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초경량 블록 암호 CHAM에 대한 CPA 공격과 대응기법 제안
Suggestion of CPA Attack and Countermeasure for Super-Light Block Cryptographic CHAM 원문보기

정보처리학회논문지. KIPS transactions on computer and communication systems 컴퓨터 및 통신 시스템, v.9 no.5, 2020년, pp.107 - 112  

김현준 (한성대학교 IT융합공학부) ,  김경호 (한성대학교 IT융합공학부) ,  권혁동 (한성대학교 IT융합공학부) ,  서화정 (한성대학교 IT융합공학부)

초록
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초 경량암호 CHAM은 자원이 제한된 장치 상에서 효율성이 뛰어난 덧셈, 회전연산, 그리고 XOR 연산으로 이루어진 알고리즘이다. CHAM은 특히 사물인터넷 플랫폼에서 높은 연산 성능을 보인다. 하지만 사물 인터넷 상에서 사용되는 경량 블록 암호화 알고리즘은 부채널 분석에 취약할 수 있다. 본 논문에서는 CHAM에 대한 1차 전력 분석 공격을 시도하여 부채널 공격에 대한 취약성을 증명한다. 이와 더불어 해당 공격을 안전하게 방어할 수 있도록 마스킹 기법을 적용하여 안전한 알고리즘을 제안하고 구현 하였다. 해당 구현은 8-비트 AVR 프로세서의 명령어셋을 활용하여 효율적이며 안전한 CHAM 블록암호를 구현하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ultra-lightweight password CHAM is an algorithm with efficient addition, rotation and XOR operations on resource constrained devices. CHAM shows high computational performance, especially on IoT platforms. However, lightweight block encryption algorithms used on the Internet of Things may be vulnera...

주제어

#부채널 공격   #CPA 공격   #마스킹  

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 1차 부채널 공격에 안전한 CHAM 마스킹 기법을 제안한다. 일반 구현방법과 동일하게 라운드 함수의 입·출력 마스크 값을 동일하게 유지한다.
  • 본 논문에서는 초경량 블록 암호 알고리즘 CHAM-64/128을 대상으로 저사양 8비트 AVR 프로세서 상에서 전력 분석 공격에 대한 취약성을 확인하였다. 또한 이러한 공격 대응책으로 CHAM에 효율적으로 적용할 수 있는 마스킹 구조를 제안하였다.

가설 설정

  • 본 논문에서는 1차 부채널 공격에 안전한 CHAM 마스킹 기법을 제안한다. 일반 구현방법과 동일하게 라운드 함수의 입·출력 마스크 값을 동일하게 유지한다. 이때, 마스크 값은 16비트의 난수를 사용하며, 효율성을 높이기 위해 모듈러 덧셈에 변환 기법 적용을 제외한 부분은 동일한 구조를 가진다.
  • 본 논문에서는 CHAM-64/128에 대해 상관전력 분석(CPA) 기법을 사용한다. 입력 값을 알고 있다고 가정하고 공격을 시도하였다. 16bit의 라운드 키를 8비트씩 나누어 추측키로 사용하여 연산을 감소시켰다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
부채널 분석은 무엇인가? 그러나 이러한 임베디드 디바이스에 암호 알고리즘을 구현하게 되면서 발생하는 결함들로 인해 부채널 분석(side-channel analysis)에 취약할 수 있다. 부채널 분석이란 1999년 Kocher에 의해 처음으로 제안되었으며 구현 과정에서 설계자가 고려하지 못한 정보의 누출 정보를 통해 비밀 정보를 알아내는 공격 기법이다[5]. 이 중에 가장 효과적인 공격 방법은 전력 분석 공격(Power Analysis Attack) 방법이며, ARX 기반 알 고리즘 LEA, HIGHT, SIMONE, 그리고 SPECK이 해당 공격 기법에 취약한 것으로 밝혀졌다[6-8].
부채널 공격으로부터 안전성을 갖추기 위한 기법으로는 무엇이 있나? 이 중에 가장 효과적인 공격 방법은 전력 분석 공격(Power Analysis Attack) 방법이며, ARX 기반 알 고리즘 LEA, HIGHT, SIMONE, 그리고 SPECK이 해당 공격 기법에 취약한 것으로 밝혀졌다[6-8]. 이러한 부채널 공격으로부터 안전성을 갖추기 위한 기법으로 마스킹 기법이 있다. 마스킹 기법이란 발생하는 중간 값을 랜덤하게 만들어 공격자에게 필요한 정보의 누출을 막는 대응기법이다.
ARX (Add Rotation, Xor) 기반 암호 알고리즘으로는 무엇이 있나? 이를 위한 방법으로 메모리 공간이 작으며 비용이 낮은 사물 인터넷 플랫폼의 구현 및 배포가 쉬운 ARX (Add Rotation, Xor) 기반 암호 알고리즘이 제안되고 있다. 이러한 알고리즘으로는 LEA, HIGHT, SIMON, SPECK, 그리고 CHAM이 있다[1-4].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (11)

  1. TTA, "128-bit Lightweight Block Cipher LEA," TTAK.KO-12.0223, Dec. 2013. 

  2. D. Hong, 2006, HIGHT: A New Block Cipher Suitable Forlow-resource Device, CHES 2006, LNCS 4249: 46-59 

  3. Ray Beaulieu, "The SIMON and SPECK Families of Lightweight Block Ciphers," 2013. 

  4. CHAM: A Family of Lightweight Block Ciphers for Resource-Constrained Devices. 

  5. P. Kocher, J. Jaffe, and B. Jun, "Differential Power Analysis," Advances in Cryptology, CRYPTO'99, LNCS 1666, pp. 388-397, 1999. 

  6. J. Park, D. Hong, D. Kim, D. Kwon, and H. Park, "128-Bit Block Cipher LEA," TTAK.KO-12.0223, Dec. 2013. 

  7. Tae-jong Kim, Yoo-seung Won, Jin-hak Park, Hyun-jin An, and Dong-guk Han, “Side Channel Attacks on HIGHT and Its Countermeasures,” Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology, Vol. 25, No. 2, pp. 457-465, 2015. 

    원문보기 상세보기 crossref

  8. A. Biryukov, D. Dinu, and J. Gro $\ss$ schadl, "Correlation Power Analysis of Lightweight Block Ciphers: From Theory to Practice," In: Manulis M., Sadeghi AR., Schneider S. (eds) Applied Cryptography and Network Security. ACNS 2016. Lecture Notes in Computer Science, Vol. 9696. Springer, Cham. 2016. 

  9. L. Goubin, "A sound method for switching between Boolean and arithmetic masking," Cryptographic Hardware and Embedded Systems, CHES'01, LNCS 2162, pp. 3-15, 2001. 

  10. M. Karroumi, B. Richard, and M. Joye, "Addition with blinded operands," Constructive Side-Channel Analysis and Secure Design, COSADE'14, LNCS 8622, pp. 41-55, 2014. 

  11. Hwajeong Seo, "Memory-Efficient Implementation of Ultra-Lightweight Block Cipher Algorithm CHAM on Low-End 8-Bit AVR Processors," Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology, Vol. 28, pp. 545-550, 2018. 

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