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8가지 블록/키 크기를 지원하는 SPECK 암호 코어
A SPECK Crypto-Core Supporting Eight Block/Key Sizes 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.24 no.2, 2020년, pp.468 - 474  

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

초록
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IoT, 무선 센서 네트워크와 같이 제한된 자원을 갖는 응용분야의 보안에 적합하도록 개발된 경량 블록 암호 알고리듬 SPECK의 하드웨어 구현에 관해 기술한다. 블록 암호 SPECK 크립토 코어는 8가지의 블록/키 크기를 지원하며, 회로 경량화를 위해 내부 데이터 패스는 16-비트로 설계되었다. 키 초기화 과정을 통해 복호화에 사용될 최종 라운드 키가 미리 생성되어 초기 키와 함께 저장되며, 이를 통해 연속 블록에 대한 암호화/복호화 처리가 가능하도록 하였다. 또한 처리율을 높이기 위해 라운드 연산과 키 스케줄링이 독립적으로 연산되도록 설계하였다. 설계된 SPECK 크립토 코어를 FPGA 검증을 통해 하드웨어 동작을 확인하였으며, Virtex-5 FPGA 디바이스에서 1,503 슬라이스로 구현되었고, 최대 동작 주파수는 98 MHz로 추정되었다. 180 nm 공정으로 합성하는 경우, 최대 동작 주파수는 163 MHz로 추정되었으며, 블록/키 크기에 따라 154 Mbps ~ 238 Mbps의 처리량을 갖는다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the hardware implementation of SPECK, a lightweight block cipher algorithm developed for the security of applications with limited resources such as IoT and wireless sensor networks. The block cipher SPECK crypto-core supports 8 block/key sizes, and the internal data-path was de...

주제어

#SPECK   #Block Cipher Algorithm   #Symmetric Key Algorithm   #Feistel   #Information Security  

표/그림 (10)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 블록 암호 SPECK의 알고리듬파라미터 값은 표 1과 같으며, 블록/키 쌍을 하나의동작모드로 보았을 때 총 10가지 모드가 있다. 본 논문에서는 블록크기 48-비트를 제외한 총 8가지의 블록/키 크기의 암호, 복호를 지원하도록 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SPECK이란 무엇인가? IoT, 무선 센서 네트워크와 같이 제한된 자원을 갖는 응용분야의 보안에 적합하도록 개발된 경량 블록 암호 알고리듬 SPECK의 하드웨어 구현에 관해 기술한다. 블록 암호 SPECK 크립토 코어는 8가지의 블록/키 크기를 지원하며, 회로 경량화를 위해 내부 데이터 패스는 16-비트로 설계되었다.
대표적인 경량 블록 암호 알고리듬에는 어떤 것이 있는가? IoT, 무선 센서 네트워크 종단 장치와 같이 제한된 자원을 갖는 응용분야에서는 AES, ARIA와 같은 범용 블록 암호가 적합하지 않으며, 적은 게이트로 구현이 가능한 경량(lightweight) 블록 암호알고리듬들이 제안되어 사용이 확대되고 있다[5, 6].대표적인 경량 블록 암호 알고리듬으로는 TWINE[7], HIGHT[8], PRESENT[9], Piccolo[10], SPECK[11, 12] 등이 있다. 경량 블록 암호는 범용 블록 암호에 비해 보안 성능이 다소 떨어져 하드웨어 복잡도와 보안 성능 사이의 균형이 중요하며, 응용분야의 요구 사양을 고려하여 알고리듬, 블록 및 키 길이 등을 선택해야 한다.
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참고문헌 (12)

  1. M. Ammar, G. Russello, and B. Crispo, "Internet of Things: A survey on the security of IoT frameworks," Journal of Information Security and Applications, vol.38, pp.8-27, 2018. DOI: 10.1016/j.jisa.2017.11.002 

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  2. Q. Jing, A.V. Vasilakos, J. Wan, J. Lu, and D. Qiu, "Security of the Internet of Things: perspectives and challenges," Wireless Netw 20, pp.2481-2501, 2014. DOI: 10.1007/s11276-014-0761-7 

    상세보기 crossref

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

  4. KS X 1213, 128 bit Block Encryption Algorithm ARIA, Korean Agency for Technology and Standards, 2004. 

  5. B. J. Mohd and T. Hayajneh, "Lightweight Block Ciphers for IoT: Energy Optimization and Survivability Techniques," IEEE Access, vol.6, pp.35966-35978, 2018. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2848586 

    상세보기 crossref

  6. T. Eisenbarth, S. Kumar, C. Paar, A. Poschmann, and L. Uhsadel, "A Survey of Lightweight-Cryptography Implementations," IEEE Design & Test of Computers, vol.24, no.6, pp.522-533, 2007. DOI: 10.1109/MDT.2007.178 

    상세보기 crossref

  7. T. Suzaki, K. Minematsu, S. Morioka, and E. Kobayashi, "Twine: A lightweight, versatile block cipher," ECRYPT Workshop on Lightweight Cryptography, pp.146-169, 2011. 

  8. D. Hong, J. Sung, S. Hong, J. Lim, S. Lee, B. 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-CHES 2006, vol.4249 of LNCS, pp.46-59, 2006. DOI: 10.1007/978-3-540-74735-2_31 

  9. 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," Cryptographic Hardware and Embedded Systems-CHES 2007, vol. 4727 of LNCS, pp.450-466, 2007. DOI: 10.1007/978-3-540-74735-2_31 

  10. K. Shibutani, T. Isobe, H. Hiwatari, A. Mitsuda, T. Akishita, and T. Shirai, "Piccolo: an ultralightweight block cipher," Cryptographic Hardware and Embedded Systems-CHES 2011, vol, 6917 of LNCS, pp 342-357, 2011. DOI: 10.1007/978-3-642-23951-9_23 

  11. R. Beaulieu, D. Shors, J. Smith, S. Treatman-Clark, B. Weeks, and L. Wingers, "The SIMON and SPECK Families of Lightweight Block Ciphers," Cryptology ePrint Archive, Report 2013/404, 2013. DOI: https://eprint.iacr.org/2013/404 

  12. R. Beaulieu, S. Treatman-Clark, D. Shors, B. Weeks, J. Smith, and L. Wingers, "The SIMON and SPECK lightweight block ciphers," 2015 52nd ACM/ EDAC/IEEE Design Automation Conference (DAC), pp.1-6, 2015. 

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