로세서는 키 길이가 128 비트인 ECB 모드인 경우 약 1.45Gbps의 암.복호율의 성능을 갖는다.