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32-bit RISC-V 프로세서 상에서의 초경량 블록 암호 알고리즘 Revised CHAM 구현
심민주 ( Min-joo Sim ),엄시우 ( Si-woo Eum ),권혁동 ( Hyeok-dong Kwon ),송경주 ( Gyeong-ju Song ),서화정 ( Hwa-jeong Seo ) 한국정보처리학회 2021 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.28 No.2
ICISC’19에서 기존 CHAM과 동일한 구조와 규격을 갖지만, 라운드 수만 증가시킨 revised CHAM이 발표되었다. CHAM은 사물인터넷에서 사용되는 저사양 프로세서에서 효율적인 구현이 가능한 특징을 갖고 있다. AVR, ARM 프로세서 상에서의 CHAM 암호 알고리즘에 대한 최적 구현은 존재하지만, 아직 RISC-V 프로세서 상에서의 CHAM 구현은 존재하지 않는다. 따라서, 본 논문에서는 RISC-V 프로세서 상에서의 Revised CHAM 알고리즘을 최초로 구현을 제안한다. CHAM 라운드 함수의 내부 구조의 일부를 생략하여 최적 구현하였다. 그리고 홀수 라운드와 짝수 라운드를 모듈별로 구현하여 필요에 따라 모듈을 호출하여 손쉽게 사용할 수 있게 하였다. 결과적으로, RISC-V 상에서 제안 기법 적용하기 전보다 제안 기법 적용 후에 12%의 속도 향상을 달성하였다.
국산 경량 암호 PIPO에 대한 부채널 분석과 마스킹 기법 제안
심민주 ( Min-joo Sim ),김현준 ( Hyun-jun Kim ),권혁동 ( Hyeok-dong Kwon ),장경배 ( Kyung-bae Jang ),김현지 ( Hyun-ji Kim ),박재훈 ( Jae-hoon Park ),엄시우 ( Si-woo Eum ),송경주 ( Gyeong-ju Song ),서화정 ( Hwa-jeong Seo ) 한국정보처리학회 2021 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.28 No.1
최근 사물인터넷(IoT) 환경에서 다양한 장비의 인터넷 통신이 가능하여 이에 적절한 경량 블록 암호 알고리즘에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. ICISC 2020에서 새로 발표된 국산 경량 블록 암호 알고리즘인 PIPO는 새로운 경량 S-Box를 조합한 unbalanced-Bridge 구조로 효율적인 비트슬라이싱 구현을 제공한다. IoT 환경에 PIPO가 적용되기 위해서는 부채널 분석에 대한 안전성이 보장되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 PIPO가 1차 CPA 공격에 취약함을 확인한다. 그리고 부채널 공격에 대응하기 위해 1차 마스킹 기법을 제안한다. 제안한 마스킹 기법은 1차 CPA 공격에 안전하였으며, 마스킹 적용 전보다 -375%의 성능을 보였다. 그리고 기존 기법보다 1287% 속도가 빨라진 것을 확인하였다.
32-bit RISC-V 프로세서 상에서의 경량 블록 암호 SIMECK, SIMON 카운터 운용 모드 최적 구현
심민주(Min-Joo Sim),권혁동(Hyeok-Dong Kwon),오유진(Yu-Jin Oh),송민호(Min-Ho Song),서화정(Hwa-Jeong Seo) 한국정보보호학회 2023 정보보호학회논문지 Vol.33 No.2
본 논문에서는 32-bit RISC-V 프로세서 상에서 경량 블록 암호인 SIMECK과 SIMON의 카운터 운용 모드에 대한 최적 구현을 제안한다. CTR 운용 모드의 특징을 활용하여 일부 값을 사전 연산하는 라운드 함수 최적화, 단일평문 최적화와 2개의 평문 병렬 최적화를 제안한다. RISC-V 상에서의 SIMECK과 SIMON에 대한 선행 연구 결과가 존재하지 않기 때문에 단일 평문 최적화와 2개의 평문 병렬 최적화 구현물에 대해 사전 연산 기법이 적용된 구현물과 사전 연산이 적용되지 않은 구현물의 성능을 비교하였다. 결과적으로, 사전 연산 기법이 적용된 구현물은 사전 연산이 적용되지 않은 구현물 대비 모두 1%의 성능 향상을 확인하였다. In this paper, we propose an optimal implementation of lightweight block ciphers, SIMECK and SIMON counter operation mode, on a 32-bit RISC-V processor. Utilizing the characteristics of the CTR operating mode, we propose round function optimization that precomputes some values, single plaintext optimization and two plaintext parallel optimization. Since there are no previous research results on SIMECK and SIMON on RISC-V, we compared the performance of implementations with and without precomputation techniques for single plaintext optimization and two plaintext parallel optimization implementations. As a result, the implementations to which the precomputation technique was applied showed a performance improvement of 1% compared to the implementations to which precomputation was not applied.
