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IoT/QR/전자태그용 저용량 메시지 데이터 암호화 적용을 위한 새로운 방식의 스트림 경량 암호화 알고리즘 모티브 제안
A new type of lightweight stream encryption algorithm motif for applying low capacity messaging data encryption for IoT / QR / electronic tags 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.10 no.1, 2017년, pp.46 - 56  

김정훈 (BinaryLab Co. Ltd.)

초록
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최근 IoT 기술의 확산이 본격화 되면서, 홈/가전/의료등 전 산업 분야에 적용되고 있는데, IoT의 저 사양, 저 전력 소모 특성과 통신 데이터 특성으로 인하여, 기존 암호화 알고리즘의 적용이 용이하지 않으며, 따라서 보안 위협에 대한 우려가 커지고 있다. 이에 대응하여 본 연구에서는, 기존의 고정비트에 대한 XOR연산을 이용한 스트림 암호화 방식에 비하여, 해당 기준 비트에서 상위 방향의 비트 패턴에 따라 불규칙적으로 결정되는 특정한 바이너리 클러스터를 기준으로 암호 키 값에 따라 자리내림, 자리올림 방식을 이용하여, 비트 값에 변화를 주는 일종의 가변 길이 비트 XOR연산 방식을 도입하여 암호화 및 복호화가 진행될 수 있음을 처음으로 제시하였다. 제안 알고리즘의 특징상 암호화 전후의 데이터 크기 변화가 없고, IoT 디바이스/QR코드/RFID/NFC가 빈번히 처리하는 짧은 메시지 데이터에 대해서도 암호화하는 실용성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the spread of IoT technology has been spreading, and it has been applied to all industrial fields such as home / home appliance / medical care. Due to the low specification, low power consumption characteristic and communication data characteristic of IoT, implementation of existing algori...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 논문에서는 간단하고 단순한 연산만을 활용한 암호화 기술을 연구하였고, 바이너리 클러스터라는 가변적 비트수를 가진 이진수 박스에 대하여 자리올림/내리내림 연산을 통한 일종의 가변적인 XOR 블록을 이용한 스트림 암호화 방식을 제안하였다. 특히 스트림 암호화에서는 스트림 키의 예측 불가성이 매우 중요한 요소로 여기지고 있는데[3], 본 연구 논문은 스트림 키 이외에, 키 스트림을 이용하여 실제 평문을 암호화 과정에 있어서 바이너리 클러스터 기반의 자리올림, 자리내림 방식이라는 가변적인 XOR 방식을 새롭게 제안하여 기존 스트림 암호화에 있어서 보안성을 높일 수 있는 방법을 제시하였고, 특히 평문과 암호문의 크기가 변화하지 않아서 암호 특성상 암호문의 길이가 길 경우 기존 IoT device가 미리 고려한 정보량 특성을 넘쳐서 data overflow가 발생할 우려가 없을 것으로 기대된다.
  • 이에 본 논문에서는 간단하고 단순한 연산만을 활용한 암호화 기술을 연구하였고, 바이너리 클러스터라는 가변적 비트수를 가진 이진수 박스에 대하여 자리올림/내리내림 연산을 통한 일종의 가변적인 XOR 블록을 이용한 스트림 암호화 방식을 제안하였다. 특히 스트림 암호화에서는 스트림 키의 예측 불가성이 매우 중요한 요소로 여기지고 있는데[3], 본 연구 논문은 스트림 키 이외에, 키 스트림을 이용하여 실제 평문을 암호화 과정에 있어서 바이너리 클러스터 기반의 자리올림, 자리내림 방식이라는 가변적인 XOR 방식을 새롭게 제안하여 기존 스트림 암호화에 있어서 보안성을 높일 수 있는 방법을 제시하였고, 특히 평문과 암호문의 크기가 변화하지 않아서 암호 특성상 암호문의 길이가 길 경우 기존 IoT device가 미리 고려한 정보량 특성을 넘쳐서 data overflow가 발생할 우려가 없을 것으로 기대된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사물 인터넷의 활성화에 따라, 2020년까지 몇 개의 사물이 인터넷과 연결될 거라 추정되는가? 가트너(Gartner, Inc)에 따르면, 최근 사물 인터넷의 활성화에 따라 2020년까지 약 260 억 개의 사물이 인터넷과 연결될 것으로 추정되고 있다. 이는 우리의 실 생활과 밀접한 사물이 인터넷에 직접 연결되고, 이에 따라 기존 사이버 공간의 보안 위험이 일상현실로 확대 될 수 있음을 의미한다[1].
IoT에 기존 AES, DES 등의 암호화 알고리즘의 적용이 어려운 이유는? 이는 우리의 실 생활과 밀접한 사물이 인터넷에 직접 연결되고, 이에 따라 기존 사이버 공간의 보안 위험이 일상현실로 확대 될 수 있음을 의미한다[1]. 그런데 IoT device들은 특성상 CPU나 메모리 자원이 제한적이며, 전력 소모가 작아야하는 특성이 있기 때문에[2], 기존의 AES, DES등 블록 암호화 알고리즘의 적용이 어렵다. 이에 따라 컴퓨팅 능력이 아주 적은 응용 분야에서는 주로 스트림(Stream) 암호가 사용되며, 스트림 암호중에 A5/1암호는 GSM 휴대폰 표준의 일부로 음성 암호화에 사용된다.
IoT device의 특성상 어떤 암호가 사용되는가? 그런데 IoT device들은 특성상 CPU나 메모리 자원이 제한적이며, 전력 소모가 작아야하는 특성이 있기 때문에[2], 기존의 AES, DES등 블록 암호화 알고리즘의 적용이 어렵다. 이에 따라 컴퓨팅 능력이 아주 적은 응용 분야에서는 주로 스트림(Stream) 암호가 사용되며, 스트림 암호중에 A5/1암호는 GSM 휴대폰 표준의 일부로 음성 암호화에 사용된다. 한편 RC4와 같은 스트림 암호는 인터넷 트래픽 암호에도 사용된다[3]. 한편, 국내에서는 IoT device적용을 위해 LEA등 경량블록 암호화를 개발하여 보급 중에 있으나[4], 경량 블록 암호화 알고리즘조차도 적용되기 어려운 초경량 IoT device 들은 여전히 존재하며 이들 또한 해킹이나 정보 탈취 시에 심각한 문제를 일으킬 수 있는 가능성이 높다[5].
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참고문헌 (9)

