공개키 암호 알고리즘의 암호화 함수는 한 방향으로의 계산은 매우 쉬우나, 역 계산은 매우 어렵다는 일방향성과 특별한 정보를 가지면 역 계산이 가능하다는 트랩도어(trapdoor)성질이 있어야 하기 때문에 NP 문제나 계산상 풀기 어려운 수학 문제에 기반하여 연구되고 있다. 본 논문에서는 정수 계획법이라는 NP-완전 문제를 이용한 새로운 공개키 암호 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘의 키 생성 방식은 기존의 배낭꾸리기 암호 TTMXPA의 방식과 유사히지만 기존 시스템의 공격 대상이었던 비밀키가 가지는 취약성을 보완하였다.
본 논문에서는 Paillier가 제안한 확률 공개키 암호 방식을 개선하였다. Paillier의 확률 공개키 암호 방식은 이산 대수 함수를 기반으로. 하고 있으며 메시지는 두 개의 이산 대수 함수의 모듈라 곱으로 계산되고, 이 중 하나는 주어진 공개키에 따른 고정된 값을 갖는다. 공개키를 적절히 선택함으로써 Paillier가 제안한 암호 방식을 개선하여 일방향성과 어의적 안전성을 유지하면서 효율적인 방식을 얻을 수 있다. 또한 이러한 공개키를 쉽게 구할 수 있는 방법도 제시하였다.
암호 기술이 다양화되고 실용화되면서 암호문을 변경할 수 없다는 안전성(CCS)를 만족하는 암호 알고리즘에 대한 필요성이 제기되었고, 최근 몇 년간 안전성이 증명가능한 공개키 암호 방식을 개발하려는 연구가 활발히 진행되어왔다. 지금까지의 연구는 암/복호화시의 효율성 개선과 안전성 증명에 필요한 보다 악한 가정을 사용하려는 방향으로 진행되어왔다. 본 논문에서는 표준모델하에서 기존에 알려진 일 방향 함수를 이용하여 적응-선택 암호문 공격에 안전한 공개키 암호시스템을 구성하는 일반적인 변환 방법을 제안한다. 제안된 방식으로 변환된 공개키 암호 방식은 CCS를 만족할 뿐만 아니라 효율적이며 가장 최소화된 가정만을 사용하기 때문에 기존의 어떤 방식들보다 이상적인 변형방식이다.
양자컴퓨팅 기술이 발전함에 따라, 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전한 암호인 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography, PQC) 기술의 중요성이 대두되고 있다. NIST에서는 2016년부터 시작된 표준화 공모 1,2,3 라운드를 통해 2022년 공개키 암호 및 Key-establishment, 전자서명 분야의 양자내성암호 표준을 선정한 바 있으며, 현재는 4 라운드와 전자서명 분야 추가 선정 공모를 진행 중이다. 이러한 배경에서 2022년 국내에서도 양자내성암호 알고리즘 표준화 공모인 KpqC 공모전 1라운드를 시작하였고, 공개키 암호 및 Key-establishment 7종, 전자서명 9종의 알고리즘이 표준 후보로 제출되었다. 본고에서는 KpqC 공모전 1 라운드 공개키 암호 및 Key-establishment 알고리즘 중 격자 기반 공개키 암호/KEM(Key Encapsulation Mechanism) 알고리즘 3종 NTRU+, SMAUG, TiGER에 대해 분석 및 소개한다. 각 알고리즘의 기반 문제, 설계 방식, 특징, 안전성 분석 방식 등을 분석하고, 구현성능을 비교 분석한다.
공개키 암호시스템은 온라인 전자상거래와 개방형 네트워크에서 정보보호가 요구되는 많은 응용들에 사용되고 있다. 공개키 암호시스템을 광범위하게 사용하려면 공개키 값을 관리하는 공개키 기반구조(Public Key Infrastructure)가 필요하다 이러한 공개키 기반구조의 기능이 없이, 공개키 암호화는 단지 전통적인 비밀키 암호화와 다를 것이 없다 본 논문은 전자상거래의 기본이 되는 공개키 기반구조가 기본적으로 갖추어야 할 특징과 공개키 기반구조를 구성하는 객체들, 그리고 공개키 기반구조를 구성하는 기본적인 방법에 대해 살펴보았다. 그리고, 현재 인증 기반 시스템으로 제안ㆍ사용되고 있는 PKI 중에서, X.509 기반 시스템(X.509, PEM)과 비-X.509 기반 시스템(PGP, SDSI, SPKI)에 대해 연구를 하였으며, 이에 대해 비교 분석하였다.