심민주 ( Min-joo Sim ),최승주 ( Seung-ju Choi ),서화정 ( Hwa-jeong Seo ) 한국정보처리학회 2020 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.27 No.1
최근 키오스크 사용 비중이 커짐으로써 그에 따른 사용자들의 개인 정보에 대한 보안 위협이 증가하였다. 호텔과 같은 숙박업소에서 이용하는 키오스크의 경우 체크인을 하기 위해 사용자들의 개인정보를 입력하는 것은 물론 숙박하는 호실의 정보도 가지고 있다. 이 경우 정보 유출 시 개인 정보 유출 이외의 다른 범죄가 발생할 수 있다. 이와 같은 키오스크 보안의 한계점을 보완하기 위해 본 논문에서는 Tendermint 기반의 블록체인을 이용하여 기존 일방향적인 결제 시스템을 지닌 기존 키오스크 체크인 시스템의 단점을 보완하고 키오스크 체크인의 보안성 및 신뢰성을 강화하는 방법을 제안한다.
심민주 ( Min-joo Sim ),권혁동 ( Hyeok-dong Kwon ),김현준 ( Hyun-jun Kim ),서화정 ( Hwa-jeong Seo ) 한국정보처리학회 2022 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.29 No.1
이동통신 산업이 급속도로 발전됨과 동시에 사물인터넷도 빠르게 발전하고 있다. 사물인터넷의 성능이 향상되면서 무선 네트워크에 포함된 많은 데이터를 포함하고 있는 사물인터넷이 증가하였다. 사물인터넷에 사용되는 저사양 프로세서들은 일반 컴퓨터에 비해 제한적이다. 그러므로, 사물인터넷에서 효율적으로 동작되는 암호 알고리즘에 대한 연구는 필수적이다. 따라서, 본 논문에서는 많은 분야에서 널리 사용되고 있는 마이크로 컨트롤러인 ARMv8 프로세서 상에서의 블록 암호 최적 구현에 대한 연구 동향에 대해 알아본다.
저사양 프로세서 상에서의 경량 블록암호 SIMECK 최적 구현 동향
심민주 ( Min-joo Sim ),이민우 ( Min-woo Lee ),김동현 ( Dong-hyun Kim ),윤세영 ( Se-young Yoon ),서화정 ( Hwa-jeong Seo ) 한국정보처리학회 2022 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.29 No.2
사물인터넷에 성능이 향상됨에 따라 사물인터넷에 사용되는 저사양 프로세서들의 보안도 주목받고 있다. 이에 따라, 저사양 프로세서 상에서 안전하고 효율적으로 동작하는 경량 암호에 대한 개발과 최적 연구가 활발히 진행되고 있다. 경량 블록 암호 중 하나인 SIMECK은 경량 블록 암호인 SPECK과 SIMON의 이점만을 결합한 암호 알고리즘이다. 본 논문에서는 저사양 프로세서 상에서의 경량 블록암호 SIMECK 최적 구현 동향에 대해 살펴본다.
