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해시 기반 서명 기법 최신 기술 동향 및 전망
Hash-Based Signature Scheme Technical Trend and Prospect 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.26 no.6, 2016년, pp.1413 - 1419  

박태환 (부산대학교 전기전자컴퓨터공학과) ,  배봉진 (부산대학교 전기전자컴퓨터공학과) ,  김호원 (부산대학교 전기전자컴퓨터공학과)

초록
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최근의 양자컴퓨터 기술 발전과 PQCrypto2016에서 미국 NIST의 포스트 양자 암호 표준 공모사업 발표로 인해 포스트 양자 암호에 대한 관심과 연구가 활발히 이루어지고 있다. 양자 컴퓨터와 관련된 대표적인 알고리즘인 Grover 알고리즘과 Shor 알고리즘으로 인해, 현재 사용되고 있는 다양한 대칭키 암호와 이산대수 기반의 공개키 암호의 안전성 재고가 필요한 상황에서 양자 컴퓨터에도 강인한 암호인 포스트 양자 암호 연구의 필요성이 발생하였다. 본 논문에서는 다양한 포스트 양자 암호 중 해시 기반 서명 기법의 최신 기술 동향과 전망에 대해 알아본다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In these days, there are a lot of research results on the Post-Quantum Cryptography according to developing of quantum computing technologies and the announcement of the NIST's Post-Quantum Cryptography standard project. The key size of the existing symmetric key block ciphers are needed to increase...

주제어

#Post-Quantum Cryptography   #Hash-Based Signature Scheme   #WOTS   #MSS  

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

문제 정의

  • 해시 기반 서명 기법은 완전이진트리(Complete Binary Tree) 중 하나인 머클 트리(Merkle tree)를 사용하여 기존의 RSA, ECDSA와 같은 서명 기법이 가지는 단일의 비밀키/공개키 쌍이 단일의 문서에 대한 서명 및 검증이 가능한 단점을 극복하며, 단일의 비밀키/공개키 쌍으로 다중의 문서 (2H개의 문서, H: 머클 트리(Merkle tree)의 높이) 에 대한 서명, 검증이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 포스트 양자 암호 중 하나인 해시 기반 서명 기법에 대한 최신 기술 동향 분석 및 전망에 대해 알아본다. 논문의 구성은 2장에서 해시 기반 서명 기법과 관련된 연구 내용 및 최신 기술 동향에 대해 살펴보고, 3장에서는 해시 기반 서명 기법 연구 전망에 살펴보며, 마지막 4장에서 본 논문의 결론을 맺는 순서로 구성된다.
  • 본 논문에서는 해시 기반 서명기법에 대한 최신기술 동향 분석 및 전망에 대해 알아보았다. 현재의 가장 큰 문제는 사용되는 키 크기와 서명 크기가 매우 크다는 단점과 서명과 검증 과정에서의 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 이에 대한 키/서명 크기 최소화 및 알고리즘 속도 최적화에 대한 연구가 필요할 것이며, state없이 동작하는 stateless Hash 기반 서명인 SPHINCS에 대한 연구와 사용되는 해시함수에 대한 최적화 또한 필요할 것으로 보인다.
  • 해시 기반 서명 기법 에서 각각의 문서에 대한 서명/검증을 위해, one-time 서명 기법을 사용한다. 본 절에서는 해시 기반 서명 기법 에서 사용하는 one-time 서명 기법 중 Lamport-Diffie one-time 서명에 대해 알아본다. Lamport-Diffie one-time 서명은 256bit 크기의 해시 함수를 사용하며, 아래의 수식과 같이 n×2n bit string으로 구성된 서명키 X와 검증키 Y를 사용하며, 이 때, 균일 랜덤(Uniformly random) 값을 사용한다[1].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
서명의 크기가 매우 크다는 Lamport-Diffie one-time의 문제점을 해결하기 위해 어떤 서명이 제안되었는가? 앞서 설명한 Lamport-Diffie one-time 서명의 경우, 서명의 크기가 매우 크다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 메시지 다이제스트의 일부 비트를 동시에 서명하는 Winternitz one-time 서명이 제안되었다[1]. Winternitz one-time 서명에 있어서 동시에 서명하고자 하는 비트 수를 나타내는 Winternitz parameter(w)를 2 이상의 수로 선택한 후, 선택된 Winternitz parameter(w)를 기반으로 아래의 수식을 통해, t1, t2, t를 계산한다.
미국 NIST의 포스트 양자 암호 표준 공모사업 발표로 인해 어떤 연구가 활발히 이루어지고 있는가? 최근의 양자컴퓨터 기술 발전과 PQCrypto2016에서 미국 NIST의 포스트 양자 암호 표준 공모사업 발표로 인해 포스트 양자 암호에 대한 관심과 연구가 활발히 이루어지고 있다. 양자 컴퓨터와 관련된 대표적인 알고리즘인 Grover 알고리즘과 Shor 알고리즘으로 인해, 현재 사용되고 있는 다양한 대칭키 암호와 이산대수 기반의 공개키 암호의 안전성 재고가 필요한 상황에서 양자 컴퓨터에도 강인한 암호인 포스트 양자 암호 연구의 필요성이 발생하였다.
해시 기반 서명 기법의 보안 및 안전성을 위해 무엇을 기반으로 하고 있는가? 해시 기반 서명 기법의 보안 및 안전성은 다음과 같은 해시 함수의 특성인 일방향성(One-wayness), 충돌 저항성(Collision resistance), 역상 안전성(pre-image resistance), 제2역상 안전성(2nd pre-image resistance)에 안전성을 기반으로 하고 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Bernstein, Daniel J., Johannes Buchmann, and Erik Dahmen, eds, "Post-quantum cryptography," Springer Science & Business Media, pp. 35-91, Nov. 2008. 

  2. Sebastian Rohde, "Fast Hash-Based Signatures on Constrained Devices," CARDIS 2008, pp. 104-117, Sep. 2008. 

  3. Johannes Buchmann, "CMSS - An Improved Merkle Signature Scheme," Progress in Cryptology - INDOCRYPT, pp. 349-363, Dec. 2006. 

  4. Ana Karina D.S. de Oliveira, "An Efficient Software Implementation of the Hash-Based Signature Scheme MSS and Its Variants," LATINCRYPT 2015, pp. 366-383, Aug. 2015. 

  5. Thomas Eisenbarth, "A Performance Boost for Hash-based Signatures," LNCS 8260, pp. 166-182, Jan. 2013. 

  6. Andreas Hulsing, "Hash-based Signatures: An Outline for a New Standard," NIST Workshop on Cybersecurity in a Post-Quantum World, pp. 1-12, Apr. 2015. 

  7. Bernstein, Daniel J., et al, "SPHINCS: practical stateless hash-based signatures," Advances in Cryptology-EUROCRYPT 2015, Springer Berlin Heidelberg, pp. 368-397, Apr. 2015. 

  8. Hulsing, Andreas, Joost Rijneveld, and Peter Schwabe, "ARMed SPHINCS Computing a 41KB signature in 16KB of RAM," Public-Key Cryptography - PKC 2016, pp. 446-470, Mar. 2016. 

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