• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제12권3호
• /
• pp.1376-1395
• /
• 2018

UOV is one of the most important signature schemes in Multivariate Public Key Cryptography (MPKC). It has a strong security guarantee and is considered to be quantum-resistant. However, it suffers from large key size and its signing procedure is relatively slow. In this paper, we propose a new secure UOV variant (Circulant UOV) with shorter private key and higher signing efficiency. We estimate that the private key size of Circulant UOV is smaller by about 45% than that of the regular UOV and its signing speed is more than 14 times faster than that of the regular UOV. We also give a practical implementation on modern x64 CPU, which shows that Circulant UOV is comparable to many other signature schemes.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제11권5호
• /
• pp.2792-2810
• /
• 2017

Forward-secure signature is a specific type of signature, which can mitigate the damage caused by the signing key exposure. Most of the existing forward-secure (identity-based) signature schemes can update users' secret keys at each time period, achieve the existential unforgeability, and resist against classical computer attacks. In this paper, we first revisit the framework of forward-secure identity-based signatures, and aim at supporting flexible key update at multi time period. Then we propose a post-quantum forward-secure identity-based signature scheme from lattices and use the basis delegation technique to provide flexible key update. Finally, we prove that the proposed scheme is strongly unforgeable under the short integer solution (SIS) hardness assumption in the random oracle model.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제34권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2024

다변수 이차식 기반 전자서명 알고리즘은 구현의 용이성과 작은 서명 크기를 장점으로 갖는 양자내성암호 후보군이다. 이러한 다변수 이차식 기반 전자서명의 효율성을 높이기 위해 희소 행렬을 사용한 전자서명 기법들이 제시되었으며, 이 중 HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되었다. 그러나 HiMQ는 2022년 제안된 MinRank 공격에 의해 깨진 대표적 다변수 이차식 기반 전자서명인 Rainbow와 유사한 키 구조를 갖는다. HiMQ는 국내 정보통신단체 표준으로 제정되면서 권고 파라미터를 제시하였는데, 이는 2020년 기준의 암호 분석에 기반한 파라미터로 최근 공격 기법들이 고려되지 않았다. 이에 본 논문에서는 HiMQ에 적용 가능한 다변수 이차식 기반 전자서명에 대한 공격 기법들을 살펴보고 이에 대한 안전성 분석을 수행하였다. HiMQ에 가장 효과적인 공격은 2022년 제안된 개선된 MinRank 공격인 combined attack이며, 세 개의 권고 파라미터 모두 기준 보안강도를 만족하지 못하였다. 또한 HiMQ-128과 HiMQ-160은 최소 보안강도인 128-bit 비도도 만족하지 못하였다.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
• /
• 제14권7호
• /
• pp.2919-2937
• /
• 2020

Post-Quantum Cryptography (PQC) is rapidly developing as a stable and reliable quantum-resistant form of cryptography, throughout the industry. Similarly to existing cryptography, however, it does not prevent a third-party from using the secret key when third party obtains the secret key by deception, unauthorized sharing, or unauthorized proxying. The most effective alternative to preventing such illegal use is the utilization of biometrics during the generation of the secret key. In this paper, we propose a biometric-based secret key generation scheme for multivariate quadratic signature schemes, such as Rainbow. This prevents the secret key from being used by an unauthorized third party through biometric recognition. It also generates a shorter secret key by applying Principal Component Analysis (PCA)-based Confidence Interval Analysis (CIA) as a feature extraction method. This scheme's optimized implementation performed well at high speeds.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.73-83
• /
• 2018

미래의 양자 컴퓨팅 환경에 대응한 양자내성 암호 알고리즘의 연구 개발이 NIST를 비롯한 국내외 연구기관 및 기업들의 참여 하에 활발히 이루어지고 있다. 양자내성 암호 알고리즘으로는 다변수다항식-기반, 부호-기반, 격자-기반, 해시-기반, 그리고 아이소제니-기반 암호 알고리즘들이 연구되고 있다. 그 중에서 아이소제니-기반(isogeny-based) 암호 알고리즘은 가장 최근에 등장했으며 타원곡선 연산을 사용하고, 양자내성 암호 알고리즘들 중 가장 짧은 키 길이를 가지고 있어 주목받고 있다. 본 논문에서는 초특이 아이소제니 Diffie-Hellman (SIDH) 프로토콜을 저사양 모바일 환경에 적합하도록 파라미터를 선택하고 효율적으로 구현하였다. 파라미터로는 현재의 보안강도와 저사양 모바일 환경을 고려하여 523비트 소수 유한체 상에서 정의되는 초특이 타원곡선을 선택하였으며 그에 최적화된 아이소제니 계산 전략 트리를 생성하였다. 적용 SIDH 모듈은 32비트 환경에서 동작하도록 구현하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2023년도 추계학술발표대회
• /
• pp.252-256
• /
• 2023

