연관 암호 공격은 키의 길이에 따라 가변 라운드 수를 갖는 블록 암호알고리즘의 키 스케줄의 약점을 이용한 공격으로 2002년 Hongjun Wu에 의해 소개되었다. 이 공격은 두 개의 서로 다른 키 길이에 대해 각기 다른 라운드 수를 갖는 두 암호에서 사용되는 키 쌍이 유사-동치키일 경우에 적용되는 공격이다. 본 논문에서는 이러한 연관 암호 공격을 블록 암호알고리즘의 가장 강력한 공격 방법인 차분 공격과 결합한 차분 연관 암호 공격의 개념을 제시한다. 차분 연관 암호 공격은 기존의 연관 암호 공격에서 라운드 수의 차이가 커짐에 따라 공격 적용의 어려움을 극복한 방법이다. 이 공격법을 이용하여 블록 암호알고리즘 ARIA v.0.9와 SC2000을 분석한다. 또한, 차분 공격 뿐 아니라 선형 공격. 고계 차분 공격 등과 같은 기존의 블록 암호알고리즘 공격들과 연관 암호 공격이 결합 가능함을 이용하여, 가변 라운드 수존 갖는 블록 암호알고리즘인 SAFER++와 CAST-128을 분석한다.
본 논문에서는 변형된 피스탈 네트워크 구조 128 비트 블록 암호 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 128, 196 또는 256 비트 키를 가지며, 입력 값 전체에서 선택된 32 비트씩 처리한다. 이러한 구조적 특성은 기존은 블록 암호 알고리즘들과 큰 차별이 되고 있다. 제안한 블록 암호 알고리즘은 국제 표준 블록 암호 알고리즘인 AES와 국내 표준 블록 암호 알고리즘인 SEED 및 ARIA와의 소프트웨어 수행 속도 면에서 많이 개선된 것을 보이고 있다. 이러한 특성을 이용하면 제한된 환경에서 수행해야 하는 스마트카프와 같은 분야에 많이 활용될 수 있을 것이다.
최근 개인 정보 보호를 위해 주목 받고 있는 동형암호 알고리즘은 암호화된 상태로 덧셈과 곱셈 연산이 가능하여, 연산을 위한 복호화 과정 없이 데이터에 대한 가공이 가능하다. 따라서 이러한 동형암호 알고리즘이 개인 정보 보호를 위한 방법으로 떠오르고 있으며, 특히 완전동형암호 알고리즘의 경우 덧셈과 곱셈 연산을 모두 지원하며, 유효 연산 횟수에도 제한이 없어 응용 분야에서 널리 활용될 것으로 예상된다. 그러나, 완전동형암호 알고리즘의 경우 암호문의 크기가 평문대비 크게 증가하고, 다항식으로 구성된 암호문의 덧셈 및 곱셈 연산도 복잡하여 이에 대한 가속이 필요한 실정이다. 이에 FPGA 기반의 동형암호 가속기 개발이 많이 연구되고 있으며, 이를 통해 동형암호 연산의 특징을 이해하고 가속기 연구 동향을 알아보려 한다.
최근 PKI-less 공개키 암호 시스템에 대한 연구가 진척되면서, 페어링(Pairing) 기반의 암호 시스템이 주목을 받고 있다. 페어링 기반의 암호 시스템은 두 개의 타원 곡선 상의 점을 유한체의 값으로 보내는 양방향 선형성(Bilinearity)을 가지는 페어링 함수를 기반으로 구성되는 암호 시스템이다. 페어링 기반의 암호 시스템 구현을 위해서는 페어링 연산 알고리즘이 필수적이며, 효율적인 페어링 연산을 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 페어링 알고리즘에도 기존의 타원곡선 스칼라곱 알고리즘에서 야기되었던 부채널 공격이 동일하게 적용되기 때문에, 안전한 페어링 알고리즘을 위해서는 부채널 공격에 대한 저항성을 갖는 알고리즘이 필요하다. 이에 본 논문에서는 부채널 공격에도 안전하면서 비교적 효율적인 이진 필드 상의 페어링 알고리즘을 제시한다. 본 페어링 알고리즘은 기존의 부체널 공격 저항성을 갖는 페어링 알고리즘 중 가장 효율적인 알고리즘에 비해 효율성이 17% 정도 향상되었다.
본 논문에서는 데이터 의존 회전 기법과 프로그램 셀룰라 오토마타 기법을 사용한 블록 암호 알고리즘인 가칭 Pkc128(PuKyong Code 128) 암호 알고리즘을 제안한다. 제안한 암호 알고리즘의 블록 크기는 128 비트이고, 키의 치기는 128 비트 이상 가변이며 Feistel Network 구조를 취하였다. 제안한 알고리즘의 안전성을 검정하기 위하여 출력 스트림에 대한 통계적 검정을 실시하였다. 그 결과 16 회전 시에 모든 검정과정을 통과하여 제안된 알고리즘이 통계적으로 안전함을 확인하였다.
