Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.8
no.3
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pp.79-94
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1998
본 논문에서는 컴퓨터 시스템에서 정보보호를 위해 가장 많이 사용하고 있는 DES(Data Encryption Standard)암호알고리즘을 시스템 설계 기술언어인 VHDL(Vhsic Hardware Description Language)로 설계하고 이것을 칩으로 합성하여 하드웨어에서 차지하는 면적과 속도를 비교 분석하였다. 설계방법에 있어서는 구현하는 방법에 따라 전 라운드 구현형, S-box 공유형 그리고 단일 라운드 반복형 범용성을 갖도록 하여 FPGA로 구현한다. 본 논문에서 구현한 단일 라운드 반복형 설계는 Synopsys의 EDA 툴을 이용하여 시뮬레이션 및 합성을 하였고, Xilinx사의 xdm을 이용하여 XC4052XL 칩에 구현하였다. 그 결과 입력 클록 50MHz상에서 100Mbps의 암,복호화 속도를 갖는 범용성 암호칩을 설계 및 구현한다.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.23
no.7
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pp.875-880
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2019
A RC4 stream cipher is widely used for security applications such as IEEE 802.11 WEP, IEEE 802.11i TKIP and so on, because it can be simply implemented to dedicated circuits and achieve a high-speed encryption. RC4 is also used for systems with limited resources like IoT, but there are performance limitations. RC4 consists of two stages, KSA and PRGA. KSA performs initialization and randomization of S-box and K-box and PRGA produces cipher texts using the randomized S-box. In this paper, we initialize the S-box and K-box in the randomization of the KSA stage to reduce the initialization delay. In the randomization, we use clusters to process swap operation between elements of S-box in parallel and can generate two cipher texts per clock. The proposed RC4 cipher hardware can initialize S-box and K-box without any delay and achieves about 2 times to 6 times improvement in KSA randomization and key stream generation.
Rijndael algorithm is known to a new private key block cipher which is substitute for DES. Rijndael algorithm is adequate to both hardware and software implementation, so hardware implementation of Rijndael algorithm is applied to high speed data encryption and decryption. This paper describes three implementation methods of Rijndael S-box, which is important factor in performance of Rijndael coprocessor. It shows synthesis results of each S-box implementation in Xilinx FPGA. Tllc lilree S-box implementation methods are implementation using lookup table only, implementation using both lookup table and combinational logic, and implementation using combinational logic only.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.27
no.9C
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pp.861-870
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2002
In this paper, with targeting on the drawback of RSA of operation speed, a new 1024-bit RSA cryptosystem has been proposed and implemented in hardware to increase the operational speed and perform the variable-length encryption. The proposed cryptosystem mainly consists of the modular exponentiation part and the modular multiplication part. For the modular exponentiation, the RL-binary method, which performs squaring and modular multiplying in parallel, was improved, and then applied. And 4-stage CSA structure and radix-4 booth algorithm were applied to enhance the variable-length operation and reduce the number of partial product in modular multiplication arithmetic. The proposed RSA cryptosystem which can calculate at most 1024 bits at a tittle was mapped into the integrated circuit using the Hynix Phantom Cell Library for Hynix 0.35㎛ 2-Poly 4-Metal CMOS process. Also, the result of software implementation, which had been programmed prior to the hardware research, has been used to verify the operation of the hardware system. The size of the result from the hardware implementation was about 190k gate count and the operational clock frequency was 150㎒. By considering a variable-length of modulus number, the baud rate of the proposed scheme is one and half times faster than the previous works. Therefore, the proposed high speed variable-length RSA cryptosystem should be able to be used in various information security system which requires high speed operation.
