전력 분석 공격에 안전한 효율적인 SEED 마스킹 기법

조영인,김희석,최두호,한동국,홍석희,이옥연,Cho, Young-In,Kim, Hee-Seok,Choi, Doo-Ho,Han, Dong-Guk,Hong, Seok-Hie,Yi, Ok-Yeon 한국정보처리학회 2010 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.17 No.3

In the recent years, power attacks were widely investigated, and so various countermeasures have been proposed. In the case of block ciphers, masking methods that blind the intermediate results in the algorithm computations(encryption, decryption) are well-known. In case of SEED block cipher, it uses 32 bit arithmetic addition and S-box operations as non-linear operations. Therefore the masking type conversion operations, which require some operating time and memory, are required to satisfy the masking method of all non-linear operations. In this paper, we propose a new masked S-boxes that can minimize the number of the masking type conversion operation. Moreover we construct just one masked S-box table and propose a new formula that can compute the other masked S-box's output by using this S-box table. Therefore the memory requirements for masked S-boxes are reduced to half of the existing masking method's one. 전력분석 공격이 소개되면서 다양한 대응법들이 제안되었고 그러한 대응법들 중 블록 암호의 경우, 암/복호화의 연산 도중 중간 값이 전력 측정에 의해 드러나지 않도록 하는 마스킹 기법이 잘 알려져 있다. SEED는 비선형 연산으로 32 비트 덧셈 연산과 S-box 연산을 동시에 사용하고 각 연산에 대한 마스킹 방법이 조화를 이룰 수 있도록 마스킹 형태 변환 과정이 필요하다. 본 논문에서는 SEED의 구조적 특성을 고려하여, 연산 시간이 많이 필요한 마스킹 형태 변환 횟수를 최소화 하도록 새로운 마스킹 S-box 설계법을 제안한다. 또한 마스킹 S-box 테이블을 하나만 생성하고 이것으로 나머지 마스킹 S-box 연산을 대체할 수 있는 연산식을 만들어 기존 마스킹 기법에 비해 마스킹 S-box로 인한 RAM 사용량을 절반으로 줄여 메모리 크기면에서도 효율적이도록 구성하였다.

패스워드 기반 인증 키 공유 프로토콜에서의 효율성

황정연(Jung Yeon Hwang),홍석희(Seok Hie Hong),박혜영(Hye-Young Park),장상운(Jang Woon Jang),박영호(Young-Ho Park),류희수(Heuisu Ryu) 한국정보보호학회 2002 정보보호학회논문지 Vol.12 No.6

스트림 암호에 대한 개선된 다중 경로 고속 상관 공격

김현(Hyun Kim),홍석희(Seok-hie Hong),성재철(Jae-chul Sung),이상진(Sang-jin Lee),박해룡(Hae-ryong Park),전길수(Kil-soo Chun) 한국정보보호학회 2007 정보보호학회논문지 Vol.17 No.4

기지 평문 공격 시나리오에서 스트림 암호에 대한 고속 상관 공격은 매우 강력한 공격 방법이다. 대부분의 고속 상관공격은 암호학적인 문제를 적당한 디코딩 문제의 관점에서 접근한다. 본 논문에서는 이진 대칭 채널의 출력 값으로부터 입력 값을 복구하기 위해 사용되는 패리티 검사 방정식과 Fast Walsh Transform을 이용한 Chose 등이 제안한 고속 상관공격과 Zhang 등이 제안한 다중 경로 고속 상관 공격을 개선한 다중 경로 고속 상관 공격을 제안한다. 이 공격기법은 기 제안된 공격 기법들과 마찬가지로 표적 LFSR(Linear Feedback Shift Register)의 초기 상태 값 중 일부를 추측하나, Zhang 등이 제안한 기법보다 각 경로에서 한 비트씩을 더 복구 할 수 있어 보다 효율적인 공격이 가능하게 한다. In a known plaintext scenario, fast correlation attack is very powerful attack on stream ciphers. Most of fast correlation attacks consider the cryptographic problem as the suitable decoding problem. In this paper, we introduce advanced multi-pass fast correlation attack which is based on the fast correlation attack, which uses parity check equation and Fast Walsh Transform, proposed by Chose et al. and the Multi-pass fast correlation attack proposed by Zhang et al. We guess some bits of initial states of the target LFSR with the same method as previously proposed methods, but we can get one more bits at each passes and we will recover the initial states more efficiently.

