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경량 사물인터넷 플랫폼 상에서의 대칭키 암호 구현 기술 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.27 no.6, 2017년, pp.15 - 20  

서화정 (한성대학교 IT융합공학부) ,  박태환 (부산대학교 전기전자컴퓨터공학과) ,  이가람 (부산대학교 전기전자컴퓨터공학과)

초록
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경량 사물인터넷 플랫폼은 제한적인 연산 성능과 저장 공간을 가진다. 따라서 해당 플랫폼 상에서의 모든 연산들은 효율적으로 구현되어야 한다. 이를 위해 최근에는 경량화된 형태의 대칭키 암호화가 많이 제안되고 있다. 본 논문에서는 경량 사물인터넷 플랫폼 상에서의 효율적인 경량 대칭키 암호화 구현 방안에 대해 확인해 보도록 한다. 먼저 경량 사물인터넷 플랫폼의 특성을 확인해 보며 해당 경량 플랫폼의 특성을 활용하여 경량 대칭키 암호화 연산을 효율적으로 구현하는 방안에 대해 확인해 보도록 한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 경량 사물인터넷 플랫폼 상에서 암호화 연산을 효율적으로 구현할 수 있는 다양한 방안들에 대해 확인해 보았다. 현재 경량 암호화 구현 분야는 매우 많은 연구가 진행되고 있으며 앞으로도 보다 경량의 특징을 가지지만 높은 보안성을 확보할 수 있는 대칭키암호화 방안에 대한 연구와 이를 경량화된 사물인터넷 플랫폼 상에서 최적화하여 구현하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행될 것으로 보인다.
  • 보안 통신을 위해 사용되는 암호화 알고리즘으로는 크게 대칭키암호, 공개키 암호, 그리고 해시 함수가 있다. 본 논문에서는 최근에 연구가 활발히 진행되고 있는 대칭키 암호의 경량 사물인터넷 플랫폼 상에서의 효율적인 운용 방안에 대해 확인해 보도록 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.

가설 설정

  • 핵심 연산은 8-비트 회전 연산과 XOR 연산으로 구성된 F0 그리고 F1 함수이다. HIGHT 암호화는 하드웨어 상에서 초경량 구현이 가능하다. 블록의 크기는 64-비트이며 암호화 키는 128-비트를 사용한다.
  • NSA에 의해 개발된 SIMON 그리고 SPECK 블록암호화는 DAC’15에서 발표되었다 [6]. 두 블록암호화 모두 ARX 연산을 기반으로 하고 있다. 두 블록암호화 알고리즘의 차이점으로는 SIMON은 하드웨어 상에서의 최적화 구현이 가능하며, SPECK은 소프트웨어 상에서 효율적이라는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LEA 블록암호화란 무엇인가? NSR에 의해 개발되어 WISA’13에서 발표된 LEA 블록암호화는 ARX 구조에 기반을 둔 경량 암호화 기법이다 [3]. 지원하는 암호화 비트는 128, 192, 그리고 256-비트이며 블록의 크기는 128-비트이다.
CHAM의 장점은 무엇인가? 이중에서 CHAM-64/128은 16-비트 워드 기반 연산자, CHAM-128/128 그리고 CHAM-128/256의 경우에는 32-비트 워드 기반 연산자로 구성된다. 소프트웨어 그리고 하드웨어 상에서의 경량 구현에 매우 효율적인 장점을 가지고 있다.
보안 통신을 위해 사용되는 암호화 알고리즘에는 무엇이 있는가? 모든 사물이 인터넷을 통해 연결되는 사물인터넷 시대에는 사물 들 간의 안전한 보안 통신을 통하여 서비스의 신뢰성을 보장하는 것이 매우 중요하다. 보안 통신을 위해 사용되는 암호화 알고리즘으로는 크게 대칭키암호, 공개키 암호, 그리고 해시 함수가 있다. 본 논문에서는 최근에 연구가 활발히 진행되고 있는 대칭키 암호의 경량 사물인터넷 플랫폼 상에서의 효율적인 운용 방안에 대해 확인해 보도록 한다.
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참고문헌 (14)

  1. D. Dinu, Y. L. Corre, D. Khovratovich, L. Perrin, J. Grossschadl, A. Biryukov, "Triathlon of lightweight block ciphers for the internet of things," IACR ePrint archive, 2015. 

  2. D. Dinu, A. Biryukov, J. Grossschadl, D. Khovratovich, Y. L. Corre, L. Perrin, "FELICS -Fair Evaluation of LIghtweight Cryptographic Systems," In NIST Workshop on Lightweight Cryptography, vol. 128, 2015. 

  3. D. Hong, J. K. Lee, D. C. Kim, D. Kwon, K. H. Ryu, D. G. Lee, "LEA: A 128-bit block cipher for fast encryption on common processors," In International Workshop on Information Security Applications (WISA'13), pp. 3-27, 2013. 

  4. D. Hong, J. Sung, S. Hong, J. Lim, S. Lee, B. Koo, C. Lee, D. Chang, J. Lee, K. Jeong, H. Kim, J. Kim, S. Chee, "HIGHT: A new block cipher suitable for low-resource device," Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES'06), vol. 4249, pp. 46-59, 2006. 

  5. B. Koo, D. Roh, H. Kim, Y. Jung, D. Lee, D. Kwon, "CHAM: A Family of Lightweight Block Ciphers for Resource-Constrained Devices," International Conference on Information Security and Cryptology (ICISC'17), 2017. 

  6. R. Beaulieu, S. Treatman-Clark, D. Shors, B. Weeks, J. Smith, L. Wingers, "The SIMON and SPECK lightweight block ciphers," In Design Automation Conference (DAC'15), pp. 1-6, 2015. 

  7. A. Bogdanov, L. R. Knudsen, G. Leander, C. Paar, A. Poschmann, M. J. B. Robshaw, Y. Seurin, C. Vikkelsoe, "PRESENT: An ultra-lightweight block cipher," Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES'07), vol. 4727, pp. 450-466, 2007. 

  8. S. Banik, S. K. Pandey, T. Peyrin, Y. Sasaki, S. M. Sim, Y. Todo, "GIFT: a small PRESENT," Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES'17), pp. 321-345, 2017. 

  9. H. Seo, Z. Liu, J. Choi, T. Park, H. Kim, "Compact implementations of LEA block cipher for low-end microprocessors," In International Workshop on Information Security Applications (WISA'15), pp. 28-40, 2015. 

  10. H. Seo, I, Jeong, J. Lee, W. H. Kim, "Compact Implementations of ARX Based Block Ciphers on IoT Processors," ACM Transactions on Embedded Computing Systems (ACM-TECS), accepted for publication. 

  11. R. Beaulieu, D. Shors, J. Smith, S. Treatman-Clark, B. Weeks, L. Wingers, "The SIMON and SPECK block ciphers on AVR 8-bit microcontrollers," In International Workshop on Lightweight Cryptography for Security and Privacy, pp. 3-20, 2014. 

  12. R. Beaulieu, D. Shors, J. Smith, S. Treatman-Clark, B. Weeks, L. Wingers, "SIMON and SPECK: Block Ciphers for the Internet of Things," IACR Cryptology ePrint Archive, 2015. 

  13. R. Benadjila, J. Guo, V. Lomne, T. Peyrin, "Implementing lightweight block ciphers on x86 architectures," In International Conference on Selected Areas in Cryptography (SAC'13), pp. 324-351, 2013. 

  14. T. Reis, D. Aranha, J. Lopez, " PRESENT Runs Fast: Efficient and Secure Implementation in Software," Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems (CHES'17), 2017. 

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