대칭형 블록 암호 시스템은 암호화와 복호화 과정에서 동일한 암호키를 사용한다. HIGHT 암호 알고리즘은 2010년 ISO/IEC에서 국제표준으로 승인된 모바일용 64비트 블록 암호기술이다. 본 논문에서는 HIGHT블록 암호 알고리즘을 Verilog-HDL을 이용하여 설계하였다. ECB, CBC, OFB 및 CTR과 같은 블록 암호용 4개의 암호 운영모드를 지원하고 있다. 고정된 크기의 연속적인 메시지 블록을 암 복호화할 때, 매 34클럭 사이클마다 64비트 메시지 블록을 처리할 수 있다. Xilinx사의 vertex 칩에서 144MHz의 동작 주파수를 가지며, 최대 처리율은 271Mbps이다. 설계된 암호 프로세서는 PDA, 스마트 카드, 인터넷 뱅킹 및 위성 방송 등과 같은 분야의 보안 모듈로 응용이 가능할 것으로 사료된다.
대칭형 블록 암호 시스템은 암호화와 복호화 과정에서 동일한 암호키를 사용한다. HIGHT 암호 알고리즘은 2010년 ISO/IEC에서 국제표준으로 승인된 모바일용 64비트 블록 암호기술이다. 본 논문에서는 HIGHT 블록 암호 알고리즘을 Verilog-HDL을 이용하여 설계하였다. ECB, CBC, OFB 및 CTR과 같은 블록 암호용 4개의 암호 운영모드를 지원하고 있다. 고정된 크기의 연속적인 메시지 블록을 암 복호화할 때, 매 34클럭 사이클마다 64비트 메시지 블록을 처리할 수 있다. Xilinx사의 vertex 칩에서 144MHz의 동작 주파수를 가지며, 최대 처리율은 271Mbps이다. 설계된 암호 프로세서는 PDA, 스마트 카드, 인터넷 뱅킹 및 위성 방송 등과 같은 분야의 보안 모듈로 응용이 가능할 것으로 사료된다.
A symmetric block cryptosystem uses an identical cryptographic key at encryption and decryption processes. HIGHT cipher algorithm is 64-bit block cryptographic technology for mobile device that was authorized as international standard by ISO/IEC on 2010. In this paper, block cipher HIGHT algorithm i...
A symmetric block cryptosystem uses an identical cryptographic key at encryption and decryption processes. HIGHT cipher algorithm is 64-bit block cryptographic technology for mobile device that was authorized as international standard by ISO/IEC on 2010. In this paper, block cipher HIGHT algorithm is designed using Verilog-HDL. Four modes of operation for block cipher such as ECB, CBC, OFB and CTR are supported. When continuous message blocks of fixed size are encrypted or decrypted, the desigend HIGHT core can process a 64-bit message block in every 34-clock cycle. The cryptographic processor designed in this paper operates at 144MHz on vertex chip of Xilinx, Inc. and the maximum throughput is 271Mbps. The designed cryptographic processor is applicable to security module of the areas such as PDA, smart card, internet banking and satellite broadcasting.
A symmetric block cryptosystem uses an identical cryptographic key at encryption and decryption processes. HIGHT cipher algorithm is 64-bit block cryptographic technology for mobile device that was authorized as international standard by ISO/IEC on 2010. In this paper, block cipher HIGHT algorithm is designed using Verilog-HDL. Four modes of operation for block cipher such as ECB, CBC, OFB and CTR are supported. When continuous message blocks of fixed size are encrypted or decrypted, the desigend HIGHT core can process a 64-bit message block in every 34-clock cycle. The cryptographic processor designed in this paper operates at 144MHz on vertex chip of Xilinx, Inc. and the maximum throughput is 271Mbps. The designed cryptographic processor is applicable to security module of the areas such as PDA, smart card, internet banking and satellite broadcasting.
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문제 정의
한편 국내에서도 대칭형 블록 암호 알고리즘인 SEED 및 ARIA 암호 표준안을 발표하였다[2,5,6]. 본 논문에서는 순수 우리 기술로 개발되어 ISO/IEC 국제표준으로 2010년 최종승인된 모바일용 64비트 블록 암호화 기술인 HIGHT(HIGh security and light weigHT) 암호 알고리즘의 효율적인 구현에 관해 연구하였다[7].
표 2는 본 논문에서 설계된 HIGHT 암호 알고리즘의 설계 결과를 정리한 것이다. 현재까지 HIGHT 암호 알고리즘과 관련하여 발표된 설계 논문이 없는 관계로 본 논문의 설계 결과를 정리하였다. 본 논문의 HIGHT 암호 알고리즘은 4개의 암호 운영모드를 지원하며 입출력 데이터 버스는 32비트를 사용하며 34클럭 사이클 단위로 새로운 암·복호 데이터를 처리할 수 있으며 최종적인 동작 주파수는 Xilinx사의 Vertex 칩에서 144MHz인 것을 확인하였다.
제안 방법
HIGHT 암호 알고리즘의 검증을 위해 먼저 참고 문헌[8]에서 제공된 C 소스 코드를 분석하고 참고 문헌 [7]에서 제시된 테스트 케이스를 활용하였다. Verilog HDL을 사용하여 본 논문에서 설계한 HIGHT 암호 알고리즘의 코어에 참고 문헌 [7]에서 제시된 테스트 케이스의 C 소스 코드 수행 값과 비교를 수행하여 양 쪽의 결과 값이 동일하면 정상적인 설계가 이루어졌다고 판단할 수 있다.
결과값은 매 34클럭 사이클 이후에 출력되고, 34클럭 사이클 간격으로 새로운 메시지 블록에 대해 암·복호화를 수행할 수 있도록 설계하였다.