대부분의 암호이론은 공개되어 있기 때문에 정보보안 기술의 안전성은 암호 알고리즘과 키 길이에 의존성이 크다. 본 논문에서는 해쉬함수와 카오스 함수를 이용하여 암\ulcorner복호화를 위한 권장 키 길이보다 작은 길이의 일회성을 갖는 공개키와 비밀키를 생성하여 공개키 암호 알고리즘의 대표격인 RSA 암호방식에 적용하여 본다. 이러한 일회성 키를 사용함으로써 소인수 분해 알고리즘의 개선과 시스템의 발전에서 오는 증가된 키의 길이를 사용하는 경우보다 키의 길이가 길지 않으므로 스마트 카드와 같은 제한된 메모리에서 실용적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 암\ulcorner복호화를 수행하는 처리 시간을 단축 시칠 수 있으며, 키 관리면에서도 여러개의 공개키/비밀키를 사용하는 경우보다 실용적이다.
본 논문에서는 TEA, XTEA 및 XXTEA 암호 알고리즘을 통합한 병합 TEA 블록 암호 프로세서를 설계한다. TEA 암호 알고리즘이 처음 설계된 이후, 보안 결함을 보완하기 위해 XTEA와 XXTEA 암호 알고리즘이 설계되었다. 3가지 유형의 암호 알고리즘은 128비트의 매스터 키를 사용하며, 설계된 암호 프로세서는 TEA와 XTEA 암호 알고리즘은 64비트 단위로, XXTEA 암호 알고리즘은 32비트의 배수로 최대 256비트까지 가변 길이 메시지 블록에 대한 암·복호화를 수행하도록 구현하였다. 64비트 메시지 블록에 대한 최대 처리율은 137Mbps이며, 256비트 메시지에 대한 최대 처리율은 369Mbps이다. 본 논문에서 설계된 병합 TEA 블록 암호 IP는 경량 암호인 LEA 암호와 비교하여 면적 측면에서는 16%의 이득이 있다. 본 논문에서 설계된 암호 프로세서 IP는 스마트 카드, 인터넷뱅킹, 전자상거래 등과 같은 모바일 분야의 보안 모듈로 응용이 가능할 것으로 사료된다.
인터넷을 기반으로 하는 전자상거래는 가상 공간을 통해 이루어지므로, 시간과 장소에 구애받지 않는다는 장점이 있는 반면, 누구든지 접근이 용이한 개방형 네트워크의 특성에 따라 보안상의 문제점이 대두될 수 있다는 단점이 있다. 따라서, 안전하고 효율적인 전자상거래의 구현을 위해서는 전자상거래 상의 보안 문제를 해결하기 위한 장치가 필요한데, 이러한 장치 중에 하나가 견고한 암호 알고리즘의 구축이다. 본 논문에서 제안한 NC(Non- polynomial Complete) 블록 암호 알고리즘은 이러한 전자상거래 보안에 적합한 암호시스템으로서, 입.출력 키와 암호 키의 크기가 각각 128비트로 구성되며, 64비트의 서브키와 전체 16라운드로 전개됨으로써 기존의 블록 암호 알고리즘들의 한계를 극복할 수 있다. 또한, 암호화에 민감한 영향을 미치는 키 스케줄링 알고리즘을 보다 복잡하게 설계함으로써 계산 복잡도의 증가와 암호 키 발견 확률의 증가를 도모하였다.
기존 블록 암호알고리즘은 평문과 키가 독립적이다. 또한 구조적인 특징을 이용하여 암/복호화를 수행한다. 이러한 특징은 해킹의 근거자료로 활용된다. 그러므로 제안된 혼합형 암호알고리즘은 외부환경은 기존과 동일하지만 내부적으로 평문과 키를 종속함수로 만들어 기존 블록암호알고리즘의 특징을 없애고자 하였다. 또한 인증처리에 대한 부하를 줄이기 위하여, 종속특징을 가진 인증 부가기능을 포함시켜 대칭형 암호알고리즘 활용을 증대시키고자 하였다. 제안된 혼합형 암호시스템을 칩 레벨로 구현하여 모의실험을 수행한 결과, 기존 시스템에 비하여 키 길이는 평문보다 작지만, 처리속도는 2배 높은 특징을 확인하였다.
최근 인터넷의 급속한 발달은 개인의 생활에 많은 변화를 주었다. 새로운 환경에서 개인의 전자거래는 시장의 요구사항과 산업적 경향에 따라서 변화와 발전을 거듭하게 되었고 그 결과 전자지갑, 전자화폐, 신용카드와 같은 안전한 전자지불시스템이 필연적으로 등장하게 되었다. 하지만 국내에 도입 또는 국내에서 개발된 많은 전자지불시스템이 국산 암호알고리즘을 사용하지 않는 것이 대부분이다. 따라서, 본 논문에서는 전자지 불프로토콜인 SET의 암호알고리즘 중 DES를 국내 암호알고리즘인 SEED로 대체 적용하여 실험실 모델을 설계·구현하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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