• 반도체공학회 논문지
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• 제1권1호
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• pp.1-8
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• 2023

본 논문에서는 High-Level Synthesis(HLS)을 이용하여, 차세대 양자내성암호인 Crystals-Kyber를 하드웨어 가속기로 설계하여 FPGA에 구현하였으며, 성능 분석결과 우수성을 제시한다. Crystals-Kyber 알고리즘을 Vitis HLS 에서 제공하는 여러 Directive 를 활용해서 최적화 설계를 진행하고, AXI Interface 를 구성하여 FPGA-기반 양자내성암호 하드웨어 가속기를 설계하였다. Vivado 툴을 이용해서 IP Block Design 를수행하고 ZYNQ ZCU106 FPGA 에 구현하였다. 최종적으로 PYNQ 프레임워크에서 Python 코드로 동영상 촬영 및 H.264 압축을 진행한 후, FPGA 에 구현한 Crystals-Kyber 하드웨어 가속기를 사용해서 동영상 암호화 및 복호화 처리를 가속화하였다.

• 정보보호학회논문지
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• 제32권6호
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• pp.1045-1057
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• 2022

최근 양자 내성 암호 표준화 사업을 진행 중인 미국의 국립표준기술연구소는 표준화가 확정된 4개의 알고리즘을 발표하였다. 본 논문에서는 PKE/KEM 분야에서 표준화가 확정된 CRYSTALS-KYBER 알고리즘의 복호화 과정 중 비프로파일링 기반 전력 분석 공격인 CPA(Correlation Power Analysis)와 DDLA(Differential Deep Learning Analysis)에 의해 개인 키가 노출될 수 있음을 보이고자 한다. 실험 결과 개인 키의 일차 다항식 계수복구에 성공하였으며, 특히 DDLA에서는 중간 값의 해밍 웨이트(Hamming Weight)를 라벨로 사용하는 모델에서 평가 기법인 NMM(Normalized Maximum Margin)의 값이 13.0으로 가장 높은 값을 가져 개인 키를 복구할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, 복호화 과정 중 암호문을 랜덤하게 분할하고 계수별 곱셈 연산의 시작 지점을 랜덤화하는 방어 기법을 적용하면 상기한 공격을 방어하는 것을 확인하였다.

• 정보보호학회지
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• 제33권1호
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• pp.31-39
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• 2023

1994년 피터 쇼어에 의해, 대규모 큐비트 연산이 가능한 양자 컴퓨터가 개발된다면 RSA와 같은 현재 공개키 암호 알고리즘이 공격을 당할 수 있음을 이론적으로 가능하게 해주는 쇼어 알고리즘이 소개된 이후, 공개키암호시스템의 붕괴에 대한 가능성은 점점 현실로 다가오고 있다. 물론, 공개키암호시스템은 향후 10~20년은 여전히 안전할 가능성이 높지만, NIST는 최악의 상황에 대비하여 2017년부터 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography)에 대한 표준화 작업을 수행하고 있으며, 2022년 4종의 표준화 대상 알고리즘을 선정한 바 있다. 이 중에서도 NIST는 Crystals-Kyber(PKE/KEM)와 Crystals-Dilithium(DSA)를 기본 알고리즘으로 언급하며 우수한 성능과 강한 보안성으로 대부분의 응용에서 잘 동작할 것이라고 예측한 바 있다. 이들 알고리즘은 3라운드의 경쟁 알고리즘 대비 보안 강도가 다소 약한 측면에 있었음에도 우수한 성능, 다양한 환경에서의 적용 가능성 등에 따라 선정된 것으로 보인다. 그럼에도 최근 일부 연구에서는 하이브리드 Dual 공격을 제안함으로써 최초 주장하는 보안 강도와 비교하여 안전성이 더 약화될 가능성이 제기된 바 있다. 본 논문에서는 이들 알고리즘에 대한 안전성 분석 방법을 살펴보고, 최근 논문에서 제기된 새로운 안전성 분석 방법과 그에 따르는 보안 강도를 분석한다.

