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클라우드 환경에서의 대용량 데이터 전송의 효율성과 보안성 강화를 위한 부분 암호화 방법
A Partial Encryption Method for the Efficiency and the Security Enhancement of Massive Data Transmission in the Cloud Environment 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.6 no.9, 2017년, pp.397 - 406  

조성한 (가천대학교 IT융합공학과) ,  한기태 (가천대학교 컴퓨터공학과)

초록
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클라우드 환경에서의 대용량 암호화 데이터 서비스를 위하여 기존의 암호화 알고리즘을 사용할 경우 데이터 암호화에 많은 시간 소요의 문제점이 대두된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 일반적으로 부분 암호화 방법을 사용한다. 그러나 기존의 부분 암호화 방법은 암호화되지 않은 잔존 영역으로 인해 암호화된 데이터를 유추할 수 있다는 단점이 존재한다. 본 논문에서는 이러한 단점을 해결하기 위해 암호화 속도를 높이면서 보안을 준수하는 부분 암호화 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 헤더 생성, 부분 암호화, 블록 셔플의 과정으로 구성된다. 1단계 헤더 생성 과정에서는 알고리즘에 필요한 헤더 데이터를 생성하고 2단계 부분 암호화 과정에서는 LEA (Lightweight Encryption Algorithm)를 이용하여 데이터의 일부분을 암호화하고 암호화하지 않은 부분의 데이터와 암호화 과정 중에 생성된 블록을 XOR하여 모든 데이터를 변형시키며, 3단계 블록 셔플 과정에서는 헤더에 저장한 셔플 데이터를 이용하여 블록을 섞어 데이터를 알아볼 수 없는 형태로 바꾸어 암호화를 수행한다. 제안하는 방법을 모바일 디바이스에 적용하여 구현한 결과 암호화한 데이터는 알아볼 수 없는 형태로 모두 바뀌어 데이터를 유추할 수 없었고, 암호 키 없이는 데이터를 복원할 수 없었다. 제안하는 방법은 블록 경량 암호화 알고리즘인 LEA에 비해 암호화 속도가 약 273% 정도 향상되어 대용량 데이터를 암호화하는데 있어 빠른 처리가 가능함을 확인하였다.

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In case of using the existing encrypted algorithm for massive data encryption service under the cloud environment, the problem that requires much time in data encryption come to the fore. To make up for this weakness, a partial encryption method is used generally. However, the existing partial encry...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 클라우드 서비스에서 안전하고 효율적인 데이터 전송을 위한 PLEA(Partial encryption based on LEA) 방법을 제안한다. 클라우드 환경에서 대용량의 데이터를 암호화하기 위해서는 빠른 연산이 요구되므로 경량 암호화 알고리즘을 사용할 필요가 있으며, 그 중 처리속도가 가장 뛰어난 LEA가 가장 적합할 것으로 판단하여 LEA를 이용한 부분 암호화 알고리즘을 설계한다.
  • 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 클라우드 환경에서 빠른 암호화가 가능한 부분 암호화 알고리즘을 제안한다. 제안하는 방법은 경량 블록 암호화 알고리즘인 LEA를 이용하여 데이터의 일부분을 암호화한 뒤 암호화과정에서 연산된 데이터와 암호화하지 않은 부분을 XOR연산한 뒤 블록을 섞는 방법을 이용하여 데이터의 전송 효율성과 보안성을 강구한다.
  • 본 논문에서는 클라우드 환경에서의 데이터 보안 및 암호화 효율 향상을 위해 LEA기반의 부분 암호화 기술인 PLEA를 제안하였다. 데이터를 암호화하지 않고 전송하였을 때 공격자의 공격에 의해 데이터가 노출될 위험이 있으며, 클라우드 서버의 운영은 제 3자에 의해 운영되기 때문에 안전한 데이터 보관에 대한 안심을 할 수 없다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
클라우드 저장소의 로그인 보안은 주로 어떤 통신을 이용하여 보호하고 있는가? 만약 공격자에 의해 사용자의 클라우드 저장소에 접근할 수 있는 ID와 Password가 노출된다면, 공격자는 클라우드 저장소에 저장된 사용자의 암호화 데이터의 원본 데이터에 접근할 수 있다. 현재 클라우드 저장소의 로그인 보안은 주로 Https통신을 이용하여 보호하고 있으나 Https통신은 중간자 공격인 SSL Strip공격에 취약하다는 단점이 있다[3]. Fig.
LEA는 무엇인가? LEA(Lightweight Encryption Algorithm)는 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 IoT 디바이스와 같은 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 2013년도에 개발된 블록 알고리즘으로 2015년 국내 TTA 표준으로 제정되었다[10]. 알고리즘을 경량화하기 위해 S-Box를 이용하지 않고 기본 산술연산인 Addition, Rotation, XOR 연산만을 이용하여 알고리즘을 구현하였다.
LEA는 S-Box를 이용하지 않고 어떤 연산만을 이용하여 알고리즘을 구현하였는가? LEA(Lightweight Encryption Algorithm)는 빅데이터, 클라우드 등 고속 환경 및 IoT 디바이스와 같은 경량 환경에서 기밀성을 제공하기 위해 2013년도에 개발된 블록 알고리즘으로 2015년 국내 TTA 표준으로 제정되었다[10]. 알고리즘을 경량화하기 위해 S-Box를 이용하지 않고 기본 산술연산인 Addition, Rotation, XOR 연산만을 이용하여 알고리즘을 구현하였다. LEA는 평문 128bit의 데이터를 암호화하는 알고리즘으로 키의 길이에 따라 Table 1과 같이 라운드 반복수가 결정된다.
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참고문헌 (14)

