$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

부채널 분석에 안전한 밸런스 인코딩 기법에 관한 연구

Study for Balanced Encoding Method against Side Channel Analysis

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.1443 - 1454  

윤진영 (고려대학교) ,  김한빛 (고려대학교) ,  김희석 (고려대학교) ,  홍석희 (고려대학교)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

하드웨어 기반의 Dual-rail Logic 스타일을 소프트웨어로 구현한 밸런스 인코딩 기법은 추가적인 저장 공간이 필요 없는 효과적인 부채널 분석 대응방법이다. 밸런스 인코딩 기법을 이용하여 암호 알고리즘을 구현하면 암호 알고리즘이 연산되는 동안 입력 값에 상관없이 비밀 정보를 포함하고 있는 중간 값은 항상 일정한 해밍 웨이트 및 해밍 디스턴스를 유지하게 되어 부채널 분석을 어렵게 만드는 효과가 있다. 그러나 기존 연구에서는 밸런스 인코딩 기법을 적용한 Constant XOR 연산만 제안되어 있어 PRINCE와 같이 XOR 연산만으로 구성이 가능한 암호 알고리즘에만 적용이 가능하다는 제한사항이 있다. 따라서 본 논문에서는 ARX 구조 기반의 다양한 대칭키 암호 알고리즘에도 적용이 가능하고, 효율적인 메모리 관리를 위해 Look-up table을 사용하지 않는 새로운 Constant AND, Constant Shift 연산 알고리즘을 최초로 제안하였으며, 상호 정보량 분석을 통해 안전성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Balanced encoding method that implement Dual-rail logic style based on hardware technique to software is efficient countermeasure against side-channel analysis without additional memory. Since balanced encoding keep Hamming weight and/or Hamming distance of intermediate values constantly, using this...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 HIGHT[7], LEA[8], SIMON[9] 등과 같은 ARX 기반 경량 대칭키 암호 알고리즘에 밸런스 인코딩 기법을 적용하여 메모리 사용을 절약함과 동시에 부채널 분석에 대한 위협을 완화시킬 수 있는 Constant AND와 Constant Shift 연산을 최초로 제안한다. 그리고 이를 Chen 등이 제안한 Constant XOR 연산과 함께 Coron 등이 [10]에서 하드웨어 기반의 Kogge-Stone Carry Look -Ahead Adder를 AND, Shift, XOR 등 Boolean 연산만으로 구성할 수 있도록 제안한 알고리즘에 적용하여 Constant ADD 연산도 구현하였다.

가설 설정

  • (가정 2) 레지스터 고유의 전기적 물성으로 인해 0과 1의 평균 전력소모 크기가 다르므로 각 비트마다 부여되는 가중치는 실험 모델에 독립적이며, 다음과 같은 가우스 분포를 따른다. 그리고 본 시뮬레이션에서는 a = 0, b = 1이라고 가정한다.
  • (가정 2) 레지스터 고유의 전기적 물성으로 인해 0과 1의 평균 전력소모 크기가 다르므로 각 비트마다 부여되는 가중치는 실험 모델에 독립적이며, 다음과 같은 가우스 분포를 따른다. 그리고 본 시뮬레이션에서는 a = 0, b = 1이라고 가정한다.
  • 이는 unprotected case에서 leakage는 한 포인트에서 발생하지만, 밸런스 인코딩을 적용하면 동일한 leakage가 여러 포인트에서 발생하기 때문에 공격자에게 오히려 많은 정보를 제공할 우려가 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 절에서는 밸런스 인코딩을 적용하지 않은 중간 값(unprotected)을 기준으로 하고, 밸런스 인코딩이 적용된 Constant AND와 Constant Shift 1~4에서 해밍 웨이트가 4인 중간 값(protected)을 대조군으로 설정하여 시뮬레이션을 수행하며, 공격자는 PoI(Point of Interest) 검출을 통해 동일 leakage가 발생하는 여러 포인트를 찾아서 공격에 사용할 수 있다고 가정하였다.
  • 비트가 저장되는 레지스터들은 최초 공정에서 각각 고유의 전기적 물성으로 인해 비트 0과 1에 대한 평균 전력소모량이 0과 1에 근접하지만 정확히 0과 1이 아닐 수 있다는 ‘공정변이’ 개념을 적용하여 조금 더 실질적인(practical) 환경을 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부채널 분석 대응기법 중 마스킹이란 무엇인가? 1996년 Paul Kocher가 [2]에서 이러한 부채널 분석에 대한 개념을 제시한 이후, 부채널 분석을 방어하기 위한 대응기법(countermeasure)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적인 부채널 분석 대응기법으로는 마스킹(Masking)[3]과 하이딩(Hiding) [4]이 있다. 마스킹은 암호 알고리즘이 연산되는 동안 비밀정보를 포함하고 있는 중간 값에 랜덤 값을 이용하여 공격자가 중간 값을 예측할 수 없도록 하는 방법이며, 하이딩은 디바이스 내에서 암호 알고리즘이 연산되면서 발생하는 leakage(전력, 전자기파 등)가 비밀정보를 포함하고 있는 데이터와 관련성이 없는 것처럼 보이도록 만드는 방법이다.
중요 정보를 보호하기 위해 암호기술을 적용하는 방법에는 무엇이 있는가? 위와 같이 중요 정보를 보호하기 위해 암호기술을 적용하는 방법은 암호 알고리즘을 소프트웨어로 구현하여 운영 프로그램에 적용하는 방법, 그리고 이를 하드웨어로 구현하여 디바이스 내부에 별도로 장착하는 방법이 있다. 하지만 이 같은 초소형 무인항공기의 경우, 협소한 내부 공간으로 인해 하드웨어 기반의 암호화 방법 적용이 제한될 가능성이 있다.
Constant AND, Shift 연산 알고리즘에서 임의 값이 레지스터에 저장되는 것을 방지하기 위해 어떠한 작업을 수행했는가? 각 알고리즘의 INPUT 값은 nibble에 #형태의 밸런스 인코딩을 적용하였다. 각 알고리즘에서는 임의 값이 레지스터에 저장되는 것을 방지하기 위해 레지스터를 사용하기 전 ‘CLR’ 명령어로 초기화 하였으며, 중간 값의 해밍 웨이트 및 해밍 디스턴스가 입력 값과 무관하게 일정하도록 설계하였다. 알고리즘 안전성에 대한 자세한 분석은 4장에서 설명한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (17)

