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[국내논문] NIST PQC 표준화 과정 및 Round 4 선정/비선정 알고리즘 분석
Analysis of NIST PQC Standardization Process and Round 4 Selected/Non-selected Algorithms

융합보안논문지 = Convergence security journal, v.24 no.2, 2024년, pp.71 - 78  

최유란 (경남대학교) ,  최윤성 (인제대학교) ,  이학준 (경남대학교)

초록
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양자 컴퓨팅의 급속한 발전으로 현재의 공개키 암호화 방식이 취약해지자, 미국의 국립표준기술연구소(NIST)는 양자컴퓨터 공격에 대응할 수 있는 새로운 암호화 표준을 개발하기 위한 Post-Quantum Cryptography(PQC) 프로젝트를 시작했다. 이 프로젝트는 전 세계 연구자들이 제안한 다양한 암호 알고리즘들을 검토하고 평가하는 과정을 포함한다. 초기에 선택된 양자 저항성 암호화 알고리즘은 격자와 해시 함수를 기반으로 개발됐다. 현재는 BIKE, Classic McEliece, HQC 등 다양한 기술적 접근 방식을 제공하는 알고리즘들이 네 번째 라운드에 검토 중이다. CRYSTALS-KYBER, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+는 세 번째 라운드에서 표준화 대상으로 선정됐다. 2024년에는 네 번째 라운드에서 선정된 알고리즘들과 현재 평가 중인 알고리즘들에 대한 최종 결정이 내려질 예정이다. 양자 컴퓨팅 시대를 대비해 공개 키 암호 시스템의 보안을 강화하는 중요한 단계로, 미래의 디지털 통신 시스템을 위협으로부터 보호하는 데 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 논문에서는 양자 내성 암호 알고리즘의 보안성과 효율성을 분석하여 그 동향을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the rapid development of quantum computing compromises current public key encryption methods, the National Institute of Standards and Technology (NIST) in the United States has initiated the Post-Quantum Cryptography(PQC) project to develop new encryption standards that can withstand quantum comp...

Keyword

#NIST   #QPC Algorithm   #Public-Key Encryption   #Quantum Computer  

표/그림 (3)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 NIST가 진행 중인 PQC 표준화 과정(현황)[1] 및 그 과정에서 선정 또는 비선정된 알고리즘들에 대한 동향을 알아보고자 한다. 2장에서는 표준화 대상 알고리즘에 대한 동향을, 3장에서는 Round 4에 선정된 알고리즘들과 비선정된 알고리즘들에 대한 동향을 살펴본다.
  • 본 논문에서는 미국 NIST PQC 표준화 과정과 이 과정에서 선정 및 비선정된 알고리즘들에 대해 살펴보았다. NIST가 발표한 첫 번째 양자 내성 암호화 알고리즘 그룹은 주로 Structured Lattice와 해시 함수에 기반한 것으로, 이는 양자 컴퓨터에 의한 공격에 저항할 수 있는 고도의 수학 문제들을 해결함으로써 보안성을 제공한다.

가설 설정

  • NIST는 FALCON이 올바르게 구현된다는 가정 하에 그 보안성에 확신을 가지고 있으며, 특정 응용 분야에서 작은 대역폭이 필요한 경우를 고려하여 표준화로 선택했다. 이는 FALCON이 효율적이고 안전한 서명 알고리즘으로서의 잠재력을 인정받고 있다는 것을 의미한다.
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참고문헌 (14)

  1. G. Alagic, D. Apon, D. Cooper, Q. Dang, T. Ddang, J. Kelsey, J. Lichtinger, Y. K. Liu, C. Miller, D. Moody, R. Peralta, R. Perlner, A. Robinson, D. Smith-Tone, 'Status report on the third round of the NIST post-quantum cryptography standardization process', US Department of Commerce, NIST, 2022. 

  2. 김규상, 박동준, 홍석희, "NIST PQC Round 3 FALCON 전자서명 알고리즘의 전력 분석 취약점 연구", 제31권, 제1호, pp.57-64, 2021. 

  3. Duke-Bergman, Kei, A. Huynh, "Evaluating the performance of FPGA-based Secure Hash Algorithms for use in SPHINCS+", 2023 . 

  4. Kumar, Manish, "Post-quantum cryptography Algorithms's standardization and performance analysis", Array, Vol. 15, 2022, 100242. 

  5. 양유진, 오유진, 장경배, 서화정, "코드 기반 암호와 아이소제니 기반 암호의 공격 사례", 제33권, 제1호, pp. 51-58, 2023. 

  6. Castryck, Wouter, T. Decru, "An efficient key recovery attack on SIDH", Annual Intermational Conference on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques, Cham: Springer Nature Switzerland, pp. 423-447, 2023. 

  7. NTRU, "https://ntru.org/f/ntru-20190330.pdf", 2019. 

  8. A. Basso, J. M. B. Mera, J. P D'Anvers, A. Karmakar, S. S Roy, M. V Beirendonck, F. Vercauteren, "SABER-Mod-LWR Based KEM (Round 2 Submission)", 2021. 

  9. V. B Dang, K. Mohajerani, K. Gaj, "Highspeed Hardware Architectures and FPFA Benchmarking of CRYSTALS-Kyber, NTRU, and Saber", IEEE Transactions on Computers, Vol. 72, No. 2, pp.306-320, 2022. 

  10. Rainbow Round-2 Presentation, "https://csrc.nist.gov/CSRC/media/Presentations/rainbow-round-2-presentation/images-media/rainbow-ding.pdf", NIST, 2019. 

  11. 김광식, 김영식, "NIST PQC Rainbow의 효율적 유한체 연산 구현", 정보보호학회논문지, 제31권, 제3호, pp. 527-532, 2021. 

  12. 김예원, 염용진, 강주성, "GPU를 이용한 LWE기반 양자 내성 암호의 병렬화 및 성능 분석", 한국통신학회논문지, 제45권, 제12호, pp. 2183-2192, 2020. 

  13. NTRU Prime, "https://ntruprime.cr.yp.to/nist/ntruprime-20201007.pdf", 2020. 

  14. A. Casanova, J. C. Faugere, G. Macario-Rat, J. Patarin, L. Perret, J. Rycheghem, "GeMSS: A Great Multivariate Short Signature", Diss. UPMC-Paris 6 Sorbonne Universites; INRIA Paris Research Centre, 2017. 

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