미국 국립표준기술연구소에서 개최한 양자내성암호 표준화 공모전이 2022년 표준화 선정을 마치고 4라운드 추가 표준선정에 진입하였다. 공모전에 제출된 후보 알고리즘은 각자의 성능 지표를 제시하였지만, 서로 다른 환경에서 성능을 측정하였기에 객관적인 비교가 어려웠다. 이를 해결하기 위해 양자내성암호 벤치마크 플랫폼이 등장하였다. 양자내성암호 벤치마크 플랫폼은 양자내성암호 후보 알고리즘을 모두 동일한 환경에서 벤치마크하여 객관적인 결과를 제공하는데 집중하였다. 이때 각 알고리즘이 지니는 다양한 구동 의존성 때문에 알고리즘을 동일 환경에서 가동하는 데에 제한이 있다. 따라서 벤치마크 플랫폼은 알고리즘들의 의존성을 제거하고 동일한 환경을 제공하는데 집중하였으며 이를 통해 양자내성암호의 성능에 대한 접근성을 높여 사람들의 양자내성암호 연구에 큰 도움을 주었다.
현재, 주요 선진국들을 포함하여 Google과 IBM과 같은 국제 대기업들을 필두로 양자 컴퓨터 개발에 전폭적인 투자들을 하고 있다. 양자 컴퓨터는 특정 분야에 있어 월등한 계산 능력을 보여주며, 기존 컴퓨터에서는 해결할 수 없던 몇몇 문제들을 빠른 시간 내에 해결한다. 이러한 양자 컴퓨터의 등장은 기존 컴퓨터에서는 사실상 풀 수 없는 암호 알고리즘들을 빠른 시간 내에 해결하여 암호학계에 큰 위협이 되고 있다. 현재 사용하고 있는 대부분의 공개키 암호 알고리즘인 RSA와 ECC(Elliptic Curve Cryptography) 또한 공격 대상이다. NIST에서는 다가오는 양자 컴퓨터 시대에 대비하여 양자내성암호 공모전을 주최하였으며 현재 라운드 3에 도입하였다. 본 논문에서는 라운드 3의 후보 알고리즘인 코드기반암호를 공격하는 ISD(Information Set Decoding) 알고리즘에 관한 동향을 조사하였다.
양자 컴퓨터가 현대 암호 시스템의 보안성을 위협하고 있음에 따라, 최근 잠재적인 양자 공격들에 대한 분석 연구들이 다수 발표되고 있다. 공개키 암호인 RSA와 ECC의 경우, Shor 알고리즘에 의해 다항시간 내에 해결됨으로써 보안성이 완전히 붕괴되는 반면, 대칭키 암호는 Grover 알고리즘에 의해 보안 강도가 제곱근으로 감소하기 때문에 키 길이를 증가시킴으로써 기존 보안성을 복구할 수 있다. 이론적으로 Grover 알고리즘은 보안성을 훼손시키지만, 현실적인 공격 난이도가 매우 높음에 따라 대상 암호에 대한 양자 회로 최적화 구현이 중요하다. 이에 본 논문에서는 블록암호 RC5를 양자 회로 상에서 최적화하고 이를 기반으로 Grover 공격 비용을 추정한다. 마지막으로, 추정한 비용을 NIST의 양자 후 보안 강도 평가와 함께 비교함으로써 RC5에 대한 양자 암호 분석을 수행한다.
본 논문에서는 자동 동기 블럭 암호 시스템에서 발생하는 에러 전파 현상으로 인하여 파생되는 문제를 경감하기 위하여, 다중 암호 알고리즘을 이용한 병렬처리 자동동기 블럭 암호 시스템을 제안하였다. 제안된 구조는 암호 알고리즘 출력속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 에러전파로 파생된 블럭 단위의 연속적인 에러를 여러 채널로 분산시키는 특성이 있다. 이를 설명하기 위하여 CFB 모드에 적용하여 특성을 분석하였고, 응용 가능성 이 높은 분야에 대하여 기술하였다.
기술의 발전으로 이론으로만 존재하던 양자 알고리즘의 실현 가능성이 보이면서 기존 암호체계의 위협이 발생할 것으로 예측하고 있다. 미국 국립표준기술연구소에서는 양자컴퓨터 환경에서도 안전한 새로운 공개키 기반의 암호체계가 필요하다는 것을 강조하였고 양자내성암호 표준을 위한 공모전을 개최하였다. 암호는 네트워크 통신에서 중요한 역할을 하고 있고 네트워크 보안 프로토콜로 TLS가 많이 사용된다. 본 논문에서는 IoT와 같은 경량 환경에 적합한 TLS 라이브러리인 mbedTLS 상에서의 격자기반 양자내성 키 교환 알고리즘을 구현하고 성능을 평가하여 양자내성암호의 사용 가능성에 대해 제시한다.
본 논문에서는 기존 암호알고리즘과 호환성을 갖는 비밀키 암호알고리즘에 기반을 둔 새로운 데이터 암호알고리즘을 제안 하였다. 그러므로 스마트 카드에 적합한 새로운 암호 블록을 설계하고 검증하는데 범용 Synopsys로 설계하였고 40MHz의 시스템 속도환경에서 Altera MAX+PlusII툴로 모의실험 및 검증한 결과 단일 라운드로 640Mbps의 데이터 처리율을 확인하였다. 따라서, 제안된 암호시스템에 적용할 경우 실시간 정보 보안에 적용할 수 있다고 사료된다.
본 논문에서는 기존 암호알고리즘과 호환성을 갖는 비밀키 암호알고리즘에 기반을 둔 새로운 데이터 암호알고리즘을 제안 하였다. 그러므로 정보처리에 적합한 새로운 내장형 암호 블록을 설계하고 검증하는데 Synopsys 툴로 설계하였고 40MHz의 시스템 속도환경에서 Altera MAX+PlusII 툴로 모의실험 및 검증한 결과 단일 라운드로 640Mbps의 데이터 처리율을 확인하였다. 따라서, 제안된 암호시스템에 적용할 경우 실시간 정보보안 및 정보처리에 적용할 수 있다고 사료된다.
본 논문에서는 기존 암호알고리즘과 호환성을 갖는 비밀키 암호알고리즘에 기반을 둔 새로운 데이터 암호알고리즘을 제안 하였다. 그러므로 정보처리에 적합한 새로운 암호 블록을 설계하고 검증하는데 Synopsys 툴로 설계하였고 40MHz의 시스템 속도환경에서 Altera MAX+PlusⅡ툴로 모의실험 및 검증한 결과 단일 라운드로 640Mbps의 데이터 처리율을 확인하였다. 따라서, 제안된 암호시스템에 적용할 경우 실시간 정보 보안에 적용할 수 있다고 사료된다.
본 논문에서는 블록암호 알고리즘의 분석 중에 가장 널리 사용되고 있는 차분 분석법을 이용하여 정부전자관인인증체계(GPKI)가 지원하는 암호화용 알고리즘중의 하나인 블록암호 알고리즘 PACA에 적용하여 분석하였다$^{[10,8]}$ . 그 결과, 7-라운드의 차분 특성 확률이 2$^{-120}$ 이 되는 특성을 발견하였다. 이 차분 특성을 이용하여, 8-라운드 PACA에 대해 전수조사보다 빠른 공격법을 소개한다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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