QR코드 및 스마트 글라스 활용 개인 정보 보호 블록체인 택배 시스템
최승주,심민주,서화정,Choi, Seung-Joo,Sim, Min-Joo,Seo, Hwa-Jeong 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회논문지 Vol.24 No.5
개인정보 보호의 중요성이 어느 때보다 주목을 받고 있다. 그러나 택배 시스템은 이러한 개인정보 보호에 대한 움직임을 아직 따라가지 못하고 있다. 택배 상자에는 수취인에 대한 개인정보가 적혀있는 운송장이 붙어있어 누구나 손쉽게 개인 정보를 탈취해 갈 수 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 논문에서는 운송장의 내용을 사람이 눈으로 읽고 접근할 수 있는 글자가 아닌 QR 코드로 대처할 것을 제안한다. 또한 해당 QR 코드의 내용에 대한 무분별한 접근을 방지하기 위해 해당 내용에 대한 접근은 택배 블록체인 네트워크에 등록된 스마트 글라스만을 사용하여 접근할 수 있게 한다. 마지막으로 접근 가능한 스마트 글라스를 보유한 사람으로부터 해당 내용이 유출되는 것을 방지하기 위해 해당 접근 기록을 블록체인에 기록할 것을 제안한다. The importance of protecting personal information is getting attention more than ever. However, the package delivery system has yet to keep up with the privacy movement. The waybill attached to the package contains personal information about the recipient in text form, which is exposed to anyone with visible eyesight. In order to remedy the problem, this paper proposes that the contents of the waybill should be replaced by QR code instead of plain text which can be read and accessed through the human eye. In addition, in order to prevent indiscriminate access to the contents of the QR code, the access is only permitted using smart glasses registered in the delivery blockchain network system. Lastly, to prevent leaking the contents of the QR code from the person who has access to the registered smart glasses, an inside job, the access record is recorded on the blockchain.
SIMEC 경량암호에 대한 양자회로 구현 및 Post-Quantum 보안 강도 평가
송경주,장경배,심민주,서화정,Song Gyeong Ju,Jang Kyung Bae,Sim Min Joo,Seo Hwa Jeong 한국정보처리학회 2023 정보처리학회논문지. 컴퓨터 및 통신시스템 Vol.12 No.6
Grover 양자 알고리즘은 brute-force attack 가속화로 대칭키 암호의 보안 강도를 크게 감소시키므로 기존 블록 암호가 양자 컴퓨터에 안전하지 않을 것이라 예상한다. 따라서 대상 암호에 대한 양자회로 구현을 통해 Post-quantum 보안 강도를 확인하여 대규모 양자 컴퓨터 시대에 대비할 수 있다. 본 논문에서는 모든 SIMECK 경량 암호군에 대해 양자 자원(큐비트, 양자 게이트)을 최소화 한 기법으로 설계된 최적의 양자회로 구현 결과를 제시하고 각 함수별 양자 회로 동작을 설명한다. 마지막으로 제안된 SIMECK 양자회로에 대한 양자자원 추정 결과를 SIMON 양자 회로 결과와 비교하고 Grover 공격 비용을 계산하여 SIMECK 경량암호의 Post-quantum 보안 강도를 평가한다. Post-quantum 보안 강도 평가 결과 모든 SIMECK 경량 암호군이 NIST 보안 강도에 도달하지 못했다. 따라서 대규모 양자 컴퓨터 등장 시 SIMECK 암호의 안전성이 불명확하다고 예상하며 이에 대해 본 논문에서는 보안 강도를 높이기 위한 방안으로 블록사이즈 및 라운드 수와 키 길이를 증가시키는 것이 적합하다고 판단한다. Block cipher is not expected to be safe for quantum computer, as Grover's algorithm reduces the security strength by accelerating brute-force attacks on symmetric key ciphers. So it is necessary to check the post-quantum security strength by implementing quantum circuit for the target cipher. In this paper, we propose the optimal quantum circuit implementation result designed as a technique to minimize the use of quantum resources (qubits, quantum gates) for SIMECK lightweight cryptography, and explain the operation of each quantum circuit. The implemented SIMECK quantum circuit is used to check the estimation result of quantum resources and calculate the Grover attack cost. Finally, the post-quantum strength of SIMECK lightweight cryptography is evaluated. As a result of post-quantum security strength evaluation, all SIMECK family cipher failed to reach NIST security strength. Therefore, it is expected that the safety of SIMECK cipher is unclear when large-scale quantum computers appear. About this, it is judged that it would be appropriate to increase the block size, the number of rounds, and the key length to increase the security strength.