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양자 내성 암호 최신 소프트웨어 구현 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.27 no.6, 2017년, pp.21 - 28  

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

초록
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최근 양자 컴퓨터 기술의 발전에 따라 기존에 많이 사용하고 있는 대칭키 암호와 공개키 암호의 보안 위험성이 고려되어야하며, 이에 따라 양자 컴퓨터 환경에서도 보안성을 제공할 수 있는 암호 알고리즘인 양자 내성 암호에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 이와 관련하여 미국 NIST의 양자 내성 암호 표준 공모전이 진행중에 있다. 본 논문에서는 양자 내성 암호별 다양한 플랫폼/디바이스 환경 및 언어 기반의 최신 소프트웨어 구현 동향을 살펴본다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 양자 내성 암호는 격자 기반, 코드 기반, 다변수 기반, Isogeny 기반, 해시 기반 등의 카테고리로 나누어 질 수 있으며, 특히 양자 내성 암호에 대한 표준화와 관련하여 미국 NIST에서는 올해 11월 30일까지 양자 내성 암호 표준 공모전 접수를 진행하였으며, 이를 통한 보다 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 각 양자 내성 암호별 다양한 환경 상에서의 소프트웨어 최적화 구현 동향에 대해 살펴본다.
  • 본 논문에서는 최근 활발히 연구가 되고 있는 격자 기반, 코드 기반, Isogeny 기반, Multi-variate 기반, 해시 기반의 양자 내성 암호/서명 기법별 소프트웨어 구현 최신 동향에 살펴보았다. 각 양자 내성 암호별 소프트웨어 구현 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 8비트, 16비트 등 경량 임베디드 프로세서 환경에 대한 최적화 구현 연구 및 ARM-NEON과 같은 32비트 프로세서 환경 상에서의 병렬 최적화 연구가 활발히 진행될 것으로 보인다.
  • 본 절에서는 양자 내성 암호별 최신 소프트웨어 최적화 구현 동향에 대해 살펴본다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
양자 내성 암호는 어떠한 카테고리들로 나뉘는가? 이러한 상황에서 세계 각국의 연구자들에 의해 양자 컴퓨터 환경에서도 안전한 양자 내성 암호 (Post-Quantum Cryptography)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, PQCrypto와 같은 학회를 개최하고 있으며, 이를 통해, 안전성과 최적화 구현 등의 관점에서 많은 연구가 진행되고 있다. 양자 내성 암호는 격자 기반, 코드 기반, 다변수 기반, Isogeny 기반, 해시 기반 등의 카테고리로 나누어 질 수 있으며, 특히 양자 내성 암호에 대한 표준화와 관련하여 미국 NIST에서는 올해 11월 30일까지 양자 내성 암호 표준 공모전 접수를 진행하였으며, 이를 통한 보다 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 각 양자 내성 암호별 다양한 환경 상에서의 소프트웨어 최적화 구현 동향에 대해 살펴본다.
supersingular isogeny 특성을 활용한 디지털 서명 기법의 장점은 무엇인가? [30]에서는 CRYTO 2016[28]에서 제안된 isogeny 기반의 키 교환 프로토콜에 대해 finite field 연산을 constant 시간 내에 수행 할 수 있는 새로운 prime 제시와 isogeny 연산 최적화 및 GMP 라이브러리 기반의 Montgomery 곱셈과 reduction 최적화를 적용하여 C 기반의 구현 결과물과 ARM Assembly 및 NEON 기반의 SIMD 적용 구현 결과물에 대해 BeagleBoard Black(ARMv7 Cortex-A8 프로세서) 환경과 Jetson TK1 환경 상에서의 성능을 제시하고 있다. Yoo, Youngho method[31]의 경우, supersingular isogeny 특성을 활용한 디지털 서명 기법을 제안하였으며, 작은 키 사이즈를 가진다는 장점을 지니고 있다. 해당 논문에서는 Intel Xeon E5-2637 Haswell 프로세서 환경과 ARM Cortex-A57 프로세서 환경 상에서 C와 ARM Assembly를 적용하여 최적화 구현을 진행하였으며, ZKP 프로토콜 및 라운드에 대해 오프라인으로 pre-compute를 진행하여 효율성을 높인 성능을 제시하고 있다.
다변수 기반 양자 내성 암호의 최신 소프트웨어 최적화 구현 동향은 어떠한가? CHES 2015[22]에서는 다변수 기반 스킴인 Hidden Field Equations(HFE)에 대해 보안성이 강화된 서명 기법을 제안하고 있으며, carry-less 곱셈을 위해, PCMULQDQ 명령어를 적용하여 최적화 구현을 진행하였으며, GCD 연산의 최적화 기법 제안 및 적용을 통해 AMD Opteron 6212(Bulldozer), Intel Xeon E5-2620, Intel Xeon E3-1245 환경 상에서의 최적화 구현 성능을 제시하고 있다. ICISC 2016[23]에서는 기존의 Cubic UOV 서명 기법에 대한 공격 사례로 인해,해당 공격에 안전하며 기존의 CUOV와 UOV보다 효율적인 2개의 새로운 다변수 서명 기법인 CSSv와 SVSv2를 제안하며, Intel Core i5-4300U 환경 상에서 linear system solving과 uni-variate quadratic equation solving을 위한 MAGMA의 IsConsistent()와Factorization()함수를 적용한 성능을 제시하고 있다. Petzoldt et al.[24]에서는 기존의 Rainbow multi-variate 서명기법을 blind 서명 기법으로 변환 방식에 대한 transform 방식을 제안하였으며, Intel Quad-core 환경 상에서 Sage 기반으로 최적화 구현된 성능을 제시하고 있다. Chen, Ming-Shing, et al.[25]에서는 128비트의 보안 강도를 가지는 안전한 Multi-variate Public Key Cryptosystems (MPKC)을제안하였으며, additive Fast Fourier Transform과 constant time linear solver기반의 multi-variate polynomials와 곱셈을 적용하였으며, AVX-2 SIMD와 AES-NI 기반의 최적화 구현을 진행하였으며, Intel Xeon E3-1245 v3 환경 상에서의 최적화 성능을 제시하고 있다. 그리고 해당 논문에서는 Intel x86 플랫폼상에서 AVX-2 명령어 기반의 구현을 통해 부채널 공격에 대한 강인성을 가지도록 구현 개발 되었다. Peng et al.[26]에서는 기존 Rainbow 서명 기법의 단점인 큰 키 사이즈를 해결하기 위해, Rainbow 서명 과정의 고속화를 위해, 비밀키의 일부분에 대한 rotating relation 기법과 이를 통한 비밀키 크기를 45% 감소시키는 Circulant Rainbow를 제안하였으며, 제안된 기법에 대해 AVX-2 기반의 최적화 구현을 통해, Intel Corei7-4790 환경 상에서의 최적화 성능을 제시하고 있다.
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참고문헌 (36)

