전자문서, 전자결재, 행정 EDI 등과 같은 전자적 매체를 이용한 행정정보화를 실현하기 위한 전자정부 구축 노력이 추진됨에 따라 전자정부 환경에서 발생할 수 있는 각종 정보보호 요소들을 원천적으로 해결하기 위해 전자서명 등과 같은 공개키 기반의 암호 기술 적용이 필수적 요소로 여겨지고 있으나, 공개키 암호기술에 사용되는 암호화 키의 체계적인 관리를 위한 공개키 인증 체계(PKI) 구축에 대한 방안마련이 미흡한 실정이다 이에 본 논문에서는 전자정부 환경에서 공개키 기반 암호 기술의 효과적인 적용을 위한 공개키 인증 체계 모델과 관련 조직 체계 구성 방안에 대해 제안하고자 한다.
연산 과부하로 인해 대부분의 연구에서는 무선센서네트워크에서 공개키 암호방식의 사용은 힘들다고 여겨져 왔다. 하지만 최근의 일부 연구에서는 키 사이즈, 데이터 사이즈, 연산 시간, 전력 소비 등이 다른 공개키 암호들에 비해 적은 공개키 암호방식을 무선센서네트워크에 적용할 수 있다는 결과가 있다. NTRU 암호방식은 무선센서네트워크에서 사용될 수 있는 공개키 암호방식 중의 하나로 꼽힌다. 하지만 실제로 무선센서네트워크에 적용할 수 있는 NTRU에 기반한 효율적인 키 교환 스킴은 많지 않다. 이 논문에서는 무선센서네트워크에서 사용할 수 있는 NTRU에 기반한 효율적인 키 교환 스킴을 제안한다.
증명 가능한 안전성은 암호에서 어떤 암호 시스템의 안전성을 정형적으로 증명하는데 널리 사용되어 왔다. 본 논문에서는, 적응적 선택 암호문 공격에 대해 안전하다고 증명된 Cramer-Shoup 공개키 암호 시스템을 분석하고, 그 안전성 증명이 일반적 의미에서의 적응적 선택 암호문 공격에 대해서는 완전하지 않음을 보인다. 향후 연구 방향으로는 크게 두 가지 방향을 생각할 수 있다. 첫째는, 일반적 의미에서의 적응적 선택 암호문 공격에 대해서 완전하도록 Cramer-Shoup 공개키 암호 시스템을 수정하는 것이며, 둘째는 현재의 Cramer-Shoup 공개키 암호 시스템에 대하여 성공적으로 적응적 선택 암호문 공격을 할 수 있는 예를 보이는 것이다.
개인의 사생활을 보호하는 것과 법집행기관의 합법적인 도청/복호화 요구 사이에서 균형을 맞출 수 있는 Key Escrow를 스마트 카드를 사용하는 공개키 암호 시스템에서 적용한다. 사용자의 비공개키는 권위있는 기관/키관리센타와의 상호작용 또는 사용자가 만든 비공개키를 escrow하는 신뢰받는 기관과의 상호작용에 의해 만들어지며 time warrant를 가져서 사용자가 세션키를 만드는 프로토콜을 따른다면 합법적인 도청/복호화의 경우 사용자의 비공개키는 공개되지 않는다.
2048-bit의 키 길이를 지원하는 공개키 암호 프로세서 RSA-2048을 설계하였다. RSA 암호 연산에 사용되는 핵심 기능블록인 모듈러 곱셈기는 Word-based Montgomery Multiplication 알고리듬으로 설계하였으며, 모듈러 지수 승은 L-R binary exponentiation 알고리듬으로 설계하였다. 2048-bit의 큰 정수를 저장하기 위한 레지스터를 메모리로 대체하고, 곱셈기에 필요한 최소 레지스터만 사용하여 전체 하드웨어 자원을 최소화 하였다. Verilog HDL로 설계된 RSA-2048 프로세서를 RTL-시뮬레이션을 통해 기능을 검증하였다. 작은 소형 디바이스들 간에 인증 및 키 관리가 중요해짐에 따라 설계된 RSA-2048 암호 프로세서를 하드웨어 자원, 메모리가 제한된 응용 분야에 활용 할 수 있다.