In this paper, we design IDEA cipher algorithm which is cryptographically superior to DES. To improve the encryption throughput, we propose an efficient design methodology for high-speed implementation of multiplicative inverse modulo $2^{15}$+1 which requires the most computing powers in IDEA. The efficient hardware architecture for the multiplicative inverse in derived from applying of Fermat's Theorem. The computing powers for multiplicative inverse in our proposal is a decrease 50% compared with the existing method based on Extended Euclid Algorithm. We implement IDEA by applying a single iterative round method and our proposal for multiplicative inverse. With a system clock frequency 20MGz, the designed hardware permits a data conversion rate of more than 116 Mbit/s. This result show that the designed device operates about 2 times than the result of the paper by H. Bonnenberg et al. From a speed point of view, out proposal for multiplicative inverse is proved to be efficient.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.18
no.2
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pp.1-12
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2013
Information Security System is implemented in software, hardware and FPGA device. Implementation of S/W provides high flexibility about various information security algorithm, but it has very vulnerable aspect of speed, power, safety, and performing ASIC is really excellent aspect of speed and power but don't support various security platform because of feature's realization. To improve conflict of these problems, implementation of recent FPGA device is really performed. The goal of this thesis is to design and develop a FPGA hardware accelerator for information security system. It performs as AES, SHA-256 and ECC and is controlled by the Integrated Interface. Furthermore, since the proposed Security Information System can satisfy various requirements and some constraints, it can be applied to numerous information security applications from low-cost applications and high-speed communication systems.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.22
no.2
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pp.201-211
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2012
This paper addresses a Full Disk Encryption hardware processor for SATA HDD in a single FPGA design, and shows its experimental result using an FPGA board. The proposed processor mainly consists of two blocks: the first block processes XTS-AES block cipher which is the IEEE P1619 standard of storage media encryption and the second block executes the interface between SATA Host (PC) and Device (HDD). To minimize the performance degradation, we designed the XTS-AES block with the 4-stage pipelined structure which can process a 128-bit block per 4 clock cycles and has 4.8Gbps (max) performance. Also, we implemented the proposed design with Xilinx ML507 FPGA board and our experiment showed 140MB/sec read/write speed in Windows XP 32-bit and a SATA II HDD. This performance is almost equivalent with the speed of the direct SATA connection without FDE devices, hence our proposed processor is very suitable for SATA HDD Full Disk Encryption environments.
The need for information security increases interests on cipher algorithms recently. Especially, a large volume of data transmission over high-band communication network requires faster encryption and decryption techniques for real-time processing. It would be a good solution for this problem that we implement the cipher algorithm in forms of hardware circuits. Though some previous researches use this approach, they focus only on repeatedly executing the core part of the algorithm to minimize the hardware chip size, while most cipher algorithms are inherently parallel. In this paper, we propose a new design for the SEED block cipher algorithm developed by KISA (Korea Information Security Agency) in 1998 as Korean standard cipher algorithm. It exploits the parallelism of the algorithm basically and implements it in a pipelined fashion. We described the design in VHDL program and performed functional simulations on the program, and then found that it worked correctly. In addition, we synthesized it and verified that it could be implemented in a single FPGA chip, implying that the new design can be Practically used for the actual hardware implementation of a high-speed and high-performance cipher system.
Present electric grids are advanced to integrate smart grids, distributed resources, high-speed sensing and control, and other advanced metering technologies. Cybersecurity is one of the challenges of the smart grid and nuclear plant digital system. It affects the advanced metering infrastructure (AMI), for grid data communication and controls the information in real-time. The research article is emphasized solving the nuclear and smart grid hardware security issues with the integration of field programmable gate array (FPGA), and implementing the latest Time Authenticated Cryptographic Identity Transmission (TACIT) cryptographic algorithm in the chip. The cryptographic-based encryption and decryption approach can be used for a smart grid distribution system embedding with FPGA hardware. The chip design is carried in Xilinx ISE 14.7 and synthesized on Virtex-5 FPGA hardware. The state of the art of work is that the algorithm is implemented on FPGA hardware that provides the scalable design with different key sizes, and its integration enhances the grid hardware security and switching. It has been reported by similar state-of-the-art approaches, that the algorithm was limited in software, not implemented in a hardware chip. The main finding of the research work is that the design predicts the utilization of hardware parameters such as slices, LUTs, flip-flops, memory, input/output blocks, and timing information for Virtex-5 FPGA synthesis before the chip fabrication. The information is extracted for 8-bit to 128-bit key and grid data with initial parameters. TACIT security chip supports 400 MHz frequency for 128-bit key. The research work is an effort to provide the solution for the industries working towards embedded hardware security for the smart grid, power plants, and nuclear applications.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2017.10a
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pp.575-577
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2017
In public key cryptography such as RSA, modular exponentiation is the most time-consuming operation. RSA's modular exponentiation can be computed by repeated modular multiplication. To attain high efficiency for RSA, fast modular multiplication algorithms have been proposed to speed up decryption/encryption. Montgomery multiplication is limited by the carry propagation delay from the addition of long operands. In this paper, we propose a hardware structure that reduces the area of the Montgomery multiplication implementation for lightweight applications of RSA. Experimental results showed that the new design can achieve higher performance and reduce hardware area. A frequency of 884.9MHz and 250MHz were achieved with 84K and 56K gates respectively using the 90nm technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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