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멀티프로세서 기반의 병렬 AES 암호 알고리즘에 관한 연구
A Study on Parallel AES Cipher Algorithm based on Multi Processor 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.17 no.1, 2012년, pp.171 - 181  

박중오 (성결대학교 정보산업기술연구소) ,  오기욱 (안양대학교 교양학부)

초록
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본 논문은 대칭키 기반의 암호 알고리즘으로 사용하는 AES 암호 알고리즘을 정의하고, 멀티코어 프로세서의 자원을 최대 활용하기 위한 병렬 암호 알고리즘 설계를 제안한다. 제안한 병렬 암호 알고리즘은 코어의 개수에 따라 암호 알고리즘을 쓰레드별로 할당하여 암호 연산의 병렬 수행을 확인하였고, AES 암호 알고리즘에 비해 약 30% 성능향상을 확인하였다. 암호 알고리즘의 암 복호화 성능은 바이너리 비교 분석 툴을 통해 확인하여, AES 암호 알고리즘과 제안한 병렬 암호 알고리즘의 바이너리는 동일 결과를 확인하였으며, 복호화한 바이너리 또한 동일하였다. 본 논문에서 제안한 멀티코어 프로세서 환경의 병렬 암호 알고리즘은 개인 PC, 노트북, 서버, 모바일 환경에서 금융 서비스의 인증 및 결제에 적용 가능하고, 대형 데이터의 고속 암호화 연산이 필요한 분야에서 활용 가능하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper defines the AES password algorithm used as a symmetric-key-based password algorithm, and proposes the design of parallel password algorithm to utilize the resources of multi-core processor as much as possible. The proposed parallel password algorithm was confirmed for parallel execution o...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 멀티코어 프로세서의 자원을 활용하기 위한 AES 암호 알고리즘을 각 멀티쓰레드에 할당하여 연산하는 병렬화를 제안하고, 모바일 기기와 같은 저성능 멀티 코어 프로세서에서 암호 알고리즘의 효율성을 증대하며, 암호 연산 수행 시간을 최소화한다.
  • 따라서 본 논문은 기존 싱글코어 기반의 AES 암호 알고리즘을 멀티코어 프로세서 환경에 적합한 알고리즘으로 재해석하고, 암호화 및 복호화 수행에 멀티코어를 활용하여 효율성을 높이는 암호 알고리즘을 제안한다.
  • 본 논문에서는 효율성이 향상된 병렬 AES 암호 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 최근 빠르게 발전하는 멀티코어 프로세서 환경에서 알고리즘을 효율적으로 최적화 하여 사용가능한 수행 성능을 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
멀티코어 프로세서 기술이 등장하게 된 배경은? 멀티코어 프로세서 기술이 등장하게 된 배경에는 프로세서 속도를 기하급수적으로 증가시켜 성능을 높이는 방식이 한계에 도달하였다. Intel 사의 무어가 발표한 법칙에 따라 매년 프로세서의 성능이 기하급수적으로 성능이 빨라짐으로써 소프트웨어 성능 또한 향상되고, 이에 따라 시장규모도 기하급수적으로 성장하고 있다.
MixColumns은 무엇을 수행하는가? MixColumns는 인접한 바이트들 안에 있는 비트를 기반으로 비트 값을 변환하는 함수이다. 즉, 바이트 내부 변환을 수행하는 바이트 섞음을 수행한다. 행렬에서 열 단위 연산을 순차적으로 수행하고, 각 스테이트의 열을 새로운 열로 변환을 한다.
SubBytes 함수는 무엇인가? SubBytes 함수는 AES 암호 알고리즘의 암호화 과정에서 사용하는 대치함수를 말한다[3]. 하나의 바이트를 대체하기 위해 각 바이트를 4비트씩 2개의 16진수로 계산하여 왼쪽 4비트를 S-Box의 행으로 오른쪽 4비트 열로 S-Box 테이블에서 읽고, 두 16진수의 행과 열이 교차하는 부분의 바이트 값을 출력한다[2].
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참고문헌 (13)

  1. L. Di e, W., and Hellman, M., "New Direction in Cryptography," IEEE Trans. Inform. Theory IT-22, pp.644-654, 1976 

  2. Behrouz A. Forouzan, "Cryptography and Network Security", McGraw Hill. 2007. 

  3. William Stallings, "Cryptography and Network Security, Principles and Practices", 4th ed. Pearson Education, 2006. 

  4. L. T. Smit. G. K. Rauwerda, A. Molderink, P. T. Wolkotte, G. J. M. Smit, "Implementation of A 2-D 8x8 IDCT on The Reconfigurerable Montium Core," International Conference on Field Programmable Logic and Applications, 2007, pp.562-566, Aug. 2007. 

  5. Feng Liu and Vipin Chudhary, "Extending OpenMP for Heterogeneous Chip Multiprocessors," Proceedings of the 2003 International Conference on Parallel Processing, Kaohsiung, Taiwan, pp.161-165, Oct. 2003. 

  6. Amdahl, G.M. "Validity of the Single-Processor Approach to Achieving Large Scale Computing Capabilities," In AFIPS Conference Proceedings, AFIPS Press, pp. 483-485, Apr. 1967. 

  7. J.M. Paul and B.H. Meyer, "Amdahl' Law Revisited for Single Chip Systems," International Journal of Parallel Programming, Vol. 35, No.2, pp.101-123, Apr. 2007. 

  8. Audenaert. K., "Maintaining Concurrency Information for On-the-fly Data Race Detection," Parallel Computing 97, North-Holland, pp.1-8, Sept. 1997. 

  9. OpenMP Architecture Review Board, "OpenMP Fort ran Application Program In-terface Version 2.0," Nov. 2000. 

  10. Fei Cai, Shaogang Wu, Longbing Zhang and Zhiming Tang, "Parallel Program Performance Evaluation and Their Behavior Analysis on An OpenMP Cluster," IEEE International Symposium on Cluster Computing and the Grid(CCGrid 2004), pp.508-514, Apr. 2004. 

  11. Dagum, L, and R. Menon, "OpenMP: An Industry-Standard API for Shared-Memory Programming," IEEE Computational Science and Engineering, Vol. 5, No. 1, pp.46-55, Mar. 1998. 

  12. Vassilios V. Dimakopoulos and Elias Leontiadis, "A portable C Compiler for OpenMP V.2.0" In the proceeding of 5th European Workshop on OpenMP(EWOMP 2003), Aachen, Germany, pp.5-11, Sept. 2003. 

  13. M. D. Jones, R. Yao, and C. P. Bhole, "Hybrid MPI-OpenMP Programming for Parallel OSEM PET Reconstruction," IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 53, No. 5, pp.2752-2758, Oct. 2006. 

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