Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.30
no.6
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pp.1217-1223
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2020
The Block cipher CHAM is lightweight block cipher for low-end processors, developed by National Security Research Institute from Korea. The mode of operation is necessity for efficient operation of block cipher, among them, the counter (CTR) mode has good efficiency because it is easy to implement and supporting parallel operation. In this paper, we propose the optimized implementation for block cipher CHAM-CTR. The proposed implementation can be skipped some rounds by pre-computation. Thus it has better calculating speed than existing CHAM. Also, this implementation pre-load some of round keys to registers, before entering round functions. It makes reduced 160cycles loading time for round key load. Finally, proposed implementation achieved higher performance about 6.8%, and 4.5% for fixed-key scenario, and variable-key scenario, respectively.
LBlock is a 64-bit ultra-light block cipher suitable for the constrained environments such as wireless sensor network environments. In this paper, we propose a differential fault analysis on LBlock. Based on a random nibble fault model, our attack can recover the secret key of LBlock by using the exhaustive search of $2^{25}$ and five random nibble fault injection on average. It can be simulated on a general PC within a few seconds. This result is superior to known differential fault analytic result on LBlock.
With the rise of the Internet of Things, the security of such lightweight computing environments has become a hot topic. Lightweight block ciphers that can provide efficient performance and security by having a relatively simpler structure and smaller key and block sizes are drawing attention. Due to these characteristics, they can become a target for new attack techniques. One of the new cryptanalytic attacks that have been attracting interest is Neural cryptanalysis, which is a cryptanalytic technique based on neural networks. It showed interesting results with better results than the conventional cryptanalysis method without a great amount of time and cryptographic knowledge. The first work that showed good results was carried out by Aron Gohr in CRYPTO'19, the attack was conducted on the lightweight block cipher SPECK-/32/64 and showed better results than conventional differential cryptanalysis. In this paper, we first apply the Differential Neural Distinguisher proposed by Aron Gohr to the block ciphers HIGHT and GOST to test the applicability of the attack to ciphers with different structures. The performance of the Differential Neural Distinguisher is then analyzed by replacing the neural network attack model with five different models (Multi-Layer Perceptron, AlexNet, ResNext, SE-ResNet, SE-ResNext). We then propose a Related-key Neural Distinguisher and apply it to the SPECK-/32/64, HIGHT, and GOST block ciphers. The proposed Related-key Neural Distinguisher was constructed using the relationship between keys, and this made it possible to distinguish more rounds than the differential distinguisher.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.11
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pp.5717-5730
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2019
LBlock-s is the core block cipher of authentication encryption algorithm LAC, which uses the same structure of LBlock and an improved key schedule algorithm with better diffusion property. Using the differential properties of the key schedule algorithm and the cryptanalytic technique which combines impossible boomerang attacks with related-key attacks, a 15-round related-key impossible boomerang distinguisher is constructed for the first time. Based on the distinguisher, an attack on 22-round LBlock-s is proposed by adding 4 rounds on the top and 3 rounds at the bottom. The time complexity is about only 268.76 22-round encryptions and the data complexity is about 258 chosen plaintexts. Compared with published cryptanalysis results on LBlock-s, there has been a sharp decrease in time complexity and an ideal data complexity.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2015.10a
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pp.409-411
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2015
본 논문은 128/192/256-비트의 마스터키 길이를 지원하는 경량 블록 암호 알고리즘 CLEFIA-128/192/256의 FPGA 설계에 대하여 기술한다. 라운드키 생성을 위한 중간키 생성과 라운드 변환이 단일 데이터 프로세싱 블록으로 처리되도록 설계하였으며, 변형된 GFN(Generalized Feistel Network) 구조와 키 스케줄링 방법을 적용하여 데이터 프로세싱 블록과 키 스케줄링 블록의 회로를 단순화시켰다. Verilog HDL로 설계된 CLEFIA 크립토 프로세서를 FPGA로 구현하여 정상 동작함을 확인하였다. Vertex5 XC5VSX50T FPGA에서 1,563개의 LUT FilpFlop pairs로 구현되었으며, 최대 112 Mhz 81.5/69/60 Mbps의 성능을 갖는 것으로 예측되었다.
