KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.1
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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.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.1
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pp.97-119
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2023
The number of industrial Internet of Things (IoT) users is increasing rapidly. Lightweight block ciphers have started to be used to protect the privacy of users. Hardware-oriented security design should fully consider the use of fewer hardware devices when the function is fully realized. Thus, this paper designs a lightweight block cipher IIoTBC for industrial IoT security. IIoTBC system structure is variable and flexibly adapts to nodes with different security requirements. This paper proposes a 4×4 S-box that achieves a good balance between area overhead and cryptographic properties. In addition, this paper proposes a preprocessing method for 4×4 S-box logic gate expressions, which makes it easier to obtain better area, running time, and power data in ASIC implementation. Applying it to 14 classic lightweight block cipher S-boxes, the results show that is feasible. A series of performance tests and security evaluations were performed on the IIoTBC. As shown by experiments and data comparisons, IIoTBC is compact and secure in industrial IoT sensor nodes. Finally, IIoTBC has been implemented on a temperature state acquisition platform to simulate encrypted transmission of temperature in an industrial environment.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.24
no.6
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pp.1117-1127
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2014
Differential Fault Analysis(DFA) is widely known for one of the most powerful method for analyzing block cipher. it is applicable to block cipher such as DES, AES, ARIA, SEED, and lightweight block cipher such as PRESENT, HIGHT. In this paper, we introduce a differential fault analysis on the lightweight block cipher LEA for the first time. we use 300 chosen fault injection ciphertexts to recover 128-bit master key. As a result of our attack, we found a full master key within an average of 40 minutes on a standard PC environment.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.23
no.10
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pp.111-117
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2018
CHAM is a lightweight block cipher, proposed in ICISC 2017. CHAM-n/k has the n-bit block and the k-bit key, and designers recommend CHAM-64/128, CHAM-128/128, and CHAM-128/256. In this paper, we study how to make optimal software implementation of CHAM such that it has high encryption speed on CPUs with high computing power. The best performances of our CHAM implementations are 1.6 cycles/byte for CHAM-64/128, 2.3 cycles/byte for CHAM-128/128, and 3.8 cycles/byte for CHAM-128/256. The comparison with existing software implementation results for well-known block ciphers shows that our results are competitive.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.10a
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pp.285-287
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2014
This paper describes a design of area-efficient/low-power cryptographic processor for lightweight block cipher algorithm HIGHT which was approved as a cryptographic standard by KATS and ISO/IEC. The HIGHT algorithm which is suitable for the security of IoT(Internet of Things), encrypts a 64-bit plain text with a 128-bit cipher key to make a 64-bit cipher text, and vice versa. For area-efficient and low-power implementation, we adopt 32-bit data path and optimize round transform block and key scheduler to share hardware resources for encryption and decryption.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2014.10a
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pp.777-779
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2014
The LEA(Lightweight Encryption Algorithm) is a 128-bit high-speed/lightweight block cipher algorithm developed by National Security Research Institute(NSRI) in 2012. The LEA encrypts plain text of 128-bit using cipher key of 128/192/256-bit, and produces cipher text of 128-bit, and vice versa. To reduce hardware complexity, we propose an efficient architecture which shares hardware resources for encryption and decryption in round transformation block. Hardware sharing technique for key scheduler was also devised to achieve area-efficient and low-power implementation. The designed LEA cryptographic processor was verified by using FPGA implementation.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.32
no.5
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pp.751-763
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2022
With the recent increase in spending growth in the IoT sector worldwide, the importance of lightweight block ciphers to encrypt them is also increasing. The lightweight block cipher PIPO algorithm proposed in ICISC 2020 is an SPN-structured cipher using an unbalanced bridge structure. The white box attack model refers to a state in which an attacker may know the intermediate value of the encryption operation. As a technique to cope with this, Chow et al. proposed a white box implementation technique and applied it to DES and AES in 2002. In this paper, we propose a white box PIPO applying a white box implementation to a lightweight block cipher PIPO algorithm. In the white box PIPO, the size of the table decreased by about 5.8 times and the calculation time decreased by about 17 times compared to the white box AES proposed by Chow and others. In addition, white box PIPO was used for mobile security products, and experimental results for each test case according to the scope of application are presented.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2015.10a
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pp.430-432
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2015
This paper describes a hardware implementation of ultra-lightweight block cipher algorithm PRESENT-80/128 that supports for two master key lengths of 80-bit and 128-bit. The PRESENT algorithm that is based on SPN (substitution and permutation network) consists of 31 round transformations. A round processing block of 64-bit data-path is used to process 31 rounds iteratively, and circuits for encryption and decryption are designed to share hardware resources. The PRESENT-80/128 crypto-processor designed in Verilog-HDL was verified using Virtex5 XC5VSX-95T FPGA and test system. The estimated throughput is about 550 Mbps with 275 MHz clock frequency.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.05a
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pp.827-828
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2012
WG-7 is a stream cipher based on WG Stream Cipher and is designed by Y. Luo, Q. Chai, G. Gong, and X. Lai in 2010. This cipher is designed to implement in low cost and lightweight application such as RFID tags. In this paper, we survey and compare cryptographic module such as stream and block cipher. We can estimate security performance suitable to system.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.28
no.5
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pp.1071-1078
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2018
Recently, a family of lightweight block ciphers CHAM that has effective performance on resource-constrained devices is proposed. The CHAM uses a stateless-on-the-fly key schedule method which can reduce the key storage areas. Furthermore, the core design of CHAM is based on ARX(Addition, Rotation and XOR) operations which can enhance the computational performance. Nevertheless, we point out that the CHAM algorithm may be vulnerable to the fault injection attack which can reveal 4 round keys and derive the secret key from them. As a simulation result, the proposed fault injection attack can extract the secret key of CHAM-128/128 block cipher using about 24 correct-faulty cipher text pairs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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