비정상 전원 전압을 이용한 RSA 암호 시스템의 실험적 오류 주입 공격

박제훈(JeaHoon Park),문상재(SangJae Moon),하재철(JaeCheol Ha) 한국정보보호학회 2009 정보보호학회논문지 Vol.19 No.5

CRT-RSA 알고리즘이 스마트카드나 마이크로컨트롤러 등의 암호 장치에 구현된 경우, 레이저 주입, 전자파 방사, 이온 빔 주사, 전압 글리치 주입 등의 오류 주입 기술 등에 의해 CRT-RSA 알고리즘의 비밀 소인수 p, q가 쉽게 노출될 수 있다. 그 중 전압 글리치 오류는 대상 암호 장치에 어떠한 조작이나 변형 없이 적용 가능하여 보다 실제적이다. 본 논문에서는 비정상 전원 전압을 이용한 오류 주입 공격을 실험하였다. 실험 결과 기존에 알려진 고전압 글리치를 주입하는 방법 외에도 전원 전압을 일정 시간동안 단절함으로써 CRT-RSA의 비밀 소인수 p, q를 알아낼 수 있었다. CRT-based RSA algorithm, which was implemented on smartcard, microcontroller and so on, leakages secret primes p and q by fault attacks using laser injection, EM radiation, ion beam injection, voltage glitch injection and so on. Among the many fault injection methods, voltage glitch can be injected to target device without any modification, so more practical. In this paper, we made an experiment on the fault injection attack using abnormal source voltage. As a result, CRT-RSA’s secret prime p and q are disclosed by fault attack with voltage glitch injection which was introduced by several previous papers, and also succeed the fault attack with source voltage blocking for proper period.

CRT-RSA 암호시스템에 대한 광학적 오류 주입 공격의 실험적 연구

박제훈(JeaHoon Park),문상재(SangJae Moon),하재철(JaeCheol Ha) 한국정보보호학회 2009 정보보호학회논문지 Vol.19 No.3

중국인의 나머지 정리(Chinese Remainder Theorem, CRT)를 이용하는 RSA 암호시스템을 암호 칩에 구현할 경우, 암호 칩에서 동작하는 과정 중에 한 번의 오류 주입으로 모듈러스 N의 비밀 소인수 p,q 값이 노출될 수 있다. 본 논문에서는 상용 마이크로컨트롤러에 CRT-RSA 암호 시스템을 구현한 후, 레이저 빔과 플래시를 이용한 광학적 오류 주입 방법으로 공격을 시도하고 실험 결과를 분석하였다. 레이저 빔과 플래시를 이용한 오류 주입 공격 실험 결과, 일부 상용 마이크로 컨트롤러는 광학적 오류 주입 공격에 대해 취약한 특성으로 인해 CRT-RSA 암호 시스템에 소인수 분해 공격이 적용됨을 확인하였다. The CRT-RSA cryptosystem is very vulnerable to fault insertion attacks in which an attacker can extract the secret prime factors p, q of modulus N by inserting an error during the computational operation on the cryptographic chip. In this paper, after implementing the CRT-RSA cryptosystem, we try to extract the secret key embedded in commercial microcontroller using optical injection tools such as laser beam or camera flash. As a result, we make sure that the commercial microcontroller is very vulnerable to fault insertion attacks using laser beam and camera flash, and can apply the prime factorization attack on CRT-RSA Cryptosystem.

AES에 대한 반복문 오류주입 공격

박제훈(JeaHoon Park),배기석(KiSeok Bae),오두환(DooHwan Oh),문상재(SangJae Moon),하재철(JaeCheol Ha) 한국정보보호학회 2010 정보보호학회논문지 Vol.20 No.6

오류 주입 공격은 비밀키가 내장된 암호 장치에서 연산을 수행 시 공격자가 오류를 주입하여 비밀키를 찾아내는 공격으로서 암호시스템의 안전성에 심각한 위협이 되고 있다. 논문에서는 AES 암호를 수행하는 동안 마지막 라운드의 키를 더하는 반복문(for statement)에 대한 오류 주입을 통해 비밀키 전체를 공격할 수 있음을 보이고자한다. 상용 마이크로프로세서에 AES를 구현한 후 한 번의 레이저 오류 주입 공격을 시도하여 128비트의 비밀키가 노출됨을 확인하였다. Since an attacker can occur an error in cryptographic device during encryption process and extract secret key, the fault injection attack has become a serious threat in chip security. In this paper, we show that an attacker can retrieve the 128-bits secret key using fault injection attack on the for statement of final round key addition in AES implementation. To verify possibility of our proposal, we implement the AES system on ATmega128 microcontroller and try to inject a fault using laser beam. As a result, we can extract 128-bits secret key through just one success of fault injection.

