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초록

영어

As various smart devices based on wireless internet and IoT(Internet of Things) technologies proliferate, the demand for lightweight block cipher technology continues to rise. Lightweight block ciphers have become an essential component for ensuring data security, integrity, and authentication in smart devices operating within low-power and resource-constrained environments. However, as cryptanalysis techniques against existing lightweight block ciphers advance, the necessity for structural improvement is emerging. In this paper, to enhance lightweight block cipher security, we propose a Statistical Path Redesign(SPR) technique achieved at zero-cost, incurring absolutely no additional logic gate overhead. Using this SPR technique, we analyze the vulnerabilities of the SPN(Substitution-Permutation Network)-based PRESENT[2] and ARX(Addition-Rotation-XOR)-based HIGHT[3] architectures which are both registered as international standards for lightweight ciphers, and propose optimized improvement schemes. Finally, through rigorous algebraic verification and extensive simulation results, we demonstrate that the enhanced lightweight block ciphers fundamentally evade known attack vectors while maintaining the performance profiles of the originally proposed designs.

한국어

무선 인터넷과 IoT(Internet of Things) 기술 기반의 다양한 스마트기기가 확산함에 따라 경량 블록 암호 기술의 사용이 증가하고 있다. 경량 블록 암호는 저전력과 저면적 환경에서 데이터의 보안, 무결성, 인증 등 스마트 기기의 정보보호에 필수적인 기술로 자리 잡고 있다. 그러나, 개발된 경량 블록 암호 기술에 대한 공격 기법들이 연구되면서, 개선의 필요성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 경량 블록 암호 기술을 개선하기 위해, 추가적인 논리 게이트오버헤드가 전혀 없는 비용 제로(zero-cost) 기반의 통계적 경로 재설계 기법(Statistical Path Redesign)을 제안한다. 이 통계적 경로 재설계 기법을 활용하여, 경량 블록 암호의 국제 표준으로 선정된 SPN(Substitution-Permutation Network) 구조의 PRESENT[2]와 ARX(Addition-Rotation-XOR) 구조의 HIGHT[3] 암호 기술에 대한 취약성을 분석하고, 최적화된 개선 방안을 제안한다. 그리고, 개선된 경량 블록 암호에 대해 기존 공격 기법들에 대한 저항성과 최초 제안된 경량 블록 암호와의 성능을 대수적 검증과 시뮬레이션 결과로 분석한다.

목차

요약
ABSTRACT
1. 서론
2. PRESENT와 HIGHT의 구조 및 공격 기법
2.1 PRESENT의 구조 및 공격 기법
2.2 HIGHT의 구조 및 공격 기법
3. 통계적 경로 재설계(Statistical Path Redesign) 기법 소개
4. PRESENT의 재설계와 검증
4.1 PRESENT의 재설계와 최적화
4.2 시뮬레이션 성능 분석 결과
4.3 개선된 PRESENT 검증
5. HIGHT의 재설계와 검증
5.1 HIGHT의 재설계와 최적화
5.2 시뮬레이션 성능 분석 결과
5.3 개선된 HIGHT 검증
6. 결론
참고문헌

키워드

저자

• 허용석 [ Yong-Sork Her | 국립금오공과대학교 첨단산업융합학부 조교수 ]

참고문헌

발행기관

간행물

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• 간행물명

  융합보안논문지 [Jouranl of Information and Security]

• 간기

  연5회

• pISSN

  1598-7329

• 수록기간

  2001~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 005 DDC 005