부정차분을 이용한 전력분석 공격의 효율 향상

강태선(Taesun Kang),김희석(Hee-Seok Kim),김태현(Tae-Hyun Kim),김종성(Jong-Sung Kim),홍석희(Seok-Hie Hong) 한국정보보호학회 2009 정보보호학회논문지 Vol.19 No.1

1998년 Kocher 등이 블록암호에 대한 차분전력공격(Differential Power Attack, DPA)을 발표하였는데 이 공격으로 스마트 카드와 같이 위조방지가 되어있는 장비에서도 암호알고리즘 연산에 사용된 암호키를 추출할 수 있다. 2003년 Akkar와 Goubin은 DES와 같은 블록암호의 전 후반 3~4 라운드의 중간값을 마스킹 값으로 랜덤화해서 전력분석을 불가능하게 하는 마스킹 방법을 소개하였다. 그 후, Handschuh 등이 차분분석을 이용해서 Akkar의 마스킹 방법을 공격할 수 있는 방법을 발표하였다. 본 논문에서는 부정차분 분석을 이용해서 공격에 필요한 평문수를 Handschuh 등이 제안한 공격방법보다 효과적으로 감소시켰으며 키를 찾는 마지막 절차를 개선하여 공격에 사용되는 옳은 입력쌍을 선별하기위한 해밍웨이트 측정시 발생할 수 있는 오류에 대해서도 효율적인 공격이 가능함을 증명하였다. In 1998, Kocher et al. introduced Differential Power Attack on block ciphers. This attack allows to extract secret key used in cryptographic primitives even if these are executed inside tamper-resistant devices such as smart card. At FSE 2003 and 2004, Akkar and Goubin presented several masking methods, randomizing the first few and last few(3~4) rounds of the cipher with independent random masks at each round and thereby disabling power attacks on subsequent inner rounds, to protect iterated block ciphers such as DES against Differential Power Attack. Since then, Handschuh and Preneel have shown how to attack Akkar's masking method using Differential Cryptanalysis. This paper presents how to combine Truncated Differential Cryptanalysis and Power Attack to extract the secret key from intermediate unmasked values and shows how much more efficient our attacks are implemented than the Handschuh-Preneel method in term of reducing the number of required plaintexts, even if some errors of Hamming weights occur when they are measured.

셀룰러 오토마타 기반 블록 암호에 대한 안전성 분석

류한성(Han Seong Ryu),이제상(Je Sang Lee),이창훈(Chang Hoon Lee),홍석희(Seok Hie Hong) 한국멀티미디어학회 2008 멀티미디어학회논문지 Vol.11 No.8

여러 가지 해쉬 함수 도메인 확장 방법에 대한 Indifferentiability 관점에서의 안전성 분석

장동훈 ( Dong Hoon Chang ),성재철 ( Jae Chul Sung ),홍석희 ( Seok Hie Hong ),이상진 ( Sang Jin Lee ) 韓國航行學會 2009 韓國航行學會論文誌 Vol.13 No.4

경량화 암호의 GEZEL을 이용한 효율적인 하드웨어/소프트웨어 통합 설계 기법에 대한 연구

김성곤(Sung-gon Kim),김현민(Hyun-min Kim),홍석희(Seok-hie Hong) 한국정보보호학회 2014 정보보호학회논문지 Vol.24 No.4

본 논문에서는 하드웨어로 경량 암호 HIGHT, PRESENT, PRINTcipher를 설계하고 소프트웨어로 암호 운영모드를 구현하여 대칭키 암호에 대한 효율적인 하드웨어/소프트웨어 통합설계 방법을 제안하였다. 우선 효과적인 통합설계 언어인 GEZEL 기반으로 대칭키 암호를 하드웨어로 구현한 후 FSMD 방식의 각 암호 모듈을 unfolding, retiming 등 하드웨어 최적화 이론을 적용하여 성능을 향상시켰다. 또한, 8051 마이크로프로세서에 대칭키 암호 운영모드를 C언어로 구현하여 서로 다른 운영모드를 지원하는 다양한 플랫폼에 적용할 수 있게 하였다. 이때 하드웨어/소프트웨어간의 신뢰성 있는 통신 확립과 통신 간 발생할 수 있는 시간 지연을 막기 위하여 하드웨어의 통신 코어와 암호코어를 분리하여 병렬적으로 수행되어 암호화 연산 수행 중에도 메시지를 송/수신 할 수 있도록 처리하는 개선된 handshake 프로토콜을 사용하여 전체적인 성능을 향상시켰다. In this paper, we propose the efficient HW/SW co-design method of light-weight cryptography such as HIGHT, PRESENT and PRINTcipher using GEZEL. At first the symmetric cryptographic algorithms were designed using the GEZEL language which is efficiently used for HW/SW co-design. And for the improvement of performance the HW optimization theory such as unfolding, retiming and so forth were adapted to the cryptographic HW module conducted by FSMD. Also, the operation modes of those algorithms were implemented using C language in 8051 microprocessor, it can be compatible to various platforms. For providing reliable communication between HW/SW and preventing the time delay the improved handshake protocol was chosen for enhancing the performance of the connection between HW/SW. The improved protocol can process the communication-core and cryptography-core on the HW in parallel so that the messages can be transmitted to SW after HW operation and received from SW during encryption operation.

