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NIST 경량암호 공모사업 동향 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.30 no.3, 2020년, pp.17 - 24  

백승준 (국민대학교 금융정보보안학과) ,  전용진 (국민대학교 금융정보보안학과) ,  김한기 (국민대학교 금융정보보안학과) ,  김종성 (국민대학교 금융정보보안학과, 정보보안암호수학과)

초록
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최근 사물인터넷 환경이 발달하면서 센서 네트워크, 헬스케어, 분산 제어 시스템, 가상 물리 시스템 등의 다양한 분야의 산업이 부상하고 있다. 이를 위한 소형 컴퓨팅 기기가 보편화되고 있지만, 해당 기기들은 제한된 리소스라는 공통의 약점을 가지고 있다. 제한된 환경에서 중요한 데이터들을 보호하기 위해서는 많은 리소스가 필요한 기존의 암호 알고리즘보다 적은 리소스로도 운용할 수 있는 경량암호 알고리즘이 필요하다. NIST에서는 2015년부터 제한된 환경에 적합한 경량암호 알고리즘을 표준화하기 위한 공모사업을 진행 중이다. 현재 2라운드 과정을 거치고 있으며 총 32종의 알고리즘에 대한 안전성, 효율성 분석이 이루어지고 있다. 이에 본 논문에서는 NIST 경량암호 공모사업 1, 2라운드 후보 알고리즘들을 특징별로 분석하고, 몇 가지 알고리즘들을 심층적으로 살펴본다. 또한 향후 전망과 계속 진행될 공모사업의 타임라인을 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 논스를 재사용하면 메시지에 대한 기밀성을 보장할 수 없지만, TinyJAMBU는 논스가 재사용되더라도 비밀키를 탈취 하기 위해 2112의 연산이 필요하도록 설계하여 NIST의안전성 요구사항을 충족했다. 그뿐만 아니라 논스 재사용 시 인증에 대한 위조 공격 가능성도 굉장히 낮도록설계했다. 그러나 경량암호 3차 워크숍에서 TinyJAMBU에 대한 소프트웨어 구현 수치는 제시된바 있지만[24], 안전성 관점에서의 암호분석은 설계자 들의 제안논문을 제외하고는 찾아보기 어렵다.
  • 본 논문에서는 NIST 경량암호 공모사업에 대해 조사했으며 내용 구성은 다음과 같다. 2장에서는 공모사업 1라운드 결과를 제시하고, 3장에서는 공모사업 2라운드 후보로 선정된 암호 알고리즘을 특징별로 분류한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사물인터넷 기술의 정의는? 최근에는 스마트폰뿐만 아니라 태블릿 PC, 자동차, 조명, 가전 등 다양한 사물들이 인터넷에 연결되어 인간에게 새로운 편의 혹은 가치를 부여한다. 한국인 터넷진흥원(2012)은 사물인터넷 기술을 초연결사회의 기반 기술로서 사물 간 인터넷 혹은 개체 간 인터넷으로 정의했고, 고유 식별이 가능한 사물이 만들어낸 정보를 인터넷을 통해 공유하는 환경이라고 정의했다[1].
TinyJAMBU의 경량 인증암호 제안의 설계는 어떻게 되어있는가? TinyJAMBU는 비밀 키가 기기에 저장된 기기에 최적화된 경량 인증암호를 제안하고 있다. 따라서 설계자 들은 알고리즘을 논스, 인증 데이터, 메시지를 조절할수 있는 공격자를 가정하여도 키 복구 공격을 계산적으로 불가능하게 하도록 설계하였다. 일반적으로 논스를 재사용하면 메시지에 대한 기밀성을 보장할 수 없지만, TinyJAMBU는 논스가 재사용되더라도 비밀키를 탈취 하기 위해 2112의 연산이 필요하도록 설계하여 NIST의안전성 요구사항을 충족했다.
트위커블 블록암호 기반 AEAD의 장점은? 기존의 비밀 키가 암호에 불확실성을 제공한다면, 트윅은 가변성을 제공한다. 트위커블 블록암호 기반 AEAD 도 블록암호 기반 AEAD와 유사하게 기존에 제안된 SKINNY와 같은 트위커블 블록암호를 토대로 설계가 가능하다는 장점이 있다. 제안된 트위커블 블록암호 기반 AEAD 중 상당수가 핵심 함수로 SKINNY 알고리 즘을 사용했음을 알 수 있다[표 6].
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참고문헌 (25)

  1. 배상태, 김진경, "사물인터넷(IoT) 발전과 보안의 패러다임 변화," KISTEP InI 14호, 2016. 

