• 정보처리학회논문지:컴퓨터 및 통신 시스템
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• 제10권8호
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• pp.223-230
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• 2021

ICISC'20에서 발표된 경량 블록암호 PIPO는 비트 슬라이스 기법 적용으로 효율적인 구현이 되었으며, 부채널 내성을 지니기에 안전하지 않은 환경에서도 안정적으로 사용 가능한 경량 블록암호이다. 본 논문에서는 ARM 프로세서를 대상으로 PIPO의 병렬 최적 구현을 제안한다. 제안하는 구현물은 8평문, 16평문의 병렬 암호화가 가능하다. 구현에는 최적의 명령어 활용, 레지스터 내부 정렬, 로테이션 연산 최적화 기법을 사용하였다. 또한 레지스터 내부 정렬을 매 라운드마다 진행하는 구현물과, 정렬을 최소화하는 구현물 두 종류로 구분하여 구현한다. 구현은 A10x fusion 프로세서를 대상으로 한다. 대상 프로세서 상에서, 기존 레퍼런스 PIPO 코드는 64/128, 64/256 규격에서 각각 34.6 cpb, 44.7 cpb의 성능을 가지나, 제안하는 기법 중, 일반 구현물은 8평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 12.0 cpb, 15.6 cpb, 16평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 6.3 cpb, 8.1 cpb의 성능을 보여준다. 이는 기존 대비 각 규격별로 8평문 병렬 구현물은 약 65.3%, 66.4%, 16평문 병렬 구현물은 약 81.8%, 82.1% 더 좋은 성능을 보인다. 레지스터 최소 정렬 구현물은 8평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 8.2 cpb, 10.2 cpb, 16평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 3.9 cpb, 4.8 cpb의 성능을 보여준다. 이는 기존 레퍼런스 코드 구현물 대비 각 규격별로 8평문 병렬 구현물은 약 76.3%, 77.2%, 16평문 병렬 구현물은 약 88.7% 89.3% 더 향상된 성능을 가진다.

• 정보보호학회논문지
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• 제31권5호
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• pp.875-888
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• 2021

본 논문에서는 경량 블록 암호 PIPO에 대한 인테그랄 구별자(integral distinguisher)을 탐색한 결과를 통해 8-라운드 PIPO-64/128에 대한 키 복구 공격을 수행한다. ICISC 2020에서 제안된 경량 블록 암호 PIPO는 고차 마스킹 구현을 고려한 설계를 통해 부채널 공격에 대한 저항성을 갖는 효율적인 구현이 가능하다. 동시에 차분 분석, 선형 분석 등의 다양한 분석법을 적용하여 PIPO의 안전성을 보였다. 그러나 인테그랄 공격에 대해, 5-라운드 이상의 인테그랄 구별자가 존재하지 않을 것이라고 제안되었을 뿐 인테그랄 공격에 대한 안전성 분석은 현재까지 수행된 바 없다. 본 논문에서는 MILP 기반 Division Property를 통해 PIPO에 대한 인테그랄 구별자를 탐색하는 방법을 제시하고, 기존의 결과와 달리 6-라운드 인테그랄 구별자가 존재함을 보인다. 뿐만 아니라, PIPO의 라운드 함수 구조를 활용하여 입출력에 대한 선형 변환을 고려하는 인테그랄 구별자 탐색 방법을 통해 총 136개의 6-라운드 인테그랄 구별자를 제시한다. 마지막으로, 획득한 6-라운드 인테그랄 구별자 중 4개를 이용하여 2^124.5849의 시간 복잡도와 2⁹³의 메모리 복잡도를 가지는 8-라운드 PIPO-64/128 키 복구 공격을 제안한다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권2호
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• pp.175-182
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• 2023

차분 분석은 블록 암호에 대한 분석 기법 중 하나이며, 입력 차분에 대한 출력 차분이 높은 확률로 존재한다는 성질을 이용한다. 무작위 데이터와 특정 출력 차분을 갖는 데이터를 구별할 수 있다면, 차분분석에 대한 데이터 복잡도를 감소시킬 수 있다. 이를 위해 딥러닝 기반의 신경망 구별자에 대한 연구들이 다수 진행되었으며, 본 논문에서는 PIPO 64/128에 대한 최초의 딥러닝 기반의 신경망 구별자를 제안하였다. 여러 입력 차분들을 사용하여 실험한 결과, 0, 1, 3, 5-라운드의 차분 특성에 대한 3 라운드 신경망 구별자가 각각 0.71, 0.64, 0.62, 0.64의정확도를달성하였다. 이 구별자는 고전 구별자와 함께 사용될 경우 최대 8 라운드에 대한 구별 공격이 가능하도록 한다. 따라서 여러 라운드의 입력 차분을 처리할 수 있는 구별자를 찾아냄으로써 확장성을 확보하였다. 향후에는 성능 향상을 위한 최적의 신경망을 구성하기 위해 다양한 신경망 구조를 적용하고, 연관 키 차분을 사용하거나 다중 입력차분을 위한 신경망 구별자를 구현할 예정이다.