• 융합보안논문지
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• 제24권2호
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• pp.71-78
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• 2024

양자 컴퓨팅의 급속한 발전으로 현재의 공개키 암호화 방식이 취약해지자, 미국의 국립표준기술연구소(NIST)는 양자컴퓨터 공격에 대응할 수 있는 새로운 암호화 표준을 개발하기 위한 Post-Quantum Cryptography(PQC) 프로젝트를 시작했다. 이 프로젝트는 전 세계 연구자들이 제안한 다양한 암호 알고리즘들을 검토하고 평가하는 과정을 포함한다. 초기에 선택된 양자 저항성 암호화 알고리즘은 격자와 해시 함수를 기반으로 개발됐다. 현재는 BIKE, Classic McEliece, HQC 등 다양한 기술적 접근 방식을 제공하는 알고리즘들이 네 번째 라운드에 검토 중이다. CRYSTALS-KYBER, CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+는 세 번째 라운드에서 표준화 대상으로 선정됐다. 2024년에는 네 번째 라운드에서 선정된 알고리즘들과 현재 평가 중인 알고리즘들에 대한 최종 결정이 내려질 예정이다. 양자 컴퓨팅 시대를 대비해 공개 키 암호 시스템의 보안을 강화하는 중요한 단계로, 미래의 디지털 통신 시스템을 위협으로부터 보호하는 데 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 본 논문에서는 양자 내성 암호 알고리즘의 보안성과 효율성을 분석하여 그 동향을 제시한다.

• 정보보호학회지
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• 제33권1호
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• pp.13-21
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• 2023

NIST는 2022년 양자내성암호 표준화 진행 대상 알고리즘으로 KEM 1종(CRYSTALS-Kyber), 전자서명3종(CRYSTALS-Dilithium, FALCON, SPHINCS+)을 발표하였고, 추가로 KEM 4종(Classic McEliece, HQC, BIKE, SIKE)에 대한 Round 4 진행을 공표하였다. Round 3와 마찬가지로 Round 4에서도 부채널 분석 및 오류 주입에 대한 안전성은 알고리즘 선정에 있어 중요 평가 사항 중 하나이다. 따라서 해당 암호 알고리즘에 대한 새로운 부채널 분석기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문은 Round 4의 암호 알고리즘 중 코드 기반 알고리즘 3종(Classic McEliece, HQC, BIKE)에 대한 부채널 분석 방법론의 동향을 파악하고 향후 연구 방향을 제시한다.

• 정보보호학회지
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• 제32권1호
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• pp.47-56
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• 2022

NIST는 PQC Round 3 평가 기준으로 부채널 분석 및 오류 주입에 대한 안전성을 역설함에 따라 Round 3 양자내성암호에 대한 새로운 부채널 공격 시나리오 및 대응 기법이 빠르게 제시되고 있다. 따라서 각 방법론의 동향을 파악하고 재정의, 분류하는 작업이 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 NIST PQC Round 3 최종 후보 중 격자 기반 암호 KEM(SABER, CRYSTALS-KYBER, NTRU)에 대한 부채널 분석기법 및 대응기술 동향을 조사 및 분석하고 향후 Round 3 격자 기반 KEM 알고리즘의 부채널 연구 전망을 논의한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.113-115
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• 2023

SMAUG는 2023년 한국형 양자내성암호 표준화 공모전인 KpqC의 공개키 부문의 1차 후보로 당선된 양자내성암호 알고리즘이다. SMAUG는 MLWE와 MLWR을 사용한 격자 기반 알고리즘으로, 비슷한 문제를 사용하는 CRYSTALS-Kyber에 비해 키 크기가 작다는 장점이 존재한다. 본 논문에서는 SMAUG를 ARMv8 프로세서 상에서 구현하였다. 곱셈 연산의 가장 최하위 모듈을 병렬 구현하여 연산 속도를 빠르게 하는데 집중하였다. 구현 결과 곱셈 알고리즘은 최대 24.62배, 암호 연산에 적용할 경우 최대 3.51배 성능 향상이 있었다.