• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제17권1호
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• pp.165-184
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• 2023

The ARX-based lightweight block cipher is widely used in resource-constrained IoT devices due to fast and simple operation of software and hardware platforms. However, there are three weaknesses to ARX-based lightweight block ciphers. Firstly, only half of the data can be changed in one round. Secondly, traditional ARX-based lightweight block ciphers are static structures, which provide limited security. Thirdly, it has poor diffusion when the initial plaintext and key are all 0 or all 1. This paper proposes a new dynamic ARX-based lightweight block cipher to overcome these weaknesses, called DABC. DABC can change all data in one round, which overcomes the first weakness. This paper combines the key and the generalized two-dimensional cat map to construct a dynamic permutation layer P1, which improves the uncertainty between different rounds of DABC. The non-linear component of the round function alternately uses NAND gate and AND gate to increase the complexity of the attack, which overcomes the third weakness. Meanwhile, this paper proposes the round-based architecture of DABC and conducted ASIC and FPGA implementation. The hardware results show that DABC has less hardware resource and high throughput. Finally, the safety evaluation results show that DABC has a good avalanche effect and security.

• 정보보호학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.1421-1430
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• 2016

본 논문에서 우리는 ARX 구조를 가지는 블록 암호에 대한 차분 경로 탐색을 효율적으로 수행하는 방법에 대해 제안한다. 우리는 두 가지 기법을 이용하여 A. Biryukov 등이 제안한 차분 경로 자동 탐색하는 알고리즘을 최적화하였고, 이를 블록 암호 SPECK에 적용하여 Birykov의 결과보다 2~3배 향상된 결과를 얻었다. 이는 ARX 구조를 가지는 블록 암호에 대한 기제안된 결과보다 더 좋은 차분 경로를 찾는데 도움을 줄 수 있다.

• 정보보호학회논문지
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• 제26권3호
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• pp.623-630
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• 2016

이기종 기기가 상호 연결되어 통신하는 IoT 환경에서는 모든 기기가 일정한 보안 수준을 갖추어야 한다. 그러나 통신 계산 기능이 제약된 기기에서는 상대적으로 암호 알고리즘의 성능이 저하되어 최적화 또는 효율적인 구현 방법이 필요하다. 본 논문에서는 ARX 경량 블록 암호를 대상으로 레지스터를 고려한 효율적인 Rotation 구현 방법을 연구한다. 실제 기기를 이용한 성능 측정을 통해 수정된 Rotation의 효율성을 실증적으로 검증한다. 실험 결과, 수정된 Rotation이 이전보다 개선된 성능을 보여주었으며, 특히, 16비트 MSP 환경에서 실제 기기와 시뮬레이션 성능 측정 결과 사이에 유의한 차이가 있음을 발견하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제34권4호
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• pp.629-639
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• 2024

CHAM은 ISO/IEC 표준 블록암호 운영 모드에서 암호화 함수가 복호화 함수보다 자주 사용되는 점을 고려하여 암호화 속도를 강조하여 설계되었다. 현대 범용 프로세서 구조의 슈퍼스칼라 아키텍처에서는 연산 구성이 동일하더라도 연산의 순서가 달라지면 처리 속도가 달라질 수 있다. 본 논문에서는 ARX 기반 블록암호인 CHAM의 연산 순서를 재배치한 구조 CHAM-like 구조들에 대해 범용 프로세서 환경에서 단일 블록 구현과 병렬 구현에 대한 구현 효율성과 안전성을 분석한다. 본 논문에서 제시한 구조는 암호화 속도 관점에서 최소 약 9.3%에서 최대 약 56.4% 효율적이다. 안전성 분석은 CHAM-like 구조들에 차분 공격과 선형 공격에 대한 저항성을 평가한다. 보안마진 관점에서 차분 공격은 3.4%, 선형 공격은 6.8% 차이를 보여 효율성 차이에 비해 보안 강도는 비슷함을 보인다. 이러한 결과는 ARX 기반 블록암호 설계 관점에서 활용가능하다.

• 정보보호학회논문지
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• 제28권5호
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• pp.1071-1078
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• 2018

최근 가용 자원이 제한된 디바이스에서 사용할 수 있는 구현 성능이 효율적인 경량 블록 암호 알고리듬 CHAM이 제안되었다. CHAM은 키의 상태를 갱신하지 않는 스케줄링 기법을 사용함으로써 키 저장 공간을 획기적으로 감소시켰으며, ARX(Addition, Rotation, and XOR) 연산에 기반하여 설계함으로써 계산 성능을 크게 향상시켰다. 그럼에도 불구하고 본 논문에서는 CHAM은 오류 주입 공격에 의해 라운드 키가 노출될 가능성이 있으며 4개의 라운드 키로부터 마스터 비밀 키를 추출할 수 있음을 보이고자 한다. 제안된 오류 주입 기법을 사용하면 약 24개의 정상-오류 암호문 쌍을 이용하여 CHAM-128/128에 사용된 비밀 키를 찾을 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제27권3호
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• pp.427-437
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• 2017