  1. H. Lee, "Smart home based internet of thing," The Journal of the Korean Institute of Communication Sciences, Vol. 32, No.4, pp.44-49, 2015. 

  2. Kyungsu Park, Jieun Eom, Jeongsu Park, and Donghoon Lee, "Secure and Efficient Client-side Deduplication for Cloud Storage," Journal of the Korea Institute of Information Security & Crytology, Vol.25, No.1, pp.83-94, 2015. 

  3. SeongMin Cho and Hoon Lee, "A Countermeasure against the Abatement Attack to the Security Server," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol.20, No.1, pp.94-102, 2016. 

  4. Jaehoon Kim and Hojin Seo, "Vulnerability Analysis of Authentication in Encryption Key Backup Using Personal Cloud Storage : Focus on Case Studies," Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol.15, No.5, pp.121-129, 2016. 

  5. H. Kwon, D. Jeong, B. Jeong, and J. Kim, "Cloud security overview," The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, Vol.32, No.10, pp.71-76, 2015. 

  6. E. S. Jeong, B. H. Kim, and D. H. Lee, "A generic partial encryption scheme for low-power mobile devices," MultiMedia Tools and Applications, Vol.72, pp.2087-2106, 2014. 

  7. A. Moumen, M. Bouye, and H. Sissaoui, "New secure partial encryption method for medical images," Nonlinear Dynamics, Vol.82, pp.1475-1482, 2015. 

  8. H. Kim and S. Hwang, "A Study on Application of Efficient Partial Encryption Technique on USB Memory," The Institute of Electronics Engineers of Korea Fall Conference, pp.632- 635, 2009. 

  9. K. Kim and S. Nam, "Partial encryption algorithm based on block cipher algorithm," Proceedings of the 33th KSII Spring Conference, pp.119-120, 2016. 

  10. 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," WISA 2013: Information Security Applications, pp.3-27, 2014. 

  11. J. Deamen and V. Rijmen, "Advanced Encryption Standard (AES)," Federal Information Processing Standards Publication, 197, 2001. 

  12. 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," Cryptographic Hardware and Embedded Systems, pp.49-59, 2006. 

  13. S. Moon, M. Kim, and T. Kwon, "Lightweight cryptographic technology trends for IoT communication environment," The Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, Vol.33, No.3, pp.80-86, 2016. 

  14. KISA [Internet], https://seed.kisa.or.kr/. 

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