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블록암호와 해시 함수 IP가 내장된 Cortex-M0 기반의 보안 시스템 온 칩
A Cortex-M0 based Security System-on-Chip Embedded with Block Ciphers and Hash Function IP 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.2, 2019년, pp.388 - 394  

최준영 (School of Electronic Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ,  최준백 (School of Electronic Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ,  신경욱 (School of Electronic Engineering, Kumoh National Institute of Technology)

초록
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블록암호 알고리듬 ARIA와 AES 그리고 해시 함수 Whirlpool을 단일 하드웨어로 통합 구현한 AAW(ARIA- AES-Whirlpool) 크립토 코어를 Cortex-M0 CPU에 슬레이브로 인터페이스한 보안 SoC(System-on-Chip) 설계에 대해 기술한다. AAW 크립토 코어는 ARIA, AES, Whirlpool의 알고리듬 특성을 이용한 하드웨어 공유를 통해 저면적으로 구현되었으며, 128-비트와 256-비트의 키 길이를 지원한다. 설계된 보안 SoC 프로토타입을 FPGA 디바이스에 구현하고, 하드웨어-소프트웨어 통합 검증을 하였다. AAW 크립토 코어는 5,911 슬라이스로 구현이 되었으며, AAW 크립토 코어가 포함된 AHB_Slave는 6,366 슬라이스로 구현되었다. AHB_Slave의 최대 동작 주파수는 36 MHz로 예측되었으며, ARIA-128, AES-128의 데이터 처리율은 각각 83 Mbps, 78 Mbps이고, Whirlpool 해시 함수의 512-비트 블록의 처리율은 156 Mbps로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes a design of security system-on-chip (SoC) that integrates a Cortex-M0 CPU with an AAW (ARIA-AES- Whirlpool) crypto-core which implements two block cipher algorithms of ARIA and AES and a hash function Whirlpool into an unified hardware architecture. The AAW crypto-core was imple...

주제어

#Security SoC   #Cortex-M0   #ARIA   #AES   #Whirlpool hash function  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • IoT, 무선 센서 네트워크, 모바일 분야의 보안을 위해서는 데이터의 기밀성과 함께 인증, 전자서명 등 다양한 보안 프로토콜의 구현이 필요하며, 이를 위해서는 MCU와 보안 IP가 단일 칩에 집적된 보안 SoC의 경량 하드웨어 구현이 필요하다. 본 논문에서는 IoT와 같이 요구되는 성능은 낮으면서 저면적 구현이 필요한 응용분야에 적합하도록 Cortex-M0 기반의 보안 SoC 프로토타입을 구현하였다. 설계된 보안 SoC는 그림 1과 같이 AAW_Slave가 AHB를 통해 Cortex-M0에 연결된 구조이며, AAW_Slave는 AHB 버스 프로토콜을 통해 Cortex-M0와 데이터를 송ㆍ수신한다.
  • 본 논문에서는 블록암호와 경량 해시 함수가 통합 구현된 AAW(ARIA-AES-Whirlpool) 크립토코어 IP를 Cortex-M0에 슬레이브로 인터페이스된 보안 SoC 프로토타입 구현에 대해 기술한다. Ⅱ장에서는 블록암호 국내 및 국제 표준인 ARIA, AES 알고리듬과 경량 해시 함수 Whirlpool에 대해 소개하고, Ⅲ장에서는 Cortex-M0 기반의 보안 SoC 설계에 대해 설명한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
어떠한 분야에서 SoC가 핵심 컴포넌트로 부각되고 있나? 특히, IoT 네트워크 및 단말, 무선 스마트 단말기, 자율주행 자동차, 드론 등과 같이 제한된 하드웨어 및 소프트웨어 자원을 가지면서 다양한 보안 프로토콜의 구현이 필요한 분야에서는 보안 하드웨어 IP와 소프트웨어를 결합하여 구현할 수 있는 보안 SoC(System-on- Chip)가 핵심 컴포넌트로 부각되고 있으며, 이에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 일반적으로, 보안 SoC는 대칭키 (symmetric-key) 암호 코어, 공개키(public-key) 암호 코어, 해시(hash) 함수 코어, TRNG(True Random Number Generator) 등의 하드웨어 IP(intellectual property)가 CPU에 버스로 인터페이스 되며, 데이 터의 암호․복호, 전자서명, 키관리, 인증 및 무결성 검증 등의 다양한 보안 프로토콜이 하드웨어소프트웨어 통합으로 구현된다[2-5].
ARIA란 무엇인가? ARIA(Academy, Research Institute, Agency)는 128 비트의 평문/암호문을 암호화/복호화하여 128 비트의 암호문/복호문을 만드는 대칭키 블록암호 이다. 128/192/256 비트의 세 가지 키 길이를 지원하며, 키 길이에 따라 12/14/16회의 라운드 변환이 진행된다.
데이터 암호화, 인증, 전자서명, 키 관리 등의 정보보안이 필요한 이유는? 정보통신기술의 급속한 발전에 힘입어 다양한 사물들이 사물인터넷(Internet of Things)을 통한 네트워크로 연결되어 사람과 사물, 사물과 사물 간에 정보를 교류하는 지능형 인프라 및 서비스가 보편화되고 있다. 이와 같은 초연결 사회에서는 네트워크에 연결된 장치에 저장되고, 네트워크를 통해 유통되는 정보를 불법적인 유출, 위조 및 변조로부터 보호하고, 또한 정당한 사용자를 인증하는 등의 정보보안이 매우 중요한 요소가 된다[1]. 정보보안은 데이터 암호화, 인증, 전자서명, 키 관리 등을 포함하는 다양한 기술들을 기반으로 하며, 소프트웨어나 전용 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 혼합 방식으로 구현된다.
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참고문헌 (10)

  1. Ali Ismail Awad, "Introduction to information security foundations and applications," In book: Information Security: Foundations, Technologies and Applications. Chapter: 1, The Institution of Engineering and Technology (IET), Editors: Ali Ismail Awad and Michael Fairhurst, 2018. 

  2. Neowine developed security SoC DORCA -3 supporting asymmetric-key encryption, https://news.v.daum.net/v/20180109133504243. 

  3. MS500: Low Power, Advanced Security Features for IoT, http://kr.ewbm.com/page/sub2_1 

  4. P. Choi, Design and Implementation of High-Performance and Low-Complexity Security System on Chip (SoC), Ph. D. Dissertation, Hanyang University, 2017. 

  5. A. P. Deb Nath, S. Ray, A. Basak and S. Bhunia, "System-on-chip security architecture and CAD framework for hardware patch," 2018 23rd Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), Jeju, pp.733-738, 2018. DOI: 10.1109/ASPDAC.2018.8297409 

    crossref

  6. KS X 1213:2004, 128 bit Block Encryption Algorithm ARIA, Korean Agency for Technology and Standards (KATS), 2004. 

  7. FIPS-197, Advanced Encryption Standard, National Institute of Standard and Technology (NIST), 2001. 

  8. Paulo S. L. M. Barreto and Vincent Rijmen, "The WHIRLPOOL Hashing Function," pp.1-20, 2003. DOI: 10.1.1.529.3184 

  9. ARM Cortex-M0, https://developer.arm.com/products/processors/cortex-m/ 

  10. K. B. Kim and K. W. Shin, "An Integrated Cryptographic Processor Supporting ARIA/AES Block Ciphers and Whirlpool Hash Function," Journal of Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers, vol. 22, no. 1, pp. 38-45, 2018. DOI: 10.7471/ikeee.2018.22.1.38 

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