  1. Segyeilbo, "http://www.segye.com/content/html/2016/08/10/20160810003908.html", Aug. 2016. 

  2. Kocher, P.C., Jaffe, J., Jun, B., "Differential power analysis", CRYPTO 1999. LNCS, vol. 1666, pp. 388-397. Springer, Heidelberg, 1999. 

  3. Goubin, L., Patarin, J., "DES and Differential Power Analysis. The 'Duplication' Method", CHES 1999, pp. 158-172, 1999. 

  4. Tiri, K., Verbauwhede, I., "A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation", DATE 2004, pp. 246-251, 2004. 

  5. Hoogvorst, P., Duc, G., Danger, J.-L., "Software implementation of dual-rail representation", COSADE 2011, pp. 73-81, 2011. 

  6. Chen, C., Eisenbarth, T., Shahverdi, A., Ye, X., "Balanced encoding to mitigate power analysis: a case study", CARDIS 2014. LNCS, vol. 8968, pp. 49-63. Springer, Heidelberg, 2015. 

  7. Hong, D.J., Sung, J.C., Hong, S.H., et al., "HIGHT: A New Block Cipher Suitable for Low-Resource Device", CHES 2006. LNCS, vol. 4249, pp. 46-59, Springer, Heidelberg, 2006. 

  8. Park. J., et al., "128-Bit Block Cipher LEA", TTAK.KO-12.0223, Dec. 2013. 

  9. Beaulieu. R., Shors. D., et al, "SIMON and SPECK: Block Ciphers for the Internet of Things", NIST Lightweight Cryptography Workshop 2015. 

  10. Coron, J.S., Grossschadl, J., Tibouchi, M., Vadnala, P.K., "Conversion from Arithmetic to Boolean Masking with Logarithmic Complexity", FSE 2015, Springer, Heidelberg, Aug, 2015. 

  11. Won, Y.S., Hodgers, P., O'Neill, M., Han, D.G., "On the Security of Balanced Encoding Countermeasures", CARDIS 2015, LNCS 9514, pp. 242-256, Springer, Heidelberg, 2016. 

  12. Biham, E., Shamir, A., "Differential Fault Analysis of Secret Key Cryptosystems", CRYPTO '97, LNCS1294, pp. 513-525, Aug. 1997. 

  13. Boneh, D., DeMillo R. A., Lipton, R. J., "On the Importance of Checking Cryptographic Protocols for Faults", EOROCRYPTO '97, LNCS 1233, pp. 37-51, May, 1997. 

  14. Peter M Kogge, Harold S Stone, "A parallel algorithm for the efficient solution of a general class of recurrence equations", Computers, IEEE Transactions on, 100(8), pp. 786-793, 1973. 

  15. Maghrebi, H., Servant, V., Bringer, J., "There is Wisdom in Harnessing the Strengths of your Enemy : Customized Encoding to Thwart Side -Channel Attacks(Extended Version)", FSE 2016, pp. 223-243, Springer, Heidelberg, July, 2016. 

  16. B. Gierlichs, L.Batina, P. Tuyls, B.Preneel, "Mutual information analysis - generic side-channel distinguisher", CHES 2008, pp. 426-442, Springer, Berlin, Aug, 2008. 

  17. Atmel, "http://www.atmel.com/Images/Atmel-0856-AVR-Instruction-Set-Manual.pdf" 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

FREE

Free Access. 출판사/학술단체 등이 허락한 무료 공개 사이트를 통해 자유로운 이용이 가능한 논문

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트