차세대 컴퓨터인 양자 컴퓨터는 현재 정보화시스템에서 널리 사용되고 있는 공개키 암호 시스템인 RSA와 Elliptic Curve Cryptography (ECC)의 안전성을 위협하고 있다. 특히 양자 알고리즘인 Shor 알고리즘은 RSA와 ECC가 기반하고 있는 수학적 난제들을 다항 시간 내에 해결할 수 있기 때문에 NIST에서는 양자컴퓨터 상에서 내성을 가진 공개키 암호 표준화 공모전을 개최하였다. 2022년도에 NIST에서는 4개의 3라운드 최종 표준화 알고리즘을 발표하였다. 이와 동시에, 4라운드 표준화 알고리즘을 진행함으로써, 공개키 분야에서 코드 기반 또는 아이소제니 기반의 새로운 암호 알고리즘을 추가로 표준화할 예정이다. 이에 본 논문에서는 NIST 양자 내성 암호 표준화 공모전 4라운드의 후보 알고리즘인 코드 기반 암호 Classic McEliece, BIKE, HQC와 아이소제니 기반 암호 SIKE의 최신 동향에 대해 확인해본다. 추가적으로, 해당 암호 알고리즘에 대한 분석 기법과 공격 사례에 대해 살펴보고록 한다.
공개키 암호시스템의 구현을 위해서는 큰 수들 간의 모듈라 연산 라이브러리를 구축해야 한다. 본 논문에서는 C 언어 및 부분적인 어셈블리어를 사용하여 구축된 모듈라 연산 라이브러리를 이용하여 모듈라 멱승 연산에 바탕을 둔 대표적인 공개키 암호시스템인 RSA, Diffie-Hellman및 한국 디지탈서명 표준(안)인 KCDSA 등을 다양한 컴퓨터 기종에서 구현한 결과를 제시한다.
이중 복호화 기능을 제공하는 BCP 공개키 암호는 Asiacrypt '03에서 Bresson, Catalano와 Pointcheval에 의해서 처음 제안되었고, 이는 Eurocrypt '02에서 Clamor와 Shoup이 제안한 공개키 암호에 기반하고 있다. 기존의 이중 복호화 기법은 Paillier 암호에서 사용되었던 환 $Z_n^2$ 위에서 설계되어 있으며, 이때 n은 두 소수 p,q의 곱 n=pq 이다. 본 논문에서는 환 $Z_p^2_q$ 위에서 이중 복호화 기능을 제공하는 공개키 암호를 제안한다. 본 논문에서 제안하는 공개키 암호는 기존의 것보다 효율적인 암${\cdot}$복호화 연산을 제공한다. 그리고 이전의 이중 복호화 기법이 사용자의 프라이버시 관점에서 취약하다는 점을 보이고 사용자의 프라이버시가 보강된 이중 복호화 기능을 제공하는 공개키 암호를 제안한다.
1999년에 Paillier는 합성수 잉여류(composite residuosity class)에 기반을 둔 공개키 암호 방식을 제안하였다. 이는 고차 잉여를 결정하는 것이 계산상 어렵다는 가정 아래 제안된 새로운 확률 암호 방식이다. 현재, 이 새로운 공개키 암호 방식에 대한 안전성 및 변형된 Paillier 암호 방식들에 대한 연구가 다양한 방향에서 진행되고 있다. 요즘, 암호 알고리즘 연구에서 가장 활발하게 연구되고 있는 Paillier 암호 방식에 대하여 그 내용과 안전성에 대하여 수학적으로 자세히 분석하고, 개선된 Paillier 방식의 안전성과 선택적 암호문 공격에 대하여 분석하였나. 이후, Paillier 방식과 개선된 Paillier 방식의 효율성 및 안전성을 비교한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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