[논문]초경량 암호 PRESENT의 소프트웨어 구현 시 처리량 향상에 대한 연구

박원규; 김성준; 이강현; 임대운; 유기순

doi:10.7840/kics.2017.42.2.316

초경량 암호 PRESENT의 소프트웨어 구현 시 처리량 향상에 대한 연구
A Study on the Throughput Enhancement in Software Implementation of Ultra Light-Weight Cryptography PRESENT 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.42 no.2, 2017년, pp.316 - 322

박원규 (Department of Information Communication Engineering, Dongguk University) , (Department of Telecommunication Engineering, University Autonoma de Barcelona) , 김성준 (Department of Information Communication Engineering, Dongguk University) , 이강현 (Double H, R&D Center) , 임대운 (Department of Information Communication Engineering, Dongguk University) , 유기순 (Department of Information Communication Engineering, Dongguk University)

초록
AI-Helper

본 논문은 경량 블록암호 알고리즘인 PRESENT를 소프트웨어로 구현 시 단위 시간 당 암호화 처리량을 증가시키는 기법을 제안한다. PRESENT의 각 라운드는 라운드 키 첨가, 치환, 전치 과정으로 구성되어 있으며, 이를 31회 반복 수행한다. Bo Zhu는 효율적 연산을 위해 치환과 전치 과정을 통합하여 연산하는 기법을 제안하였고, 치환과 전치를 따로 수행하는 기존 기법에 비해 암호화 처리량을 약 2.6배 증가 시켰다. 본 논문에서 제안한 기법은 Bo Zhu가 제안한 기법에서 특정 비트를 선택하기 위한 연산을 제거함으로써 암호화 성능을 개선하였다. Bo Zhu의 기법에 비해 메모리 사용량은 증가하지만, 암호화 처리량을 최대 약 1.6배 증가 시켰다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper suggests an efficient software implementation of lightweight encryption algorithm PRESENT which supports for secret key lengths of 80-bits. Each round of PRESENT is composed of the round key addition, substitution, and permutation and is repeated 31 times. Bo Zhu suggested combined substitution and permutation for efficient operation so that encryption throughput has been increased 2.6 times than processing substitution and permutation at separate times. The scheme that suggested in this paper improved the scheme of Bo Zhu to reduce the number of operation for the round key addition, substitution, and permutation. The scheme that suggested in this paper has increased encryption throughput up to 1.6 times than the scheme of Bo Zhu but memory usage has been increased.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

PRSENT는 Bodganov 등이 제안한 AES 기반의 블록 암호로, [7]의 결과에 따르면, PRSENT는 Arduino, Tmote, RP2에서 암호화 및 복호화의 수행 속도가 다른 경량 암호 알고리즘에 비해 저조한 성능을 보인다. 이에 본 논문에서는 소프트웨어 관점에서 PRESENT를 효율적으로 구현하여 수행속도를 향상 시킬 수 있는 최적화 기법을 제안한다.

제안 방법

본 논문에서 제안한 기법은 Bo Zhu의 기법에서 비트 선택의 과정을 없애고자 4개의 SP-Box를 16개로 분리하여 만들었다. SP-Box의 메모리 사용량은 4배 많아지지만 수행속도가 1.

성능/효과

2배 증가하는 결과를 얻었다. 결과적으로, 메모리 사용량은 증가했지만 연산의 횟수를 줄임으로써 암호화의 수행속도를 높일 수 있었다. 본 연구에서 제안된 기법은 전력 소모량과 메모리 사용량 중 전력의 소모량을 최소화하는 것이 우선 적으로 필요한 IoT 환경에 적합한 대안이 될 수 있다.
본 논문에서 제안한 기법은 Bo Zhu의 기법에서 비트 선택의 과정을 없애고자 4개의 SP-Box를 16개로 분리하여 만들었다. SP-Box의 메모리 사용량은 4배 많아지지만 수행속도가 1.2배 증가하는 결과를 얻었다. 결과적으로, 메모리 사용량은 증가했지만 연산의 횟수를 줄임으로써 암호화의 수행속도를 높일 수 있었다.

후속연구

본 논문은 PRESENT 암호화 알고리즘의 수행 속도를 높이는 방법을 제한하였고, 향 후 PRESENT의 복호화 수행속도를 높일 수 있는 효율적인 기법에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LEA란?	LEA는 블록 크기가 128-bit이고, 키 크기가 128/192/256-bit인 국내 표준 경량 암호 알고리즘으로 S-Box를 사용 하지 않고, Addition Rotation Xor (ARX) 연산만으로 구성되어 동작한다.[3]
	대표적인 경량 암호 알고리즘은?	하지만, 기존 암호 기술을 연산 능력과 전원 등의 자원이 제한적인 IoT기기에 그대로 적용하기에는 어려움이 있어, IoT 기기에 적합한 경량 암호 기술이 등장하게 되었다. LEA, HIGHT, PRSENT, mCRYPTON, CLEFIA 등이 대표적인 경량 암호 알고리즘이다.[2]
	HIGHT는 어떻게 구성되는가?	HIGHT는 2005년 국내에서 개발한 블록 암호다. 8-bit 단위의 산술연산만으로 구성되었다. 블록 크기는 64-bit이고, 키 크기는 128-bit이다.

참고문헌 (10)

D. Kim, S. Yuk, and Y. Lee, "Security for (IoT) Service," J. KICS, vol. 30, no. 8, pp. 53-59, Jun. 2013.
Y. Won, "IoT(Internet of Things) information security technology development direction," J. KICS, vol. 32, no. 1, pp. 24-27, Dec. 2014.
D. Hong, J.-K. Lee, D.-C. Kim, D. Kwon, K. H. Ryu, and D.-G. Lee, "LEA: A 128-Bit block cipher for fast encryption on common processors," Inf. Secur. Appl., Springer, vol. 8267, pp. 3-27, 2014.
D. Hong, J. Sung, S. Hong, J. Lim, S. Lee, B.-S. Koo, C. Lee, D. Chang, J. Lee, K. Jeong, H. Kim, J. Kim, and S. Chee, "HIGHT: A new block cipher suitable for low-resource device," CHES 2006, Springer, pp. 46-59, 2006.
T. Shirai, K. Shibutani, T. Akishita, S. Moriai, and T. Iwata, "The 128-Bit blockcipher CLEFIA (Extended Abstract)," FSE 2007, Springer Berlin Heidelberg, pp. 181-195, 2007.
C. H. Lim and T. Korkishko, "mCrypton - A lightweight block cipher for security of low-cost RFID tags and sensors," Inf. Secur. Appl., Springer Berlin Heidelberg, vol. 3786 LNCS, pp. 243-258, 2006.
S. Moon, M. Kim, and T. Kwon, "Trends on lightweight encryption for IoT communication environments," J. KICS, vol. 33, no. 3, pp. 80-86, Feb. 2016.
A. Bogdanov, L. R. Knudsen, G. Leander, C. Paar, A. Poschmann, M. J. B. Robshaw, Y. Seurin, and C. Vikkelsoe, "PRESENT: An ultra-lightweight block cipher," CHES 2007, vol. 4727 LNCS, Springer, pp. 450-466, 2007.
Bo Zhu, An efficient software implementation of the block cipher PRESENT for 8-bit platforms(2013), 09. 05. 2016, https://github.com/bozhu/PRESENT-C
H. Suh and H. Kim, "Implementation of lightweight encryption algorithm for IoT," KIISC, vol. 25, no. 2, pp. 12-19, Apr. 2015.

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