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센서 네트워크 상에서의 HUMMINGBIRD2 암호화 속도 최적화 구현기법
A Speed Optimized Implementation Technique of HUMMINGBIRD2 Encryption over Sensor Network 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.37B no.6, 2012년, pp.414 - 422  

서화정 (부산대학교 컴퓨터공학과) ,  김호원 (부산대학교 컴퓨터공학과)

초록
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본 논문에서는 초경량 대칭키 암호화 기법인 HUMMINGBIRD2 알고리즘을 센서 모트상에서의 최적화 구현기법을 제시한다. 효율적인 구현을 위해 센서보드상에 제공되는 레지스터의 활용을 극대화하며 최적화된 주소접근 기법을 적용하여 암복호화에 소요되는 시간을 최소화하였다. 해당 대칭키 암호화 구현기법을 통해 자원 한정적인 센서 상에서의 안전하고 효율적인 보안 통신이 가능하도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the paper we present optimized implementation method over sensor mote for HUMMINGBIRD2 algorithm, ultra-light symmetric cryptography. For efficient implementation we maximized the register usage and used optimized addressing method to reduce the encryption and decryption time. With the optimized ...

주제어

#대칭키 암호기법   #센서 네트워크  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 다음은 허밍버드 알고리즘을 구현하기 위해 사용한 센서노드의 구조 및 특성과 성능을 평가하기 위해 사용한 시뮬레이션 환경에 대해 알아본다.
  • 하지만 센서네트워크와 RFID에서 고려해야 할 또 다른 측면은 바로 요구되는 메모리 크기에 있다. 따라서 앞으로의 연구방향은 필요한 저장공간을 최적화하여 속도와 저장공간 모두에서 효율적인 암호화 기법구현을 제안하는 데 있다.
  • 본 논문에서는 2011년에 제시된 HUMMINGBIRD2 알고리즘에 제안된 구현기법을 분석하고 보다 센서 모트에 속도측면에서 최적화된 구현기법을 제시한다. 구현기법은 크게 어셈블리를 이용하여 불필요한 연산을 줄이는 기법과 메모리에 대한 접근을 최소화하고 레지스터에 대한 접근을 극대화하는 방안, 사용되는 레지스터의 순서를 잘 조합하여 사용되는 레지스터의 수를 최적화하는 기법 그리고 명령어들을 잘 조합하여 동일한 연산을 보다 적은 연산으로 수행하는 기법을 소개한다.
  • 따라서 현재 HUMMINGBIRD2는 차세대 무선 USN으로 주목받고 있는 Dash7에서 가장 우수한 대칭키 암호로써 고려되고 있다[6]. 본 논문에서는 해당 알고리즘의 구현기법과 과정을 분석한 뒤 소프트웨어 관점에 효과적인 구현을 제시한다. 논문의 구성은 다음과 같다.
  • 이를 통해 보다 적은 계산량을 통해서도 동일한 암호화과정이 가능하므로 이전 기법들에 비해 효율적이며 암호화과정에 소모 되는 전력소모를 줄어들게 된다. 현재 이 논문에서는 속도의 최적화 관점에서 작성되었다. 하지만 센서네트워크와 RFID에서 고려해야 할 또 다른 측면은 바로 요구되는 메모리 크기에 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
센서 네트워크는? 언제 어디서나 통신이 가능한 유비쿼터스 세상의 도래와 함께 이를 실현하기 위한 하나의 기술인 센서 네트워크에 대한 관심이 고조되고 있다. 센서 네트워크는 무선통신이 가능한 센서 모듈들 간에 센싱 된 정보를 교환하면서 정보를 축적해 나가는 형식을 따른다.
HUMMINGBIRD1에서 제안되었던 블록 암호화와 스트림 암호화를 조합하는 기법을 통해 초경량 구현이 가능하도록 하여 소프트웨어 및 하드웨어 곤점에서 장점을 가지며 동시에 기존의 취약점을 개선하여 안전한 통신이 가능하게 한 것은? 따라서 전송되는 메시지는 대칭키로 암호화하여 메시지를 안전하게 전송해야 한다. 많은 대칭키 암호화 알고리즘 중에서도 최근에 주목받고 있는 알고리즘은 HUMMINGBIRD2이다[2]. 이는 기존의 HUMMINGBIRD1에서 제안되었던 블록 암호화와 스트림 암호화를 조합하는 기법을 통해 초경량 구현이 가능하도록 하여 소프트웨어 및 하드웨어 관점에서 장점을 가지며 동시에 기존의 취약점을 개선하여 보다 안전한 통신이 가능 하게 하는 장점을 가진다[3-5].
센서네트워크의 특성으로 인한 문제점은? 센서 네트워크는 무선통신이 가능한 센서 모듈들 간에 센싱 된 정보를 교환하면서 정보를 축적해 나가는 형식을 따른다. 특히 센서네트워크는 센싱 및 통신을 하는 장비인 센서 모트(노드) 간에 전송되는 메시지가 무선을 통해 공개된 장소를 통해 전송되는 통신 특성 때문에 도청, 메시지 변ㆍ위조와 같은 많은 공격에 노출되어 그 안전도가 위협받고 있을 뿐 아니라 기존의 네트워크 망에서 제기되지 않았던 특수한 문제점을 가진다[1]. 따라서 전송되는 메시지는 대칭키로 암호화하여 메시지를 안전하게 전송해야 한다.
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참고문헌 (9)

  1. A. Perrig, J. Stankovic, and D. Wagner, "Security in Wireless Sensor Networks," Communications of the ACM, vol. 47, no. 6, pp. 53-57, June 2004. 

    상세보기

  2. D. Engels, M.-J. O. Saarinen, and E. M. Smith, "The Hummingbird-2 Lightweight Authenticated Encryption Algorithm," to appear in the proceedings of The 7th Workshop on RFID Security and Privacy - RFIDSec 2011, Berlin, Germany: Springer-Verlag, 2011. 

  3. D. ENGELS, X. FAN, G. GONG, H. HU AND E. M. SMITH. "Ultra-Lightweight Cryptography for Low-Cost RFID Tags: Hummingbird Algorithm and Protocol." Centre for Applied Cryptographic Research (CACR) Technical Reports, CACR-2009-29. http://www.cacr.math.uwaterloo.ca/techreports/2009/cacr2009-29.pdf 

  4. M.-J. O. SAARINEN. "Cryptographic Analysis of All 4X4 - Bit S-Boxes." Submitted for publication. Available as IACR ePrint 2011/218, 2011. 

  5. M.O. Saarinen, "Cryptanalysis of Hummingbird-1," In proc. of Fast Software Encryption (FSE) 2011, to appear, 2011. Also available at:http://eprint.iacr.org/2010/612.pdf 

  6. Dash7 alliance, http://www.dash7.org/ 

  7. Texas instruments, "MSP430x11x MIXED SIGNAL MICROCONTROLLERS", 2004. 

  8. D. ENGELS, X. FAN, G. GONG, H. HU AND E. M. SMITH. "Hummingbird: Ultra-Lightweight Cryptography for Resource-Constrained Devices." 1st International Workshopon Lightweight Cryptography for Resource-Constrained Devices (WLC''2010). Tenerife, CanaryIslands, Spain, January 2010 

  9. Hyncica, O.; Kucera, P.; Honzik, P.; Fiedler, P."Performance evaluation of symmetric cryptography in embedded systems,", Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS), 2011 IEEE 6th International Conference on, Prague, pp. 277-282, Sept. 2011. 

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