• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• v.12 no.3
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• pp.1376-1395
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• 2018

UOV is one of the most important signature schemes in Multivariate Public Key Cryptography (MPKC). It has a strong security guarantee and is considered to be quantum-resistant. However, it suffers from large key size and its signing procedure is relatively slow. In this paper, we propose a new secure UOV variant (Circulant UOV) with shorter private key and higher signing efficiency. We estimate that the private key size of Circulant UOV is smaller by about 45% than that of the regular UOV and its signing speed is more than 14 times faster than that of the regular UOV. We also give a practical implementation on modern x64 CPU, which shows that Circulant UOV is comparable to many other signature schemes.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• v.11 no.5
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• pp.2792-2810
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• 2017

Forward-secure signature is a specific type of signature, which can mitigate the damage caused by the signing key exposure. Most of the existing forward-secure (identity-based) signature schemes can update users' secret keys at each time period, achieve the existential unforgeability, and resist against classical computer attacks. In this paper, we first revisit the framework of forward-secure identity-based signatures, and aim at supporting flexible key update at multi time period. Then we propose a post-quantum forward-secure identity-based signature scheme from lattices and use the basis delegation technique to provide flexible key update. Finally, we prove that the proposed scheme is strongly unforgeable under the short integer solution (SIS) hardness assumption in the random oracle model.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.34 no.1
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• pp.1-9
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• 2024

Multivariate Quadratic (MQ)-based digital signature schemes have advantages such as ease of implementation and small signature sizes, making them promising candidates for post-quantum cryptography. To enhance the efficiency of such MQ-based digital signature schemes, utilizing sparse matrices have been proposed, including HiMQ, which has been standardized by Korean Telecommunications Technology Association standard. However, HiMQ shares a similar key structure with Rainbow, which is a representative MQ-based digital signature scheme and was broken by the MinRank attack proposed in 2022. While HiMQ was standardized by a TTA and recommended parameters were provided, these parameters were based on cryptanalysis as of 2020, without considering recent attacks. In this paper, we examine attacks applicable to MQ-based digital signatures, specifically targeting HiMQ, and perform a security analysis. The most effective attack against HiMQ is the combined attack, an improved version of the MinRank attack proposed in 2022, and none of the three recommended parameters satisfy the desired security strength. Furthermore, HiMQ-128 and HiMQ-160 do not meet the minimum security strength requirement of 128-bit security level.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• v.14 no.7
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• pp.2919-2937
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• 2020

Post-Quantum Cryptography (PQC) is rapidly developing as a stable and reliable quantum-resistant form of cryptography, throughout the industry. Similarly to existing cryptography, however, it does not prevent a third-party from using the secret key when third party obtains the secret key by deception, unauthorized sharing, or unauthorized proxying. The most effective alternative to preventing such illegal use is the utilization of biometrics during the generation of the secret key. In this paper, we propose a biometric-based secret key generation scheme for multivariate quadratic signature schemes, such as Rainbow. This prevents the secret key from being used by an unauthorized third party through biometric recognition. It also generates a shorter secret key by applying Principal Component Analysis (PCA)-based Confidence Interval Analysis (CIA) as a feature extraction method. This scheme's optimized implementation performed well at high speeds.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.28 no.1
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• pp.73-83
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• 2018

There has been increasing interest from NIST and other companies in studying post-quantum cryptography in order to resist against quantum computers. Multivariate polynomial based, code based, lattice based, hash based digital signature, and isogeny based cryptosystems are one of the main categories in post quantum cryptography. Among these categories, isogeny based cryptosystem is known to have shortest key length. In this paper, we implemented Supersingular Isogeny Diffie-Hellman (SIDH) protocol efficiently on low-end mobile device. Considering the device's specification, we select supersingular curve on 523 bit prime field, and generate efficient isogeny computation tree. Our implementation of SIDH module is targeted for 32bit environment.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2023.11a
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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.

• Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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• 2024.01a
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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.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2023.05a
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• pp.239-241
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• 2023

본 논문은 통신 시스템에 주로 사용되는 디지털 전자 서명 알고리즘 중 양자 내성 암호인 SPHINCS+ 알고리즘에 대한 효과적인 하드웨어 설계 방안에 대한 연구이다. SPHINCS+ 알고리즘은 해시 함수 기반 알고리즘으로, 많은 횟수의 해시 함수가 반복해서 사용된다. 해시 함수를 가속 연산해도, 그 횟수가 크기 때문에 SPHINCS+ 알고리즘은 다른 전자 서명 알고리즘보다 하드웨어 설계 후 큰 latency 를 가지는 특징이 있다. 이를 극복하기 위해 SPHINCS+ 알고리즘에서 사용되는 해시 함수들을 면밀하게 분석한다. 그 결과 같은 해시 함수에 대해서도 입출력 데이터 크기가 다양하게 변화하고, 서로 다른 데이터 플로우를 가지는 그 세부 차이점들을 파악하여, 이를 접목한 하드웨어 설계에 대해 논의한다.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.31 no.3
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• pp.527-532
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• 2021

In this paper, we propose an efficient finite field computation method for Rainbow algorithm, which is the only multivariate quadratic-equation based digital signature among the current US NIST PQC standardization Final List algorithms. Recently, Chou et al. proposed a new efficient implementation method for Rainbow on the Cortex-M4 environment. This paper proposes a new multiplication method over the finite field that can reduce the number of XOR operations by more than 13.7% compared to the Chou et al. method. In addition, a multiplicative inversion over that can be performed by a 4x4 matrix inverse instead of the table lookup method is presented. In addition, the performance is measured by porting the software to which the new method was applied onto RaspberryPI 3B+.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2024.05a
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• pp.374-376
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• 2024

최근 차세대 암호로 불리는 양자내성암호(PQC, Post Quantum Cryptography)는 양자 컴퓨터와 현재 사용하는 일반 컴퓨터 모두에서 내성을 갖는 암호이다. 그 중 FALCON 전자 서명 알고리즘은 표준화로 선정되며 초안 문서를 작성하는 중으로 차세대 암호로 주목받고 있다. 하지만 FALCON 알고리즘은 실수 연산을 사용하는 등 임베디드 환경에서 효율적인 성능을 보이지 못하고 있다. 이에 따라 임베디드 하드웨어 가속 연구들이 있으며, 그 중 HLS(High Level Synthesis)를 통한 FPGA 가속 연구들이 있다. 본 논문에서는 FALCON 전자서명 알고리즘에서 HLS 로 구현하는데 어려움이 있었던 서명 생성 함수에 대해 분석하고, 이를 소프트웨어/하드웨어 통합설계를 통해 HLS로 구현하였다. 이는 기존 소프트웨어 대비 약 10배 빠른 연산 속도를 보여주고 있다.