본 논문에서는 소프트웨어로 구현하기 쉽고 안전하면서 빠른 모바일 단말용 고속 스트림 암호 MS64를 제안한다. 제안한 알고리즘은 연산 속도가 빠른 213비트 산술 쉬프트 레지스터 (ASR)을 이용하여 이진 수열을 생성하며, 비선형 변환에서는 워드별 간결한 논리연산으로 64비트 스트림 암호를 출력한다. MS64는 128비트 키를 지원하고 현대 암호 알고리즘이 필요로 하는 안전성을 만족한다. 시뮬레이션 결과 MS64는 32비트 암호인 SSC2에 비교하여 메모리 사용량도 적고 수행 속도도 빨라 고속의 암호처리가 필요한 모바일 단말에 적합하다.
스트림 암호의 동일한 키 재사용 금지와 무결성 보장이 안 되는 단점을 개선한 256비트 출력의 스트림 암호를 개발 했다. 개발한 스트림 암호는 Salsa20의 라운드 함수를 사용하여 8라운드 적용하고 5단계 파이프라인 구조의 하드웨어로 구현 했으며, WSN, DMB 등과 같은 응용에 적용하기 위해 실시간 처리와 빠른 성능을 보이며, 안전성도 만족하고 있다.
본 논문은 plaintext 및 image encryption을 위해 암호화의 원리를 이론적으로 고찰하였다. 암호화 방법에 있어서 과거 암호화 방법은 단순히 문자를 치환(permutation cipher 또는 transposition cipher) 하거나 이동하는 방법으로 이용되어 왔으나, 현재는 key stream generator를 이용하는 방식이 이용되고 있다. 즉 평문에 key를 생성하여 암호 및 해독한다. 즉 key를 생성하는 방법에 따라서 암호화의 체계가 달라지는 것이다. 따라서 본 논문에서는 암호화의 원리 및 도구를 고찰하고, 대표적으로, XOR 연산자 및 key stream generator 가정하에서 암호화 원리를 고찰하였다.
The phrase "Ubiquitous Computing" has become popular ever since Mark Weiser used it in an article. It is to realize a computerized environment in which small computers are embedded and cooperate with each other. This environment will support many activities of our daily life. In a Ubiquitous Computing environment, various devices will be connected to the network from houses and buildings. Therefore it is necessary to ensure network security and to protect private data from tapping, falsification and the disguising of identity by others. This study reviews the Ubiquitous Computing technologies in detail and outlines the design concept of the Stream Cipher Algorithm.
Key stream generator consisting of several linear feedback shift registers with a nonlinear combining function have been applied in stream cipher system. Most of the papers until now have been focusing on correlation atack and analysis of key stream generator with nonlinear combining function. Given some part of key stream sequences. We can generate identical output sequences with original key stream sequences if the feedback connection and the maximum order of nonlinear combination function are known.
본 논문에서는 RC4 스트림 암호 알고리즘을 구현하는 고속 연산 구조를 제안하고, FPGA 구현 결과를 제시하였다. 기존 방식이 긴 초기화 동작이 필요하거나, S-배열 초기화 대기 시간을 제거하기 위해 S-배열을 2개 혹은 3개를 사용하는 구조를 갖는데 비해, 제안한 RC4 스트림 암호 연산 구조는 256-비트 valid-비트 엔트리 방식을 사용하여, S-배열 초기화 동작을 제거하였다. 그리고 RC4 알고리즘을 다양한 응용 분야에 사용될 수 있도록 효율적인 모듈라 연산 하드웨어를 사용하여 40 비트와 128 비트 키를 지원하도록 하였다. 제안한 RC4 스트림 암호 연산 구조를 Xilinx XCV1000E-6H240C FPGA로 구현하였다. 설계된 RC4 프로세서는 40MHz에서 106Mbps의 암호 비트 생성율의 성능을 갖고 있으며 WEP 프로세서와 RC4 키 검색 엔진에 적용 가능하다.