차분 전력 분석 공격을 위한 향상되고 실제적인 신호 정렬 방법

박제훈(JeaHoon Park),문상재(SangJae Moon),하재철(JaeCheol Ha),이훈재(HoonJae Lee) 한국정보보호학회 2008 정보보호학회논문지 Vol.18 No.5

스마트카드, USB token과 같은 저 전력 정보보호장치의 가장 큰 위협요소인 부채널 공격은 장치 내부에 구현된 암호 알고리즘의 이론적인 안전도와는 무관하게 적용될 수 있다. 특히, 부채널 공격들 중에서 차분 전력분석 공격은 적용이 쉽고 근본적인 방어가 어려워서 매우 위협적인 공격이지만 공격을 적용하기 위해서는 측정된 모든 신호가 시간축 상에서 매우 잘 정렬된 신호라는 전제조건이 필요하기 때문에, 트리거 지터링, 잡음, 차분 전력 분석 공격 방어책 등 여러 요인들에 의해 시간축 상에 정렬되지 않은 측정된 신호를 정렬하기 위한 여러 가지 방법들이 제안되어 왔다. 기존의 신호 정렬방법들은 측정된 신호의 시간축 상의 위치만을 정렬하는 방법들이어서, 랜덤 클럭을 이용하여 알고리즘의 수행 시간(시간축 상의 신호 크기)을 변화시키는 차분 전력 분석 대응 방법에는 적용이 되지 않는다. 본 논문에서는 측정된 소비 전력 신호를 보간(interpolation)과 추출(decimation) 과정을 통해서 시간축 상에서 위치뿐만 아니라 크기도 동시에 정렬시키는 향상된 신호 정렬 방법을 제안하였다. 또한 랜덤 클럭 방식의 차분 전력 분석 공격 방어대책이 구현된 스마트카드 칩에 개선된 신호 정렬 방법을 적용하여 차분 전력 분석 공격이 효과적으로 적용됨을 실험적으로 확인하였다. Side channel attacks are well known as one of the most powerful physical attacks against low-power cryptographic devices and do not take into account of the target's theoretical security. As an important succeeding factor in side channel attacks (specifically in DPAs), exact time-axis alignment methods are used to overcome misalignments caused by trigger jittering, noise and even some countermeasures intentionally applied to defend against side channel attacks such as random clock generation. However, the currently existing alignment methods consider only on the position of signals on time-axis, which is ineffective for certain countermeasures based on time-axis misalignments. This paper proposes a new signal alignment method based on interpolation and decimation techniques. Our proposal can align the size as well as the signals’ position on time-axis. The validity of our proposed method is then evaluated experimentally with a smart card chip, and the results demonstrated that the proposed method is more efficient than the existing alignment methods.

안드로이드 기반 스마트폰 어플리케이션의 전자기파분석 공격 취약성

박제훈(JeaHoon Park),김수현(Soo Hyeon Kim),한대완(Daewan Han) 한국정보보호학회 2013 정보보호학회논문지 Vol.23 No.6

스마트폰의 사용이 증가하고 사용처가 다양해지면서 뱅킹, 결제, 인증을 위한 보안 어플리케이션이 스마트폰에 구동되고 있다. 보안 서비스를 제공하기 위해 RSA, AES, ECC 등의 암호 알고리즘을 스마트폰 CPU로 연산하고 있지만 스마트폰 CPU는 전자기파분석 공격과 같은 부채널분석 공격에 대한 안전도를 고려하지 않고 있다. G. Kenworthy는 2012년 DesignCon에서 스마트폰에서 동작하는 암호 알고리즘의 전자기파분석 공격에 대한 취약성을 발표하였다. 본 논문에서는 G. Kenworthy의 전자기파분석 실험 환경을 개선하여 안드로이드 기반 스마트폰 상에서 동작하는 상용 보안 어플리케이션의 전자기파분석 공격에 대한 취약성 분석 실험을 수행하였다. 실험 결과 상용 보안 어플리케이션 내에서 동작하는 암호 알고리즘의 전자기파분석 공격에 대한 취약점을 확인하였다. 실험 장비 설정값에 따라 Google의 Play 스토어 동작 중에 방사되는 전자기파 신호에서 w-NAF 스칼라곱셈 연산 구간 구분이 가능하였으며, w-NAF 스칼라곱셈의 스칼라값이 ‘0’인지 ‘0’이 아닌지도 구분 가능하였다. With the growing use of smartphones, many secure applications are performed on smartphones such as banking, payment, authentication. To provide security services, cryptographic algorithms are performed on smartphones’ CPU. However, smartphone’s CPU has no considerations against side-channel attacks including Electromagnetic Analysis (EMA). In DesignCon 2012, G. Kenworthy introduced the risk of cryptographic algorithms operated on smartphone against EMA. In this paper, using improved experimental setups, we performed EMA experiments on androin smartphones’ commercial secure applications. As a result, we show that the weakness of real application. According to the experimental setups, we picked up the operation of w-NAF scalar multiplication from the operation of Google’s Play Store application using radiated EM signal. Also, we distinguished scalar values (0 or not) of w-NAF scalar multiplication.

