SEED 블록 암호 알고리즘의 파이프라인 하드웨어 설계 = A Pipelined Design of the Block Cipher Algorithm SEED

국문 초록 (Abstract)

최근 들어, 정보 보호의 필요성이 높아지면서, 암호화 및 복호화에 관한 관심이 커지고 있다. 특히, 대용량 정보의 실시간 고속 전송에 사용되기 위해서는 매우 빠른 암호화 및 복호화 기법이 요구되었다. 이를 위한 방안중의 하나로서 기존의 암호화 알고리즘을 하드웨어 회로로 구현하는 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 기존 연구의 경우, 구현되는 회로 크기를 최소화하기 위해, 암호화 알고리즘들의 주요 특성인 병렬 수행 가능성을 무시한 채, 동일 회로를 여러번 반복 수행시키는 방법으로 설계하였다. 이에 본 논문에서는 1998년 한국정보보호센터에서 개발한 국내 표준 암호화 알고리즘 SEED의 병렬 특성을 충분히 활용하는 새로운 회로 설계 방법을 제안한다. 이 방법에서는 암호 연산부의 획기적인 속도 개선을 위해 암호 블록의 16 라운드 각각을 하나의 단계로 하는 16 단계의 파이프라인 방식으로 회로를 구성한다. 설계된 회로 정보는 VHDL로 작성되었으며, VHDL 기능 시뮬레이션 검증 결과, 정확하게 동작함을 확인하였다. 또한 FPGA용 회로 합성 도구를 이용하여, 회로 구현시 필요한 회로 크기에 대한 검증을 실시한 결과, 하나의 FPGA 칩 안에 구현 가능함을 확인하였다. 이는 단일 FPGA 칩에 내장될 수 있는 고속, 고성능의 암호화 회로 구현이 가능함을 의미한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The need for information security increases interests on cipher algorithms recently. Especially, a large volume of data transmission over high-band communication network requires faster encryption and decryption techniques for real-time processing. It would be a good solution for this problem that we implement the cipher algorithm in forms of hardware circuits. Though some previous researches use this approach, they focus only on repeatedly executing the core part of the algorithm to minimize the hardware chip size, while most cipher algorithms are inherently parallel. In this paper, we propose a new design for the SEED block cipher algorithm developed by KISA (Korea Information Security Agency) in 1998 as Korean standard cipher algorithm. It exploits the parallelism of the algorithm basically and implements it in a pipelined fashion. We described the design in VHDL program and performed functional simulations on the program, and then found that it worked correctly. In addition, we synthesized it and verified that it could be implemented in a single FPGA chip, implying that the new design can be Practically used for the actual hardware implementation of a high-speed and high-performance cipher system.