Kim, Jeseong;Kim, Seonggyeom;Kim, Sunyeop;Hong, Deukjo;Sung, Jaechul;Hong, Seokhie
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.5
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pp.875-888
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2021
In this paper, we search integral distinguishers of lightweight block cipher PIPO and propose a key recovery attack on 8-round PIPO-64/128 with the obtained 6-round distinguishers. The lightweight block cipher PIPO proposed in ICISC 2020 is designed to provide the efficient implementation of high-order masking for side-channel attack resistance. In the proposal, various attacks such as differential and linear cryptanalyses were applied to show the sufficient security strength. However, the designers leave integral attack to be conducted and only show that it is unlikely for PIPO to have integral distinguishers longer than 5-round PIPO without further analysis on Division Property. In this paper, we search integral distinguishers of PIPO using a MILP-aided Division Property search method. Our search can show that there exist 6-round integral distinguishers, which is different from what the designers insist. We also consider linear operation on input and output of distinguisher, respectively, and manage to obtain totally 136 6-round integral distinguishers. Finally, we present an 8-round PIPO-64/128 key recovery attack with time complexity 2124.5849 and memory complexity of 293 with four 6-round integral distinguishers among the entire obtained distinguishers.
Song Gyeong Ju;Jang Kyung Bae;Sim Min Joo;Seo Hwa Jeong
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.12
no.6
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pp.181-188
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2023
Block cipher is not expected to be safe for quantum computer, as Grover's algorithm reduces the security strength by accelerating brute-force attacks on symmetric key ciphers. So it is necessary to check the post-quantum security strength by implementing quantum circuit for the target cipher. In this paper, we propose the optimal quantum circuit implementation result designed as a technique to minimize the use of quantum resources (qubits, quantum gates) for SIMECK lightweight cryptography, and explain the operation of each quantum circuit. The implemented SIMECK quantum circuit is used to check the estimation result of quantum resources and calculate the Grover attack cost. Finally, the post-quantum strength of SIMECK lightweight cryptography is evaluated. As a result of post-quantum security strength evaluation, all SIMECK family cipher failed to reach NIST security strength. Therefore, it is expected that the safety of SIMECK cipher is unclear when large-scale quantum computers appear. About this, it is judged that it would be appropriate to increase the block size, the number of rounds, and the key length to increase the security strength.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.25
no.4
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pp.719-726
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2015
As big-data and cloud security technologies become popular, many researchers have recently been conducted on faster and lighter encryption. As a result, National Security Research Institute developed LEA which is lightweight and fast block cipher. To date, there have been various studies on lightweight encryption algorithm (LEA) for speeding up using GPU rather than conventional CPU. However, it is rather difficult to explore any guideline how to manipulate the GPU for the efficient usage of the LEA. Therefore, we introduce a guideline which explains how to implement and design the optimal LEA using GPU.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.8
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pp.4006-4024
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2017
Internet of Things (IoT) will transform our daily life by making different aspects of life smart like smart home, smart workplace, smart health and smart city etc. IoT is based on network of physical objects equipped with sensors and actuators that can gather and share data with other objects or humans. Secure communication is required for successful working of IoT. In this paper, a total of 13 lightweight cryptographic algorithms are evaluated based on their implementation results on 8-bit, 16-bit, and 32-bit microcontrollers and their appropriateness is examined for resource-constrained scenarios like IoT. These algorithms are analysed by dissecting them into their logical and structural elements. This paper tries to investigate the relationships between the structural elements of an algorithm and its performance. Association rule mining is used to find association patterns among the constituent elements of the selected ciphers and their performance. Interesting results are found on the type of element used to improve the cipher in terms of code size, RAM requirement and execution time. This paper will serve as a guideline for cryptographic designers to design improved ciphers for resource constrained environments like IoT.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.25
no.2
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pp.253-260
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2015
The side-channel attack is widely known as an attack on implementations of cryptographic algorithms using additional side-channel information such as power traces, electromagnetic waves and sounds. As a countermeasure of side channel attack, the masking method is usually used, however full-round masking makes the efficiency of ciphers dramatically decreased. In order to avoid such a loss of efficiency, one can use reduced-round masking. In this paper, we describe a side channel attack on the lightweight block cipher LEA with the first one~six rounds masked. Our attack is based on differentials and power traces which provide knowledge of Hamming weight for the intermediate data computed during the enciphering of plaintexts. According to our experimental result, it is possible to recover 25 bits of the first round key in LEA-128.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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