• 정보보호학회논문지
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• 제33권3호
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• pp.391-399
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• 2023

본 논문에서는 경량 블록 암호인 PIPO-64/128, 256에 대해 T-table을 사용한 구현을 최초로 제시한다. 제안 방법은 최초 16개의 T-table을 요구하지만, 필요한 두 종류의 T-table이 순환 구조임을 보이고 T-table 개수를 줄여 구현하는 변형 방법을 추가로 제시한다. 제안 방법들의 T-table 수(코드 크기)-속도간 상충관계 분석을 위해 각각 변형 구현물을 Intel Core i7-9700K 프로세서 환경에서 평가한다. 평가를 통해 획득한 속도 최적화 구현은 TLU(Table-Look-Up) 레퍼런스 구현에 비해 PIPO-64/128, 256에서 각각 11.33, 9.31배, 비트 슬라이스(Bit Slice) 레퍼런스 구현에 비해 각각 3.31, 2.76배 향상된 속도를 갖는다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.731-742
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• 2022

PIPO는 ICISC'20에서 발표된 최신 국산 경량 블록암호로, 리소스가 제한된 IoT 상에서 구현하기 용이하도록 경량화 되어있다는 특징이 있다. 본 논문에서는 자바스크립트(Javascript), 웹어셈블리(WebAssembly)와 같은 웹 기반 언어를 사용하여 PIPO 64/128비트, 64/256비트를 구현하였다. PIPO의 비트슬라이스(BitSlice)와 TLU를 구현하여 성능평가를 진행하였으며 for문을 사용하여 작성한 일반 루프(Looped)와 for문을 풀어 작성한 루프 풀기(Unrolled)도 구현하여 성능을 비교했다. Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge와 같은 다양한 웹 브라우저와 윈도우즈, Linux, Mac, iOS, 안드로이드와 같은 OS별 다양한 환경에서 성능평가를 수행한다. 또한 C언어로 구현된 PIPO와 성능 비교도 수행하였다. 이는 웹상에서의 PIPO 블록암호 적용을 위한 지표로 사용될 수 있다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2021년도 춘계학술발표대회
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• pp.163-166
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• 2021

ICISC'20에서 발표된 경량 블록암호 PIPO는 비트 슬라이스 기법 적용으로 효율적인 구현이 되었으며, 부채널 내성을 지니기에 안전하지 않은 환경에서도 안정적으로 사용 가능한 경량 블록암호이다. 본 논문에서는 ARM 프로세서를 대상으로 PIPO의 병렬 최적 구현을 제안한다. 제안하는 구현물은 8평문, 16평문의 병렬 암호화가 가능하다. 구현에는 최적의 명령어 활용, 레지스터 내부 정렬, 로테이션 연산 최적화 기법을 사용하였다. 구현은 A10x fusion 프로세서를 대상으로 한다. 대상 프로세서상에서, 기존 레퍼런스 PIPO 코드는 64/128, 64/256 규격에서 각각 34.6 cpb, 44.7 cpb의 성능을 가지나, 제안하는 기법은 8평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 12.0 cpb, 15.6 cpb, 16평문 64/128, 64/256 규격에서 각각 6.3 cpb, 8.1 cpb의 성능을 보여준다. 이는 기존 대비 각 규격별로 8평문 병렬 구현물은 약 65.3%, 66.4%, 16평문 병렬 구현물은 약 81.8%, 82.1% 더 좋은 성능을 보인다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
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• pp.107-109
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• 2023

본 논문은 PIPO 알고리즘의 최적 구현 기술들에 대한 연구 동향을 살핀다. PIPO는 선형, 차분 공격에 안전한 S-box를 사용하는 SPN 구조의 경량 블록 암호 알고리즘이다. 블록 크기는 64비트이고 비밀키 크기에 따라 PIPO-128과 PIPO-256으로 나뉜다. PIPO 알고리즘의 S-Layer, R-Layer, Addroundkey의 3가지 내부 동작과정과 각 라운드에서 사용되는 연산들에 대한 자세한 설명이 제공된다. 본 논문에서는 RISC-V 및 ARM 프로세서, CUDA GPGPU에서 PIPO 알고리즘을 최적화 구현하는 방법을 다룬다. 해당 연구들에선 최적 구현 기술을 적용하여 PIPO 암호를 적용하는 IoT 장치에서도 안전하고 빠른 암,복호화를 수행할 수 있음을 보였고, 기존 연구와의 비교를 통해 성능 향상이 이루어짐을 확인할 수 있다.