스트림 암호 시스템을 중심으로 한 카오스 암호 시스템은 원문의 길이가 클수록 암복호화 및 송수신 속도가 떨어지는 단점을 보여왔다. 본 연구에서는 원문의 길이가 길수록 기존의 웹 메일 시스템에 비해 더욱 우수한 성능을 보이고 있는 암호화 웹 메일 시스템을 설계 구현하였다. 암호화 웹 메일 시스템구현에서 키 수열 생성, 원문의 암복호화, 내외부 메일 뷰어 등을 개발하였고, 성능 평가 결과 암복호화 및 송수신 속도에서 우수한 것으로 평가되어 스트림 암호 시스템이 갖는 단점을 보완하였다고 할 수 있다. 앞으로 지속적인 응용 연구를 통해 암호화 기술을 기반으로 한 서버 시스템 보안 및 파일 보안, 인터넷 정보의 보안, 전자 상거래 시스템의 정보 보호 등 여러 분야에서 블록 암호 시스템을 대체할 수 있는 새로운 범용 암호 시스템으로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.
최근 휴대폰과 같은 무선 인터넷 환경과 자원의 제약을 크게 받는 무선 센서 네트워크(wireless sensor network) 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 신뢰성과 안전성이 보장된 센서 네트워크 구축을 위해 전반적으로 보안에 관한 연구가 반드시 필요하다. 센서 네트워크 보안을 위한 한 가지 방안으로 암호학적으로 안전한 알고리즘 개발이 필요하며, 따라서 본 논문에서는 휴대폰과 같은 무선 인터넷 환경, 무선 센서 네트워크, DRM(Digital Right Management) 등과 같은 실시간처리가 필요한 분야에 사용할 목적으로 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 쉬운 128비트 스트림 암호 AA128을 제안한다. AA128은 278비트 Arithmetic Shift Register(ASR)과 비선형 변환의 두 부분으로 구성된 스트림 암호이며, 비선형 변환은 혼잡함수(Confusion Function), 비선형변환(SF0 ~ SF3)과 표백(Whitening)을 사용하여 구성된다. 제안한 AA128은 AES와 Salsa20보다 수행 속도가 빠르고, 안전성 또한 현대 암호 알고리즘에서 요구하는 조건을 만족하고 있다. 하드웨어 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 알고리즘이 실시간 처리가 필요한 어플리케이션의 속도 요구사항을 만족시키는 성능을 가지고 있음을 보였다.
인터넷과 네트워크 등 통신의 급속한 발달로 디지털 정보화 사회가 점점 고도화되고 다양한 서비스를 제공받고 있는 상황이지만 심각한 보안 위협에 노출되어 있다. 이와 같은 정보 보호 시장의 특성에 따라 보안 기술의 적용 환경이나 분야에 적합하고, 중요한 정보를 보다 안전하게 보호하기 위한 암호 기술의 연구가 더욱 절실히 요구된다. 통신에서 정보 보호를 위한 암호화 기술 중에서 암호화 키와 복호화 키가 같은 대칭키 암호 알고리즘은 변환 방법에 따라 블록 암호 알고리즘과 스트림 암호 알고리즘으로 구분된다. 본 연구에서는 제안한 SEED와 스트림 암호 알고리즘의 안전성과 신뢰성을 검증하고 통신 환경에서의 적용 가능성을 확인하고자 한다. 이것은 다양한 통신 환경 조건에 따른 적합한 암호 알고리즘의 선택과 적용으로 안전한 정보 교류가 이루어질 수 있도록 하는데 기여할 수 있을 것이다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제10권4호
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pp.1944-1956
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2016
The Digital Video Broadcasting-Common Scrambling Algorithm is an ETSI-designated algorithm designed for protecting MPEG-2 signal streams, and it is universally used. Its structure is a typical hybrid symmetric cipher which contains stream part and block part within a symmetric cipher, although the entropy is 64 bits, there haven't any effective cryptanalytic results up to now. This paper studies the security level of CSA against impossible differential cryptanalysis, a 20-round impossible differential for the block cipher part is proposed and a flaw in the cipher structure is revealed. When we attack the block cipher part alone, to recover 16 bits of the initial key, the data complexity of the attack is O(244.5), computational complexity is O(222.7) and memory complexity is O(210.5) when we attack CSA-BC reduced to 21 rounds. According to the structure flaw, an attack on CSA with block cipher part reduced to 21 rounds is proposed, the computational complexity is O(221.7), data complexity is O(243.5) and memory complexity is O(210.5), we can recover 8 bits of the key accordingly. Taking both the block cipher part and stream cipher part of CSA into consideration, it is currently the best result on CSA which is accessible as far as we know.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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