  2. Press Release: Global Internet of Things market to grow to 27 billion devices, generating USD3 trillion revenue in 2025, Gartner, https://machinaresearch.com/news/press-release-global-internet-of-things-market-to-grow-to-27-billion-devices-generating-usd3-trillion-revenue-in-2025/, Visited on May 17. 2020. 

  3. Internet of Things Ecosystem and Trends, IDC, https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerIdIDC_P24793, Visited on May 18. 2020. 

  4. Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: the CCM Mode for Authentication and Confidentiality(SP 800-38D), NIST, https://csrc.nist.gov/publications/detail/sp/800-38c/final 

  5. Recommendation for Block Cipher Modes of Operation: Galois/Counter Mode (GCM) and GMAC(SP 800-38D), NIST, http://csrc.nist.gov/publications/nistpubs/800-38D/SP-800-38D.pdf 

  6. Lightweight Cryptography, NIST, https://csrc.nist.gov/Projects/lightweight-cryptography, Visited on May 18. 2020. 

  7. Submission Requirements and Evaluation Criteria for the Lightweight Cryptography Standardization Process, NIST, https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/Lightweight-Cryptography/documents/final-lwc-submission-requirements-august2018.pdf 

  8. Status Report on the First Round of the NIST Lightweight Cryptography Standardization Process, NIST, https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/ir/2019/NIST.IR.8268.pdf, Visdited on May 4. 2020. 

  9. Guido Bertoni, Joan Daemen, Michael Peeters, Gilles Van Assche, "Cryptographic sponge functions," STMicroelectronics, 2011. 

  10. Guido Bertoni, Joan Daemen, Michael Peeters, Gilles Van Assche, "Permutation-based encryption, authentication and authenticated encryption," STMicroelectronics, 2012. 

  11. FIPS-197, NIST, "Advanced Encryption Standard," Nov. 2001. 

  12. Subhadeep Banik, Sumit Kumar Pandey, Thomas Peyrin, Yu Sasaki, Siang Meng Sim and Yosuke Todo, "GIFT: A Small Present Towards Reaching the Limit of Lightweight Encryption," CHES'17, LNCS 10529, pp.321-345, Sep. 2017. 

  13. Moses Liskov, Ronald L. Rivest, David Wagner, "Tweakable block ciphers,"Advances in Cryptology, CRYPTO'02, LNCS 2442, pp.31-46, 2002. 

  14. Grain-128AEAD, https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/Lightweight-Cryptography/documents/round-1/spec-doc/Grain_128AEAD-spec.pdf 

  15. Subhadeep Banik, Vasily Mikhalev, Frederik Armknecht, Takanori Isobe, Willi Meier, Andrey Bogdanov, Yuhei Watanabe and Francesco Regazzoni, "Towards low energy stream ciphers," IACR Transactions on Symmetric Cryptology, pp.1-19, Jun. 2018. 

  16. Competition for Authenticated Encryption: Security, Applicability, CAESAR, and Robustness, http://competitions.cr.yp.to/caesar.html, Visited on May 4. 2020. 

  17. Lightweight Cryptography Workshop 2019, https://csrc.nist.gov/events/2019/lightweight-cryptography-workshop-2019 

  18. ASCON, https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/lightweight-cryptography/documents/round-2/spec-doc-rnd2/ascon-spec-round2.pdf 

  19. SHA-3 Standard: Permutation-Based Hash and Extend able-Output Functions, NIST, "https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.202.pdf," Aug. 2015. 

  20. Zheng Li, Xiaoyand Dong and Xiaoyun Wang, "Conditional Cube Attack on Round-Reduced ASCON," IACR, Trans. Symmetric Cryptol, pp.175-202, Mar. 2017. 

  21. Guido Bertoni, Joan Daemen, Michael Peeters, Gilles Van Assche and Ronny Van Keer, "Keccak implementation overview," STMicroelectronics, 2012. 

  22. Hongjun Wu and Tao Huang, "The JAMBU Lightweight Authentication Encryption Mode," Competition for Authenticated Encryption: Security, Applicability, CAESAR, and Robustness, 2016. 

  23. TinyJAMBU, https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Projects/Lightweight-Cryptography/documents/round-1/specdoc/TinyJAMBU-spec.pdf 

  24. Benchmarking Software Implementations of 1st Round Candidates of the NIST LWC Project on Microcontrollers, https://csrc.nist.gov/Presentations/2019/benchmarking-software-implementations-of-1st-round 

  25. NIST Lightweight Cryptography Standardization: Next Steps, https://csrc.nist.gov/Presentations/2019/nist-lightweight-cryptography-standardization-next 

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