  1. Son, Yongha. "A Practical Post-Quantum Public-Key Cryptosystem Based on spLWE." Information Security and Cryptology--ICISC 2016: 19th International Conference, Seoul, South Korea, November 30--December 2, 2016, Revised Selected Papers. Vol. 10157. Springer, 2017. 

  2. Cheon, J. H., Kim, D., Lee, J., & Song, Y. S. "Lizard: Cut off the Tail!//Practical Post- Quantum Public-Key Encryption from LWE and LWR." IACR Cryptology ePrint Archive 2016 (2016): 1126. 

  3. Bos, Joppe, et al. "CRYSTALS-Kyber: a CCA-secure module-lattice-based KEM." IACR Cryptology ePrint Archive 2017 (2017): 634. 

  4. Bos, J., Ducas, L., Kiltz, E., Lepoint, T., Lyubashevsky, V., Schanck, J. M., & Stehle, D. "High-speed key encapsulation from NTRU." International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, pp. 232-252. Springer, Cham, 2017. 

  5. Guillen, O. M., Poppelmann, T., Mera, J. M. B., Bongenaar, E. F., Sigl, G., Sepulveda, J. (2017). "Towards post-quantum security for IoT endpoints with NTRU", In 2017 Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition(DATE), IEEE, pp. 698-703. 