쇼어 알고리즘을 실행할 수 있는 양자 컴퓨터의 발전으로 인해 기존 ECC(Elliptic Curve Cryptography)를 사용하던 블록체인이 PQC(Post Quantum Cryptography)로의 전환을 고려하고 있다. 하지만 PQC 는 기존 암호에 비해 큰 사이즈, 느린 서명/검증 속도 등과 같은 문제점이 존재한다. 본 논문에서는 우리가 WISA'23 에서 새롭게 제안한 PQ-DPoL 합의 알고리즘에 NIST(National Institute of Standards and Technology)가 선정한 Crystal-Dilithium, Falcon 그리고 Sphincs+를 적용하여 비교 분석하였다. 실험 결과에 따르면, 매우 큰 서명 크기를 가지고 있기 때문에 블록에 담기는 트랜잭션의 수가 감소하므로 Sphincs+의 성능이 가장 떨어짐을 확인하였다. 또한 Dilithium 은 Falcon 과 비슷한 성능을 보여주었다. 그 중에서도 Falcon 이 가장 우수한 성능을 보여주었다. 이는 Falcon 의 공개키와 서명의 크기가 다른 알고리즘에 비해 작기 때문이다. 따라서 양자내성을 갖는 블록체인에는 Falcon 512 알고리즘이 가장 적합할 것으로 생각된다. 그러나 블록체인의 속도와 보안 강도는 Trade-off 관계이므로 보안성을 중요시하는 블록체인 네트워크에서는 Sphincs+가 적합할 수 있을 것으로 보인다. 따라서 블록체인 네트워크의 상황과 목적에 따라 적절한 알고리즘을 사용해야 될 것으로 생각된다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
• /
• 한국컴퓨터정보학회 2024년도 제69차 동계학술대회논문집 32권1호
• /
• pp.427-430
• /
• 2024

본 논문에서는 그리드 컴퓨팅에서의 안전한 통신을 위한 양자내성암호 기반 사용자 인증 및 키 교환 프로토콜을 구현하고 성능을 측정한다. 디지털 서명을 통해 사용자를 검증하고 암호키를 교환하여 신뢰할 수 있는 사용자들만이 그리드 컴퓨팅에 참여할 수 있도록 한다. 사용자 인증과 키 교환 과정에 NIST 선정 표준양자내성암호인 ML-DSA와 ML-KEM을 적용하여 양자컴퓨터를 이용한 공격에도 안전할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 양자내성암호를 적용한 프로토콜이 기존의 현대암호 기반 전자서명이나 키 교환 과정에 비해 양자내성과 동시에 준수한 사용성을 지녔음을 보인다. 이를 통해 그리드 컴퓨팅의 시스템의 P2P 특성에서 기인하는 보안 문제를 해결하고, 기존에 주로 내부망이나 실시간 스트리밍 서비스에서 활용되던 그리드 컴퓨팅의 인터넷 환경으로의 확장 가능성을 제시한다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2023년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.239-241
• /
• 2023

본 논문은 통신 시스템에 주로 사용되는 디지털 전자 서명 알고리즘 중 양자 내성 암호인 SPHINCS+ 알고리즘에 대한 효과적인 하드웨어 설계 방안에 대한 연구이다. SPHINCS+ 알고리즘은 해시 함수 기반 알고리즘으로, 많은 횟수의 해시 함수가 반복해서 사용된다. 해시 함수를 가속 연산해도, 그 횟수가 크기 때문에 SPHINCS+ 알고리즘은 다른 전자 서명 알고리즘보다 하드웨어 설계 후 큰 latency 를 가지는 특징이 있다. 이를 극복하기 위해 SPHINCS+ 알고리즘에서 사용되는 해시 함수들을 면밀하게 분석한다. 그 결과 같은 해시 함수에 대해서도 입출력 데이터 크기가 다양하게 변화하고, 서로 다른 데이터 플로우를 가지는 그 세부 차이점들을 파악하여, 이를 접목한 하드웨어 설계에 대해 논의한다.

• 정보보호학회논문지
• /
• 제31권3호
• /
• pp.527-532
• /
• 2021

본 논문에서는 미국 NIST PQC 표준화 Final List 알고리즘 중 유일한 다변수이차방정식(multivariate quadratic equation) 기반의 전자 서명인 Rainbow 알고리즘에서의 효율적인 유한체 연산 방법을 제안한다. Chou 등은 최근 Rainbow를 Cortex-M4에서 구현하기 위한 새로운 효율적 구현 방법을 제시하였다. 본 논문은 Chou 등이 제안한 방법을 개선하여 기존 대비 XOR 연산의 숫자를 13.7% 이상 감소할 수 있는 새로운 곱셈 방법을 제안한다. 또한, 테이블 룩업(Table Lookup)으로 수행되던 상에서의 역원 연산을 4x4 행렬 역원으로 치환하여 연산하는 방법을 제시한다. 또한, 새로운 구현을 RaspberryPI 3B+상에서 구현하여 성능을 측정하였다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보처리학회 2024년도 춘계학술발표대회
• /
• pp.374-376
• /
• 2024

최근 차세대 암호로 불리는 양자내성암호(PQC, Post Quantum Cryptography)는 양자 컴퓨터와 현재 사용하는 일반 컴퓨터 모두에서 내성을 갖는 암호이다. 그 중 FALCON 전자 서명 알고리즘은 표준화로 선정되며 초안 문서를 작성하는 중으로 차세대 암호로 주목받고 있다. 하지만 FALCON 알고리즘은 실수 연산을 사용하는 등 임베디드 환경에서 효율적인 성능을 보이지 못하고 있다. 이에 따라 임베디드 하드웨어 가속 연구들이 있으며, 그 중 HLS(High Level Synthesis)를 통한 FPGA 가속 연구들이 있다. 본 논문에서는 FALCON 전자서명 알고리즘에서 HLS 로 구현하는데 어려움이 있었던 서명 생성 함수에 대해 분석하고, 이를 소프트웨어/하드웨어 통합설계를 통해 HLS로 구현하였다. 이는 기존 소프트웨어 대비 약 10배 빠른 연산 속도를 보여주고 있다.