Blacklist를 활용한 선택적 평문 충돌 쌍 공격

김은희(Eun-hee Kim),김태원(Tae-won Kim),홍석희(Seok-hie Hong) 한국정보보호학회 2014 정보보호학회논문지 Vol.24 No.6

부채널을 이용한 충돌 쌍 공격은 부채널 신호를 통해 동일한 비밀 중간 값을 확인하고, 이를 이용하여 암호 알고리즘의 비밀정보를 복원한다. CHES 2011에서 Clavier 등은 Blacklist를 활용하여 기존보다 적은 수의 평문으로 충돌 쌍 공격을 수행하였다. 하지만 Blacklist를 활용한 구체적인 방법 또는 수행 알고리즘에 대한 언급이 없고 단지 사용된 평문의 수치만 소개하였다. 따라서 본 논문에서는 효율적인 충돌 쌍 공격을 위한 구체적인 방법을 소개한다. 우선 Blacklist를 활용할 수 있도록 기본적인 개념 및 용어, 표기법을 정의했으며, 이를 바탕으로 여러 가지 기법들을 제안했다. 또한 설계 시 공격 성능에 가장 큰 영향을 주는 사항에 대해 중점적으로 기술하였고, 분석을 통해 좀 더 효율적인 알고리즘을 설계함으로써 성능 향상을 꾀하였다. Collision attacks using side channel analysis confirm same intermediate value and restore sensitive data of algorithm using this point. In CHES 2011 Clavier and other authors implemented the improved attack using Blacklist so they carried out the attack successfully using less plaintext than before. However they did not refer the details of Blacklist method and just performed algorithms with the number of used plaintext. Therefore in this paper, we propose the specific method to carry out efficient collision attack. At first we define basic concepts, terms, and notations. And using these, we propose various methods. Also we describe facts that greatly influence on attack performance in priority, and then we try to improve the performance of this attack by analyzing the algorithm and structuring more efficient one.

연관키 차분 특성을 이용한 32-라운드 GOST 공격

이태건(Tae-keon Lee),고영대(Young-dai Ko),홍석희(Seok-hie Hong),이상진(Sang-jin Lee) 한국정보보호학회 2004 정보보호학회논문지 Vol.14 No.3

이 논문에서는 블록 암호 알고리즘 GOST의 연관키 차분 공격에 대하여 설명한다. GOST는 키 스케줄이 단순하여 연관키 차분 특성식이 발생하는데 이를 이용하여, 우선 랜덤 oracle로부터 GOST 블록 암호 알고리즘을 확률 1-2??⁴로써 구별하는 방법에 대하여 언급하고, 그 다음엔 각각 24-라운드와 6-라운드로 이루어진 두 개의 연관키 차분 특성식을 연접하여 30-라운드 차분 특성식을 꾸민 후 31-라운드 GOST의 마지막 라운드 키 32비트를 복구하는 공격방법에 대하여 설명한다. 또한, 전체 32-라운드 GOST의 마지막 32 라운드의 부분키 12 비트를 91.7%의 성공확률로 2³?의 선택평문과 2³?의 암호화 시간을 이용하여 복구할 수 있는 알고리즘에 대해서 서술한다. In this paper, we present a related key differential attack on Full-round GOST. Firstly, we present a distinguishing attack on full rounds of GOST, which can distinguish it from random oracle with probability 1-2??⁴ using a related key differential characteristic. We will also show that H. Seki et al.'s idea can be applied to attack on 31 rounds of GOST combining our related key differential characteristic. Lastly, we propose a related key differential attack on full rounds of GOST. In this attack, we can recover 12 bits of the master key with 2³? chosen plaintexts and 2³? encryption times for the 91.7% expectation of success rate.

가역 셀룰러 오토마타 기반 블록 암호에 대한 취약점 분석

류한성(Ryu Han-Seong),이제상(Lee Je-Sang),이창훈(Lee Chang-Hoon),성재철(Sung Jae-Chul),홍석희(Hong Seok-Hie) 한국방송·미디어공학회 2008 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2008 No.-

셀룰러 오토마타(CA:cellular automata)의 특징 중에서 확산(Diffusion)과 국소적인 상호 작용(Local Interaction)은 암호시스템을 설계하는데 적합하여 암호 알고리즘 의사난수 생성기를 비롯한 암호시스템의 설계 논리로 활용되고 있다. 본 논문에서는 2004년에 제안된 가역 셀룰러 오토마타 기반 블록 암호(BCRCA)에 대한 취약점 분석을 소개한다[1]. BCRCA는 224 비트의 안전성을 가져야 하지만, 균일한 키를 이용할 경우 통계적 취약점을 이용하여 191.8 비트의 안전성을 갖는다.