  6. T. Oder, T. Poppelmann, and T. Guneysu. "Beyond ECDSA and RSA: Lattice-based Digital Signatures on Constrained Devices", 51st Annual Design Automation Conference(DAC), pp. 1-6, 2014. 

  7. R. De Clercq, S. S. Roy, F. Vercauteren, and I. Verbauwhede, "Efficient Software Implementation of Ring-LWE Encryption", 18th Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition, pp. 339-344, 2015. 

  8. T. Poppelmann, T. Oder, and T. Guneysu, "High-performance ideal lattice-based cryptography on 8-bit ATxmega microcontrollers", In International Conference on Cryptology and Information Security in Latin America, pages 346-365. Springer, 2015. 

  9. Z. Liu, H. Seo, S. S. Roy, J. GroBschadl, H. Kim, and I. Verbauwhede, "Efficient Ring-LWE encryption on 8-bit AVR processors", In International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, pages 663-682. Springer, 2015. 

  10. Z. Liu, T. Poppelmann, T. Oder, H. Seo, S. S. Roy, T. Guneysu, J. Groschadl, H. Kim, and I. Verbauwhede, "High-performance ideal latticebased cryptography on 8-bit AVR microcontrollers", ACM Transactions on Embedded Computing Systems (TECS), 16(4):117, pp. 1-20, 2017. 

  11. Z. Liu, R. Azarderakhsh, H. Kim, and H. Seo, "Efficient software implementation of Ring- LWE encryption on IoT processors", IEEE Transactions on Computers, pp. 1-11, 2017. 

  12. Z. Liu, H. Seo, J. GroBschadl, and H. Kim, "Efficient implementation of NIST-compliant elliptic curve cryptography for 8-bit AVR-based sensor nodes", IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 11(7), pp. 1385-1397, 2016. 

    상세보기 crossref

  13. Hwajung Seo, Zhe Liu, Taehwan Park, Hyeokchan Kwon, Sokjoon Lee, and Howon Kim, "Secure Number Theoretic Transform and Speed Record for Ring-LWE Encryption on Embedded Processors", International Conference on Information Security and Cryptology. Springer, Cham, pp. 1-14, 2017. 

  14. Bernstein, Daniel J., Tung Chou, and Peter Schwabe. "McBits: fast constant-time code-based cryptography." International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 250-272, 2013. 

  15. Misoczki, R., Tillich, J. P., Sendrier, N., & Barreto, P. S. "MDPC-McEliece: New McEliece variants from moderate density parity-check codes." Information Theory Proceedings (ISIT), 2013 IEEE International Symposium on. IEEE, pp. 2069-2073, 2013. 

  16. Heyse, Stefan, Ingo Von Maurich, and Tim Guneysu. "Smaller keys for code-based cryptography: QC-MDPC McEliece implementations on embedded devices." International Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer Berlin Heidelberg, pp.273-292, 2013. 

  17. Von Maurich, Ingo, and Tim Guneysu. "Towards Side-Channel Resistant Implementations of QC-MDPC McEliece Encryption on Constrained Devices." PQCrypto 2014, pp. 266-282, 2014 

  18. Maurich, Ingo Von, Tobias Oder, and Tim Guneysu. "Implementing QC-MDPC McEliece Encryption." ACM Transactions on Embedded Computing Systems (TECS) 14.3 (2015): 44., pp. 1-25, 2015 

  19. Chou, Tung. "QcBits: constant-time small-key code-based cryptography." International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer Berlin Heidelberg, 2016.(0), pp. 280-300, 2016 

  20. Barreto, P. S., Gueron, S., Guneysu, T., Misoczki, R., Persichetti, E., Sendrier, N., & Tillich, J. P. "CAKE: Code-Based Algorithm for Key Encapsulation." IMA International Conference on Cryptography and Coding. Springer, Cham, 2017.(0), pp. 207-226, 2017 

  21. Chou, Tung. "McBits revisited." International Conference on Cryptographic Hardware and Embedded Systems. Springer, Cham, pp. 213-231, 2017. 