본 논문에서는 서로 다른 그룹 및 응용 서비스에서 다수의 아이디 기반 공개키를 사용하되, 하나의 복호키를 이용하여 각 공개키로 암호화된 암호문을 모두 복호화 할 수 있는 불연계성을 갖는 다중 아이디 기반 공개키 암호 시스템을 새롭게 제안한다. 공개키는 서로 불연계성을 갖기 때문에, 공격자가 알려진 공개키를 이용하여 사용자 정보나 행동 패턴을 수집하거나 추적할 수 없으므로, 사용자 프라이버시가 보장되고, 인증서를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 아이디 기반 암호 스킴이 갖는 key escrow문제도 해결하였다. 반면에, 다수의 공개키에 대해서 하나의 복호키가 사용되므로, 복호키의 안전성을 제공하기 위해 복호키 갱신 프로토콜도 함께 제공한다. 마지막으로, 제안한 암호 시스템이 랜덤 오라클 모델에서 선택적 암호문 공격(adaptively chosen-ciphertext attack)에 대해 안전함을 증명한다.
최근 무선 인터넷의 발달과 함께 제약사항이 많은 무선 단말기에 적용 가능한 암호학적 알고리즘들의 필요성이 대두되었다. 그 중 2000년 Lenstra에 의해 제안된 XTR은 GF$p^{(6)}$상의 서브그룹(subgroup)에서 안전한 암호 연산을 수행하며, 기존의 알고리즘에 비해 파라미터 선택과, 원소들의 트레이스(trace)를 이용한 효율적인 암호 연산으로 인해 무선 단말기 환경에 적용되기에 알맞다. 본 고에서는 XTR 공개키 알고리즘의 개념과 수학적인 배경에 대해 연구하고, 현재까지 제안된 XTR 공개키 암호 알고리즘의 효율성을 분석하여 앞으로 무선 환경에서의 응용분야를 논한다.
본 논문에서는 컴퓨터 통신에 적합한 공개 키 암호시스팀을 제안한다. 이 방식은 기존의 Knapsack 형래 암호시스템 보다 간단하면서 높은 안전성을 갖는다. 이 Knapsack 형태의 공개 키 암호시스팀은 다변수 다항식의 초증가한 근을 기초로 한 것으로 암호화와 복호화 앨고리듬의 타당성을 보였다. 또한 제안된 공개 키 암호시스팀의 안전성은 다변수 다항식 분해의 다양성, 각 다항식에서 초증가 특성을 만족하는 근을 얻기 위한 어려움, 그리고 평문과 암호문 관계의 모호성을 기반으로 하며 이를 기존의 Knapsack 암호시스팀과 비교분석 하였다.
본 논문에서는 컴퓨터 통신 네트워크의 데이터 안전을 위해서 다항식을 인수분해 하는 데 어려움이 있는 공개키 다항식 배낭 암호시스템 알고리즘을 제안하였다. 제안된 공개키 다항식 배낭 암호시스템은 먼저, 초증가 벡터 P를 변환하여 다항식 벡터 Q(x,y,z)를 형성하고, 다항식 g(x,y,z)를 선택한다. 이러한 두개의 다항식 Q(x,y,z)와 g(x,y,z)를 공개키로 한다. 공개키 다항식 Q(x,y,z), g(x,y,z)와 난수 $\alpha$를 사용하여 평문을 암호화하여 암호문 R(x,y,z)을 수신자에게 보낸다. 수신자는 암호문 R(x,y,z)을 g(x,y,z)=0의 근, x, y와 z 그리고 비밀키 벡터의 초증가성을 사용하여 평문을 구하게 된다. 따라서 해독과정에서 3변수 다항식 g(x,y,z)=0의 인수분해의 어려움 때문에 안전성을 갖는 공개키 다항식 배낭 암호시스템으로 된다. 제안된 공개키 다항식 배낭 암호시스템의 타당성을 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 입증하였다.
본 논문에서는 신원기반 다중수신자 암호 기법의 장점인 묵시적 인증을 제공하는 동시에 키 위탁문제를 해결하기 위한 무인증서 공개키 암호 기술 기반의 새로운 다중수신자 암호 기법을 소개한다. 제안 기법은 다중수신자에 대한 메시지 암호화 단계에서 겹선형 페어링 연산을 제거하였을 뿐만 아니라 복호화 단계에서 단 한 번의 겹선형 페어링 연산만을 요구하는 매우 효율적인 다중수신자 암호 기법이다. 또한, 본 논문에서는 제안 기법을 이용하여 스테이트리스 수신자 환경을 위한 서브셋-커버 프레임워크 기반의 새로운 공개키 브로드캐스트 암호 기법을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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