Lightweight Encryption Algorithm(LEA) was developed by National Security Research Institute(NSRI) in 2013 and targeted to be suitable for environments for big data processing, cloud service, and mobile. LEA specifies the 128-bit message block size and 128-, 192-, and 256-bit key sizes. In this paper, block cipher LEA algorithm which can encrypt and decrypt 128-bit messages is designed using Verilog-HDL. The designed IP for encryption and decryption has a maximum throughput of 874Mbps in 128-bit key mode and that of 749Mbps in 192 and 656Mbps in 256-bit key modes on Xilinx Vertex5. The cryptographic IP of this paper is applicable as security module of the mobile areas such as smart card, internet banking, e-commerce and IoT.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.7
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pp.1296-1302
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2016
A hardware implementation of ultra-lightweight block cipher algorithm PRESENT that was specified as a block cipher standard for lightweight cryptography ISO/IEC 29192-2 is described in this paper. Two types of crypto-core that support master key size of 80-bit are designed, one is for encryption-only function, and the other is for encryption and decryption functions. The designed PR80 crypto-cores implement the basic cipher mode of operation ECB (electronic code book), and it can process consecutive blocks of plaintext/ciphertext without reloading master key. The PR80 crypto-cores were designed in soft IP with Verilog HDL, and they were verified using Virtex5 FPGA device. The synthesis results using $0.18{\mu}m$ CMOS cell library show that the encryption-only core has 2,990 GE and the encryption/decryption core has 3,687 GE, so they are very suitable for IoT security applications requiring small gate count. The estimated maximum clock frequency is 500 MHz for the encryption-only core and 444 MHz for the encryption/decryption core.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.5
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pp.14-21
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2020
In order to provide confidential services between two communicating parties, block data encryption using a symmetric secret key is applied. A power analysis attack on a cryptosystem is a side channel-analysis method that can extract a secret key by measuring the power consumption traces of the crypto device. In this paper, we propose an attack model that can recover the secret key using a power analysis attack based on a deep learning convolutional neural network (CNN) algorithm. Considering that the CNN algorithm is suitable for image analysis, we particularly adopt the recurrence plot (RP) signal processing method, which transforms the one-dimensional power trace into two-dimensional data. As a result of executing the proposed CNN attack model on an XMEGA128 experimental board that implemented the AES-128 encryption algorithm, we recovered the secret key with 22.23% accuracy using raw power consumption traces, and obtained 97.93% accuracy using power traces on which we applied the RP processing method.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.4
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pp.786-792
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2016
Camellia was jointly developed by Nippon Telegraph and Telephone Corporation and Mitsubishi Electric Corporation in 2000. Camellia specifies the 128-bit message block size and 128-, 192-, and 256-bit key sizes. In this paper, a modified round operation block which unifies a register setting for key schedule and a conventional round operation block is proposed. 16 ROMs needed for key generation and round operation are implemented using only 4 dual-port ROMs. Due to the use of a message buffer, encryption/decryption can be executed without a waiting time immediately after KA and KB are calculated. The suggested block cipher Camellia algorithm is designed using Verilog-HDL, implemented on Virtex4 device and operates at 184.898MHz. The designed cryptographic core has a maximum throughput of 1.183Gbps in 128-bit key mode and that of 876.5Mbps in 192 and 256-bit key modes. The cryptographic core of this paper is applicable to security module of the areas such as smart card, internet banking, e-commerce and satellite broadcasting.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.5
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pp.1082-1088
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2005
Generating fast round key in AES Rijndael algorithm using three key sizes, such as 128, 192, and 256-bit keys is a critical factor to develop high throughput AES processors. In this paper, we propose on-the-fly round key generator which is applicable to the pipelined and non-pipelined AES processor in which cipher and decipher nodes must be implemented on a chip. The proposed round key generator has modular and area-and-time efficient structure implemented with simple connection of two key expander modules, such as key_exp_m and key_exp_s module. The round key generator for non-pipelined AES processor with support of three key lengths and cipher/decipher modes has about 7.8-ns delay time under 0.25um 2.5V CMOS standard cell library and consists of about 17,700 gates.