  22. A. Petzoldt, M-S Chen, B-Y Yang, C. Tao, and J. Ding, "Design Principles for HFEv- based Multivariate Signature Schemes", Advances in Cryptology: ASIACRYPT2015, LNCS 9452, pp. 311-334, 2015. 

  23. D. H. Duong, T. Yasuda, A. Petzoldt, Y. Wang and T. Takagi, "Revisiting the Cubic UOV Signature Scheme", ICISC 2016, LNCS 10157, pp. 223-238, 2016. 

  24. Petzoldt, Albrecht, Alan Szepieniec, and Mohamed Saied Emam Mohamed. "A Practical Multivariate Blind Signature Scheme." IACR Cryptology ePrint Archive 2017 (2017): 131., pp. 1-21, 2017 

  25. Chen, M. S., Li, W. D., Peng, B. Y., Yang, B. Y., & Cheng, C. M. "Implementing 128-bit Secure MPKC Signatures." Cryptology ePrint Archive, Report 2017/636, pp. 1-32, 2017. 

  26. Peng, Zhiniang, and Shaohua Tang. "Circulant Rainbow: A New Rainbow Variant With Shorter Private Key and Faster Signature Generation." IEEE Access 5 (2017), pp. 11877-11886., 2017 

    상세보기 crossref

  27. De Feo, L., Jao, D., Plut, J., "Towards quantum-resistant cryptosystems from supersingular elliptic curve isogenies.", Journal of Mathematical Cryptology 8(3), pp. 209-247, September 2014 

  28. Costello, C., Longa, P., Naehrig, M., "Efficient Algorithms for Supersingular Isogeny Diffie-Hellman", Advances in Cryptology- CRYPTO 2016: 36th Annual International Cryptology Conference, Santa Barbara, CA, USA, August 14-18, 2016, Proceedings, Part I. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2016), pp. 572-601, 2016 

  29. Azarderakhsh, R., Jao, D., Kalach, K., Koziel, B., Leonardi, C., "Key compression for isogeny-based cryptosystems.", Proceedings of the 3rd ACM International Workshop on ASIA Public-Key Cryptography. AsiaPKC '16, New York, NY, USA, ACM, pp. 1-10, 2016 

  30. Koziel, B., Jalali, A., Azarderakhsh, R., Jao, D., & Mozaffari-Kermani, M. "NEON-SIDH: efficient implementation of supersingular isogeny Diffie-Hellman key exchange protocol on ARM." International Conference on Cryptology and Network Security. Springer International Publishing, pp. 88-103, 2016 

  31. Yoo, Y., Azarderakhsh, R., Jalali, A., Jao, D., & Soukharev, V. "A Post-Quantum Digital Signature Scheme Based on Supersingular Isogenies." IACR Cryptology ePrint Archive 2017 (2017): 186., pp. 1-18, 2017 

  32. Costello, C., Jao, D., Longa, P., Naehrig, M., Renes, J., & Urbanik, D. "Efficient compression of SIDH public keys." Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques. Springer, Cham, pp. 279-706, 2017. 

  33. Bernstein, D. J., Hopwood, D., Hulsing, A., Lange, T., Niederhagen, R., Papachristodoulou, L., & Wilcox-O'Hearn, Z. "SPHINCS: practical stateless hash-based signatures." Annual International Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques. Springer, Berlin, Heidelberg, pp. 368-397, 2015. 

  34. Hulsing, Andreas, Joost Rijneveld, and Peter Schwabe. "ARMed SPHINCS." Public-Key Cryptography-PKC 2016. Springer Berlin Heidelberg, 2016, pp. 446-470, 2016 

  35. Gueron, Shay, and Nicky Mouha. "SPHINCS-Simpira: Fast Stateless Hash-based Signatures with Post-quantum Security." Cryptology ePrint Archive, Report 2017/645, pp. 1-12, 2017 

  36. Kolbl, Stefan. "Putting Wings on SPHINCS." PQCrypto 2017, pp. 1-20, 2017 

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