정보보호 장치에 대한 부채널 공격 동향

박제훈(JeaHoon Park),이훈재(HoonJae Lee),하재철(JaeCheol Ha),문상재(SangJae Moon) 한국정보보호학회 2009 情報保護學會誌 Vol.19 No.2

최근 금융권을 포함한 여러 분야에서 스마트카드의 활용이 급증함에 따라 IC 칩을 내장한 카드의 부채널 공격에 대한 안전성이 이슈가 되고 있다. 부채널 공격이란 IC 카드와 같은 저 전력의 정보보호 장치에 암호 알고리듬을 구현하였을 때 누출되는 연산 시간, 소비 전력, 전자파 등의 부채널 정보를 이용하여 구현된 암호 알고리듬의 비밀 정보를 알아내는 공격 방법이다. Kocher에 의해 부채널 공격이 소개된 이후, 많은 연구 그룹들에 의해 이론적인 연구와 실험적인 연구가 이루어져 왔다. 본 고에서는 시차 분석 공격, 전력 분석 공격, 전자파 분석 공격, 오류 분석 공격 등의 다양한 부채널 공격방법들과 최근까지의 부채널 공격 실험 동향에 대해서 소개하고 국내외 연구 그룹들에 의해 진행된 실험 결과들을 고찰한다. 또한, 보유하고 있는 부채널 공격에 필요한 실험 장비와 지금까지의 부채널 공격 실험 결과들을 소개한다.

아핀좌표를 사용하는 페어링 연산의 Miller 알고리듬에 대한 효과적인 오류주입공격

배기석(KiSeok Bae),박제훈(JeaHoon Park),손교용(Gyoyong Sohn),하재철(JaeCheol Ha),문상재(SangJae Moon) 한국정보보호학회 2011 정보보호학회논문지 Vol.21 No.3

ID 기반 암호시스템의 구현을 위한 Weil, Tate, Ate와 같은 페어링 연산 기법에서는 밀러 알고리듬이 사용된다. 본 연구에서는 밀러 알고리듬에 대한 오류 공격의 하나인 Mrabet의 방법을 분석하여 타원곡선을 표현하는 가장 기본적인 좌표계인 아핀좌표계에서의 효과적인 오류주입공격 방법을 제안하였다. 제안하는 오류주입공격은 밀러 알고리듬의 루프 횟수를 판별하는 분기 구문에 오류를 주입하는 모델이며, 실제 레이저 주입 실험을 수행하여 검증하였다. 이 모델은 기존의 루프 횟수 오류 기법에서 요구하였던 확률적인 분석을 생략할 수 있어 효과적이다. The Miller algorithm is employed in the typical pairing computation such as Weil, Tate and Ate for implementing ID based cryptosystem. By analyzing the Mrabet's attack that is one of fault attacks against the Miller algorithm, this paper presents an efficient fault attack in Affine coordinate system, it is the most basic coordinates for construction of elliptic curve. The proposed attack is the effective model of a count check fault attack, it is verified to work well by practical fault injection experiments and can omit the probabilistic analysis that is required in the previous counter fault model.

사이드 채널 공격에 대한 스마트카드 안전성의 실험적 분석

한동호(DongHo Han),박제훈(JeaHoon Park),하재철(JaeCheol Ha),이성재(SungJae Lee),문상재(SangJae Moon) 한국정보보호학회 2006 정보보호학회논문지 Vol.16 No.4