불능 차분 특성은 해당 블록 암호를 랜덤 치환과 구별을 해주며, 키 복구 공격에도 사용될 수 있다. 최근 Cui 등이 ARX 기반 블록 암호에 대해 Mixed-Integer Linear Programming(MILP)를 이용해서 자동화된 불능 차분 특성 탐색 방법을 제안하였다. Cui 등이 제안한 방법을 개선하면 기존에 방법에 비해 더 적은 선형 제약식을 이용하여 기존 방식으로 찾지 못하는 불능 차분 특성까지 추가 되어 더 많은 불능 차분 특성을 찾아 낼 수 있다. 수정한 방법을 이용하여 SPECK family와 LEA에 적용하였다. SPECK32, SPECK48, SPECK64, SPECK96에 대해 7-라운드, SPECK128에 대해 8-라운드 불능 차분 특성을 찾아내었다. 이 불능 차분 특성은 모두 새롭게 발견된 것이다. LEA에 대해서는 기존의 10-라운드인 불능 차분 특성을 포함한 새로운 10-라운드 불능 차분 특성을 찾아내었다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회
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• pp.751-753
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• 2015

최근 사물인터넷 기술의 발전으로 다양한 프로세서 기반의 사물인터넷 디바이스들이 등장하고 있다. 이러한 사물인터넷 디바이스의 특징은 저 전력과 매끄러운 서비스 제공이라고 할 수 있다. 다양한 프로세서 중 4비트 마이크로프로세서는 인터넷 뱅킹용 토큰, 자동차 키 등 여러 산업분야에서 사용되고 있으며, 가장 낮은 소비전력을 가진다는 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 4비트 프로세서 상에서의 ARX연산 기반 블록암호의 효율적인 구현에 대해 연구하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제29권4호
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• pp.709-718
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• 2019

CHAM은 자원이 제한된 환경에 적합하도록 설계된 경량 블록 암호 알고리즘으로서 안전성과 연산 성능면에서 우수한 특성을 보인다. 그러나 이 알고리즘도 부채널 공격에 대한 취약성을 그대로 내재하고 있기 때문에 마스킹 기법과 같은 대응 기법이 적용되어야 한다. 본 논문에서는 32비트 마이크로프로세서 Cortex-M3 플랫폼에서 부채널 공격에 대응하는 마스킹 기법이 적용된 CHAM 알고리즘을 구현하고 성능을 비교 분석한다. 또한, CHAM 알고리즘이 라운드 수가 많아 연산 효율이 감소되는 점을 고려하여 축소 마스킹 기법을 적용하여 성능을 평가하였다. 축소 라운드 마스킹이 적용된 CHAM-128/128은 구현 결과 마스킹이 없는 경우에 비해 약 4배 정도의 추가 연산이 필요함을 확인하였다.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제12권4호
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• pp.252-256
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• 2014

Traditional block cipher Advanced Encryption Standard (AES) is widely used in the field of network security, but it has high overhead on each operation. In the 15th international workshop on information security applications, a novel lightweight and low-power encryption algorithm named low-power encryption algorithm (LEA) was released. This algorithm has certain useful features for hardware and software implementations, that is, simple addition, rotation, exclusive-or (ARX) operations, non-Substitute-BOX architecture, and 32-bit word size. In this study, we further improve the LEA encryptions for cloud computing. The Web-based implementations include JavaScript and assembly codes. Unlike normal implementation, JavaScript does not support unsigned integer and rotation operations; therefore, we present several techniques for resolving this issue. Furthermore, the proposed method yields a speed-optimized result and shows high performance enhancements. Each implementation is tested using various Web browsers, such as Google Chrome, Internet Explorer, and Mozilla Firefox, and on various devices including personal computers and mobile devices. These results extend the use of LEA encryption to any circumstance.

• 정보보호학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.1431-1441
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• 2016

ARX 구조를 가지는 블록암호알고리즘에 마스킹 대응기법을 적용할 경우 연산별 마스킹 방식의 차이로 인하여 방식 간 안전한 변환이 반드시 필요하다. 그러나 마스킹 변환 시 발생되는 많은 연산량으로 인하여 ARX 기반 알고리즘에 마스킹 대응기법을 적용하는 것은 AES와 같이 하나의 마스킹 방식을 적용하는 알고리즘보다 상대적으로 비효율적이라고 알려져 있다. 본 논문에서는 현재까지 제안된 다양한 마스킹 변환 기법을 이용하여 1차 부채널분석에 안전한 LEA를 설계하고 32비트 플랫폼에 구현한다. 이를 바탕으로 대응기법의 예상되는 이론적 연산량과 실제 측정한 연산량간 발생하는 차이점에 대해 구현관점에서 살펴본다. 아울러 T-test를 활용하여 본 논문에서 구현한 대응기법이 실제 안전한지를 실험적으로 검증한다.