본 논문에서 설계된 HIGHT 블록 암호 알고리즘은 암호 운영모드로 ECB(Electronic CodeBook), CBC(Cipher Block Chaining), OFB(Output FeedBack) 및 CTR(Counter)모드를 지원하도록 설계하였다[9].
본 논문에서는 128 비트 마스터키를 적용하여 64비트 단위로 암·복호화를 수행하는 HIGHT 블록 암호 코어를 설계하였다.
대상 데이터
HIGHT의 전체 구조는 일반화된 Feistel 변형 구조로 이루어져 있고 64비트의 평문과 128비트 키로부터 생성된 8개의 8비트 화트닝 키와 128개의 8비트 서브키를 입력으로 사용하여 총 32라운드를 거쳐 64비트 암호문을 생성한다. 그림 1은 HIGHT 암호 알고리즘의 전체 구조를 보여주고 있다.
성능/효과
1) 64비트 평문과 암호문은 각각 8개의 바이트로 구성되며, 첨자 번호가 큰 것이 MSB에 대응한다.
HIGHT 암호 알고리즘의 검증을 위해 먼저 참고 문헌[8]에서 제공된 C 소스 코드를 분석하고 참고 문헌 [7]에서 제시된 테스트 케이스를 활용하였다. Verilog HDL을 사용하여 본 논문에서 설계한 HIGHT 암호 알고리즘의 코어에 참고 문헌 [7]에서 제시된 테스트 케이스의 C 소스 코드 수행 값과 비교를 수행하여 양 쪽의 결과 값이 동일하면 정상적인 설계가 이루어졌다고 판단할 수 있다. 그림 5는 본 논문에서 설계한 HIGHT 암호 알고리즘의 암호화 검증을 수행한 시뮬레이션 파형을 보여준다.
35um CMOS 표준 셀 라이브러리 이용하여 구현하였는데, 80MHz에서 동작되며 약 150 Mbps의 성능을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 논문에서 제안한 HIGHT 암호 하드웨어 구현이 121 Mbps 더 빠른 속도로 동작한다.
본 논문의 HIGHT 암호 알고리즘은 4개의 암호 운영모드를 지원하며 입출력 데이터 버스는 32비트를 사용하며 34클럭 사이클 단위로 새로운 암·복호 데이터를 처리할 수 있으며 최종적인 동작 주파수는 Xilinx사의 Vertex 칩에서 144MHz인 것을 확인하였다.
본 논문에서는 128 비트 마스터키를 적용하여 64비트 단위로 암·복호화를 수행하는 HIGHT 블록 암호 코어를 설계하였다. 설계된 HIGHT 암호 알고리즘은 144MHz에서 동작하며, 초당 최대 271Mbps의 처리 속도를 가진다. 이러한 HIGHT 블록 암호 알고리즘은 PDA, 스마트 카드, 인터넷 뱅킹, 위성 방송 등의 보안 장치로서 활용이 가능하고, 특히 RFID 등과 같이 초고속, 초경량, 저전력을 요구하는 유비쿼터스 분야에서 활용이 기대된다[7].
암호 운영모드는 CBC 모드를 적용한 것으로 암화화 수행을 완료한 최종 결과는 “b5fbc1ce” 및 “c85595d9”임을 알 수 있다.
이러한 valid 신호는 32비트 DataIn 입력 신호와 연동하여 사용된다. 즉, DataValid 신호가 1이면 32비트 DataIn 신호는 Mode 값에 따라 평문이나 암호 데이터가 전달됨을 의미한다.
후속연구
향후 본 연구 결과를 활용하면 국내에서 표준화된 블록 암호 표준안인 SEED 및 ARIA 알고리즘을 통합한 통합 블록 암호 모듈의 설계에도 도움이 될 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HIGHT 암호 알고리즘은 어떤 암호기술인가?
대칭형 블록 암호 시스템은 암호화와 복호화 과정에서 동일한 암호키를 사용한다. HIGHT 암호 알고리즘은 2010년 ISO/IEC에서 국제표준으로 승인된 모바일용 64비트 블록 암호기술이다. 본 논문에서는 HIGHT 블록 암호 알고리즘을 Verilog-HDL을 이용하여 설계하였다.
대칭형 블록 암호 시스템은 암호화, 복호화 과정에서 어떤 암호키를 사용하는가?
대칭형 블록 암호 시스템은 암호화와 복호화 과정에서 동일한 암호키를 사용한다. HIGHT 암호 알고리즘은 2010년 ISO/IEC에서 국제표준으로 승인된 모바일용 64비트 블록 암호기술이다.
대칭형 암호 시스템의 암호 알고리즘에는 무엇이 있는가?
대칭형 암호 시스템은 암호화를 위해 사용되는 송신자가 보유하고 있는 키와 복호화를 위해 사용될 수신자의 키가 동일한 시스템이다[3]. 대칭형 블록 암호 알고리즘으로는 DES(Data Encryption Standard), T-DES, IDEA(International Data Encryption Algorithm), SKIPJACK, MISTY 및AES(Advanced Encryption Standard) 암호 알고리즘 등 다양하게 발표되었다[3,4]. 한편 국내에서도 대칭형 블록 암호 알고리즘인 SEED 및 ARIA 암호 표준안을 발표하였다[2,5,6].
참고문헌 (10)
Charles P. Pfleeger, Security in Computing, 2nd Edition, Prentice-Hall International, Inc. 2000
하성주, 이종호, "블록 암호 ARIA를 위한 고속 암호기/복호기 설계", 전기학회논문지, 제 57권 9호, pp.1652-1659, Sep. 2008
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