This paper presents the trade-off relationship between area and performance in the hardware design space exploration for the Korean national standard 128-bit block cipher algorithm SEED. In this paper, we compare the following four hardware design types of SEED algorithm : (1) Design 1 that is 16 round fully pipelining approach, (2) Design 2 that is a one round looping approach, (3) Design 3 that is a G function sharing and looping approach, and (4) Design 4 that is one round with internal 3 stage pipelining approach. The Design 1, Design 2, and Design 3 are the existing design approaches while the Design 4 is the newly proposed design in this paper. Our new design employs the pipeline between three G-functions and adders consisting of a F function, which results in the less area requirement than Design 2 and achieves the higher performance than Design 2 and Design 3 due to pipelining and module sharing techniques. We design and implement all the comparing four approaches with real hardware targeting FPGA for the purpose of exact performance and area analysis. The experimental results show that Design 4 has the highest performance except Design 1 which pursues very aggressive parallelism at the expanse of area. Our proposed design (Design 4) shows the best throughput/area ratio among all the alternatives by 2.8 times. Therefore, our new design for SEED is the most efficient design comparing with the existing designs.
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 Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.12
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pp.67-74
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2004
AES is frequently used as a symmetric cryptography algorithm for the Internet. Wireless embedded systems increasingly use more conventional wired network protocols. Hence, it is important to have low-cost implementations of AES for thor The basic architecture of AES unrolls oかy one full cipher round which uses 20 S-boxes together with the key scheduler and the algorithm repeatedly executes it. To reduce the implementation cost further, the folded architecture which uses only eight S-box units was studied in the recent years. In this paper, we will study a low-cost AES implementation for wireless communication technology based on the folded architecture. We first improve the folded architecture to avoid the sixteen bytes of additional state memory. Then, we implemented a single byte architecture where only one S-box unit is used for data encryption and key scheduling. It takes 352 clocks to finish a complete encryption. We found that the maximum clock frequency of its FPGA implementation reaches about 40 MHz. It can achieve about 13 Mbps which is enough for 3G wireless communication technology.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.17
no.1
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pp.171-181
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2012
This paper defines the AES password algorithm used as a symmetric-key-based password algorithm, and proposes the design of parallel password algorithm to utilize the resources of multi-core processor as much as possible. The proposed parallel password algorithm was confirmed for parallel execution of password computation by allocating the password algorithm according to the number of cores, and about 30% of performance increase compared to AES password algorithm. The encryption/decryption performance of the password algorithm was confirmed through binary comparative analysis tool, which confirmed that the binary results were the same for AES password algorithm and proposed parallel password algorithm, and the decrypted binary were also the same. The parallel password algorithm for multi-core environment proposed in this paper can be applied to authentication/payment of financial service in PC, laptop, server, and mobile environment, and can be utilized in the area that required high-speed encryption operation of large-sized data.
Cryptanalysis is very important step for auditing and checking strength of any cryptosystem. Some of these cryptosystem ensures confidentiality and security of large information exchange from source to destination using symmetric key cryptography. The cryptanalyst investigates the strengths and identifies weakness key as well as enciphering algorithm. With increase in key size the time and effort required to guess the correct key increases so trend is increase key size from 8, 16, 24, 32, 56, 64, 128 and 256 bits to strengthen the cryptosystem and thus algorithm continues without compromise on the cost of time and computation. Automatic Variable Key (AVK) approach is an alternative to the approach of fixing up key size and adding security level with key variability adds new dimension in the development of secure cryptosystem. Likewise, whenever any new cryptographic method is invented to replace per-existing vulnerable cryptographic method, its deep analysis from all perspectives (Hacker / Cryptanalyst as well as User) is desirable and proper study and evaluation of its performance is must. This work investigates AVK based cryptic techniques, in future to exploit benefits of advances in computational methods like ANN, GA, SI etc. These techniques for cryptanalysis are changing drastically to reduce cryptographic complexity. In this paper a detailed survey and direction of development work has been conducted. The work compares these new methods with state of art approaches and presents future scope and direction from the cryptic mining perspectives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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