  1. Kyeoung-Ju Ha., Chang-Ho Seo, Dae-Youb Kim, "Design of Validation System for a Crypto-Algorithm Implementation", The Journal of Korea Information and Communications Society, 39(B), pp. 242-250, Apr. 2014 

  2. Jianying Zhou and Dieter Gollmann, "Evidence and Non-repudiation," Journal of Network and Computer Applications, Vol. 20, No. 3, pp. 267-281, Jul. 1997 

  3. Dong-Ho Won and Young-Suk Lee, Ji-Yeon Kim, "Understanding Cryptography, A Textbook for Students and Practitioners", Greenpress, pp. 37-41, Feb. 2016 

  4. Mi-Ji Sung and Kyung-Wook Shin,"An Efficient Hardware Implementation of Lightweight Block CipherLEA-128/192/256 for IoT Security Applications", J. Korea Inst. Inf. Commun. Eng. Vol. 19, No. 7,pp 1608-1616, Jul. 2015 

  5. Ministry of Science,ICT and Future Planning, "Roadmap of IoT Information Security ", p 68, Oct. 2014 

  6. Je-Seong Jeong, Kyung-min Kim, HakJu Kim,Joon-jeong Park, Soo-Hyun, Ahn, Dongsoo Lee,Rakyong Choi, Kwangjo Kim,Daeyoung Kim, Shin,"Configuration of IoT Secure SNAIL Platform Using Lightweight Crypto primitives (I)", CISC-W'14, v.0, Dec. 2014 

  7. When encrypting personal information of large capacity OLTP system System Performance Improvement Plan (Focused on Public A System), INNOVATION STUDIES, Vol. 9, No. 1, pp. 115-118, Jun. 2014 

  8. Kyuwoon Kim and Hyunwoo Kim and Huijeong Kim and Taeyoung Huh and Sanghyuk Jung, and Yong Ho SongAn "Analytical Model for Performance Prediction of AES on GPU Architecture", Journal of The Institute of Electronics Engineers of Korea Vol. 50, NO. 4, pp. 852-854, April 2013 

  9. Jang-Hyun Kim, Hyo-Joong Suh, "Implementation of Verification and Evaluation Testbed of WiMax2 PKMv2 Encryption Layer", The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication, Vol. 15 No.1, pp.80-81. Feb. 2015 

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