초록 ▼

암호화 방법은 크게 비밀키이 방식과 공개키이 방식으로 나눌 수 있다. 비밀키이 방식은 대표적으로 '76년에 발표된 미국의 DES(Data Encryption Standard)가 있으며 공개키이 방식은 '78년에 미국 MIT대학에서 제안한 RSA(Rivest Shamir Adleman)가 많이 쓰인다. 그러나, 컴퓨터 시스템에서 안전한 암호문을 위한 암호화는 처리시 상당한 오버헤드가 발생하여 처리의 효율을 저하시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 새로운 접근 방법으로 암호화를 고속으로 처리하기 위한 관점에서 암호화에 적합한 알고리

암호화 방법은 크게 비밀키이 방식과 공개키이 방식으로 나눌 수 있다. 비밀키이 방식은 대표적으로 '76년에 발표된 미국의 DES(Data Encryption Standard)가 있으며 공개키이 방식은 '78년에 미국 MIT대학에서 제안한 RSA(Rivest Shamir Adleman)가 많이 쓰인다. 그러나, 컴퓨터 시스템에서 안전한 암호문을 위한 암호화는 처리시 상당한 오버헤드가 발생하여 처리의 효율을 저하시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 새로운 접근 방법으로 암호화를 고속으로 처리하기 위한 관점에서 암호화에 적합한 알고리즘을 살펴보았고, 알고리즘의 고속처리에 적합한 소프트웨어나 하드웨어 구현 방법들을 분석하였다. 이들 중 대표적인 암호 알고리즘인 DES와 RSA에 대한 소프트웨어, 하드웨어 구현 방법등을 중심으로 각각의 성능과 특성을 비교하였다. 그리고 DES와 RSA 암호화의 병렬성을 분석, 추출하기 위해서 어셈블리 언어 레벨(R3000 RISC)에서의 병렬성 분석기를 설계, 소프트웨어로 구현하였으며, 이 병렬성 분석기로 암호화 알고리즘에 나타난 병렬성을 분석하였다. 많이 사용되는 암호화 알고리즘인 DES의 16라운드를 모두 펼쳐 선형 파이프라인 개념을 적용하여 병렬처리를 위한 다중 암호화 보조 프로세서를 설계하여 350㎒의 클럭속도로 1,18Gbps까지의 고속처리가 가능함을 보였다. RSA 암호화의 고속화를 위해 다중 스레드 처리 프로세서 개념을 적용하여 다중 스레드 처리 프로세서의 구조를 구성하였으며, 이를 소프트웨어로 시뮬레이션을 실시하고 그 성능을 분석하였다. RSA 아모화 알고리즘은 중국인 나머지 정리와 병렬이진 알고리즘을 적용한 구현 프로그램이 가장 많은 병렬성과 빠른 결과를 보임을 알았다. 본 연구의 병렬성 분석기는 IBM PC에서 C언어로 구현하였고, 다중 스레드 생성기 및 다중 스레드 실행 시뮬레이터는 DECstation 5000/25(UNIX)에서 C??언어로 구현하였다.

Abstract ▼

Encryption methodologies are classified into private-Key encryptions and public-Key encryptions. DES(Date Encryption Standard) and RSA(Rivest Shamir Adleman) are typical examies of hese standards. Overheads, however, from taking a ciphertext using the encryption methodes and description methodes a

Encryption methodologies are classified into private-Key encryptions and public-Key encryptions. DES(Date Encryption Standard) and RSA(Rivest Shamir Adleman) are typical examies of hese standards. Overheads, however, from taking a ciphertext using the encryption methodes and description methodes are so serious that we can't use them without sacryfing system throughputs. In this study at the view point of parallel processing, we surveyed the encryption algorithms for processing highly encryption, and analyzed the s/w and h/w implementations, performance and chracteristics of these implementation. Also, we designed and implemented with s/w a parallelism analyzer for alanyzing and exploiting the parallelisms of the DES and RSA at the level of assembly instructions(R3000 RISC), analyzed the parallelisms of DES and RSA. We presented in this study the linear pipelined architecture of DES which was partitioned ito 4 coprocessors. It has the parallel processing capabilities of permutations and substitutions, the high-speed throughput and the reusability of the architecture even though it causes a few changes in permutation and substitution values occur. At the clock frequency of 350㎒, data(64KB) could be ciphered at the rate of 1.18GBit/second. For higher throughput of RSA, we implemented an efficient multithreaded code generation system that automatically transformed a single threaded version of R3000 assembly codes into its multithreaded codes with the same semantics. Using this multithreaded code genaration system we generated the multithreaded codes for various implementation programs of RSA, proposed a multithreaded computer architecture for RSA encryption. As the result, we knew that RSA program with the Chinese Remainder Theorem and the Parallel Binary Algorithm had the most parallelisms and the best throughput in the multithreaded computing environnment. In this study the parallel analyzer was implemented on IBM PC with C-language, the multithreaded code generation system and the multithreaded computer architecture simulator were implemented on DECstation 5000/25(UNIX) with C?? language environments.

목차 Contents

• 제1장 서 론...12
• 1.1 연구목적...12
• 1.2 연구내용 및 방법...12
• 1.3 개요...13
• 제2장 암호화 알고리즘...15
• 2.1 암호화의 기본 원리...15
• 2.2 고속암호화 알고리즘의 특성...18
• 2.3 하드웨어 구현 알고리즘...19
• 제3장 고속 암호화 구현 방법 분석...23
• 3.1 DES의 하드웨어 구현...23
• 3.2 RSA의 하드웨어 구현...23
• 3.3 암호화 보조 프로세서(crypto-coprocessor) 구현...24
• 3.4 암호 시스템의 설계 요소...25
• 제4장 암호 시스템의 병렬성 분석...28
• 4.1 병렬성 분석기의 설계...28
• 4.2 병렬성 분석기 구현...30
• 4.3 암호 시스템의 병렬성 분석...35
• 제5장 병렬 암호화 보조 프로세서의 설계...41
• 5.1 보조 프로세서 프로토콜 분석...41
• 5.2 DES 암호화의 병렬처리...45
• 5.3 병렬 다중 암호화 보조 프로세서 구조...49
• 5.4 RSA 암호화의 다중 스레드 처리구조...52
• 5.5 다중 스레드 컴퓨터 구성...69
• 제6장 시뮬레이션 및 결과 분석...73
• 6.1 DES의 파이프라인 처리 결과 분석...73
• 6.2 RSA의 다중 스레드 처리 결과 분석...75
• 제7장 결 론...79
• 참고문헌...80
• [부록 1] RSA 암호화 알고리즘 구현 프로그램(4종)(IBM PC/Turbo C 및 R3000 어셈블리 언어 사용)...83
• [부록 2] 후위 처리기중 코드 구분화 모듈 : Partitioning.cxx 일부...96
• [부록 3] 스레드 스케쥴링 프로그램 : Reorder.cxx 일부...100
• [부록 4] 다중 스레드 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램(DECstation 5000/25, C++ 언어로 구현)...103
• [부록 5] RSA 구현 프로그램(4종)의 다중 스레드 생성 코드...107