스마트카드에 내재된 암호 알고리즘이 이론적으로 안전하더라도 실제 구현 환경에 따라 사이드 채널 공격에 취약하다는 사실이 근래에 알려졌다. 본 논문에서는 스마트카드에 구현된 암호 알고리즘의 안전성을 분석할 수 있는 툴을 직접 개발하여 현재 상용 중인 칩을 탑재한 스마트카드에 사이드 채널 공격 중 가장 강력한 공격 방법으로 알려진 전력분석공격과 오류주입공격을 적용하여 안전성 분석을 하였다. 전력분석공격은 대칭키 암호 시스템에 적용하기 쉬운 차분전력분석 공격을 SEED와 ARIA에 대해서 적용하였고, 오류주입공격은 스마트카드의 동작 클럭과 전원을 차단하는 방법으로 CRT기반의 RSA에 적용하였다. 공격 결과 대상 대응책이 없는 경우의 전력분석공격은 가능하지만 오류주입공격은 칩 내부에 사전 방어대책이 마련되어 있어 사이드 채널 공격에 안전했다. Although the cryptographic algorithms in IC chip such as smart card are secure against mathematical analysis attack, they are susceptible to side channel attacks in real implementation. In this paper, we analyze the security of smart card using a developed experimental tool which can perform power analysis attacks and fault insertion attacks. As a result, raw smart card implemented SEED and ARIA without any countermeasure is vulnerable against differential power analysis(DPA) attack. However, in fault attack about voltage and clock on RSA with CRT, the card is secure due to its physical countermeasures.

오류 확산 기법을 이용한 CRT-RSA 오류 주입 공격 대응 방안

하재철(JaeCheol Ha),박제훈(JeaHoon Park),문상재(SangJae Moon) 한국정보보호학회 2008 정보보호학회논문지 Vol.18 No.2

최근 일반 CRT-RSA 알고리듬은 오류 주입 공격에 취약하다는 점이 실험적 결과에 의해 밝혀졌다. 본 논문에서는 CRT-RSA에 대한 오류 주입 공격 및 방어 대책을 분석하고 다양한 형태의 오류 주입 공격을 방어할 수 있는 새로운 알고 리듬을 제안하고자 한다. 제안하는 알고리듬은 CRT-RSA에서 두 소수에 대한 멱승연산 시 오류가 발생하면 그 오류를 재결합 과정에서 확산되도록 설계하였다. 이 알고리듬은 판정 기법에 기반한 오류를 검사하는 과정이 없으며 공개 파라미터 e를 사용하지 않는다. 또한 계산량 측면에서도 안전성을 갖춘 타 방식에 비해 효율적이다. Recently, the straightforward CRT-RSA was shown to be broken by fault attacks through many experimental results. In this paper, we analyze the fault attacks against CRT-RSA and their countermeasures, and then propose a new fault infective method resistant to the various fault attacks on CRT-RSA. In our CRT-RSA algorithm, if an error is injected in exponentiation with modulo p or q, then the error is spreaded by fault infective computation in CRT recombination operation. Our countermeasure doesn't have extra error detection procedure based on decision tests and doesn't use public parameter such as e. Also, the computational cost is effective compared to the previous secure countermeasures.

검색 정보 사전 동기화를 이용한 저비용 RFID 인증 방식

하재철(JaeCheol Ha),박제훈(JeaHoon Park),하정훈(JungHoon Ha),김환구(HwanKoo Kim),문상재(SangJae Moon) 한국정보보호학회 2008 정보보호학회논문지 Vol.18 No.1

최근 유비쿼터스 분산 환경에 적합한 해쉬 기반의 효율적인 RFID 인증 프로토콜들이 제안되었다. 분산 환경에 적합하기 위해서는 고정된 ID를 사용하는 것을 일반적인 특징으로 하는데, 기존 방식들은 ID를 Back-end DB에서 검색하는데 시간이 많이 소요되거나 안전성 측면에서 몇 가지 취약점을 가지고 있다. 본 논문에서는 분산 환경에 적합하도록 고정 ID를 사용하면서 DB에서 ID 검색이 용이한 RFID 인증 프로토콜을 제안하고자 한다. 제안 프로토콜의 특징은 DB가 다음 세션의 ID 검색을 용이하게 하기 위해 이전 세션에서 미리 검색 정보를 저장하여 둔다는 점이다. 제안 프로토콜에서는 태그와 DB간의 비동기 현상이 일어나지 않을 경우, 태그와 DB가 각각 단 3번씩의 해쉬 연산만으로 상호 인증을 수행할 수 있다. Recently, many hash-based authentication protocols were presented to guarantee mutual authentication between tag and DB in RFID system. To be suitable for distributed DB environment, one generally uses fixed constant value as a tag ID. However, some existing protocols have security flaws or heavy computational loads in DB in order to search a tag ID. We propose a secure authentication protocol which is suitable for distributed DB environment by using unchangeable tag ID. The storage method of pre-synchronized information in DB at previous session is core idea of our proposal which gives low-cost ID search of DB at next session. In normal synchronization state, our protocol only requires 3 hash operations in tag and DB respectively.