Earticle

초록

영어

As Intelligent Transportation Systems (ITS) and Vehicle-to-Everything (V2X) communications become increasingly prevalent, ensuring low-latency and energy-efficient cryptographic security in real-time vehicular environments has become a critical challenge. Existing public-key cryptographic algorithms such as RSA-2048 and Elliptic Curve Cryptography (ECC-P256) impose significant computational overhead that is incompatible with the millisecond-level latency requirements of ITS. To address this problem, this paper proposes a lightweight security framework that integrates the Residue Number System (RNS) with Montgomery Modular Multiplication. The proposed framework decomposes large integer operations into independent parallel modular computations using RNS and eliminates division operations through Montgomery multiplication, thereby enabling efficient constant-time modular arithmetic. The framework was implemented in C++ and evaluated in the Veins simulation environment, which combines OMNeT++ and SUMO for realistic V2X scenario testing. Experimental results demonstrate that the proposed method reduces encryption time by 64%, CPU utilization by 37%, and energy consumption by 51% compared to RSA-2048, while also improving resistance to timing-based side-channel attacks. These results confirm that the RNS-Montgomery framework is a practical and scalable cryptographic solution for next-generation ITS and autonomous vehicular communication systems.

한국어

지능형 교통 시스템(ITS)과 V2X(Vehicle-to-Everything) 통신 기술이 점차 보편화됨에 따라, 실시간 차량 통신 환경에서 낮은 지연시간과 에너지 효율성을 동시에 만족하는 암호학적 보안 기술의 확보가 중요한 과제로 대두되고 있다. 기존의 RSA-2048 및 ECC-P256과 같은 공개키 암호 알고리즘은 상당한 연산 오버헤드를 요구하며, 이는 밀리초(ms) 수준의 응답 지연이 요구되는 ITS 환경에 적합하지 않다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 잉여수 체계(Residue Number System, RNS)와 몽고메리 모듈러 곱셈(Montgomery Modular Multiplication)을 결합한 경량 보안 프레임워크를 제안한다. 제안된 프레임워크는 RNS를 활용하여 대규모 정수 연산을 독립적인 병렬 모듈러 연산으로 분해하고, 몽고메리 곱셈을 통해 나눗셈 연산을 제거함으로써 효율적인 상수 시간(constant-time) 모듈러 산술 연산을 가능하게 한다. 제안 기법은 C++로 구현되었으며, OMNeT++와 SUMO를 결합한 Veins 시뮬레이션 환경에서 실제 V2X 통신 시나리오를 기반으로 성능을 평가하였다. 실험 결 과, 제안된 방법은 RSA-2048 대비 암호화 시간을 64%, CPU 사용률을 37%, 에너지 소비를 51% 감소시키는 것으로 나타났다. 또한 타이밍 기반 부채널 공격(timing-based side-channel attacks)에 대한 저항성도 향상됨을 확인하였다. 이러한 결과는 제안된 RNS-Montgomery 프레임워크가 차세대 ITS 및 자율주행 차량 통신 시스템을 위한 실용적이고 확장 가능한 경량 암호화 보안 솔루션임을 입증한다.

목차

Abstract
요약
1. Introduction
2. Related Work
2.1 Limitations of Conventional Cryptographic Algorithms
2.2 Studies on RNS and Montgomery Multiplication
2.3 Distinction from Previous Studies
3. Mathematical Foundations and System Design
3.1 Residue Number System (RNS)
3.2 Montgomery Modular Multiplication
3.3 RNS-Montgomery Integrated Architecture
4. Results and Discussion
4.1 Quantitative Performance Comparison
4.3 Analysis of Performance Comparison Graph
4.4 Scalability and Resource Efficiency
4.5 Security Analysis: Resistance to Side-Channel Attacks
5. Conclusion
REFERENCES

키워드

저자

• Sunghyuck Hong [ 홍성혁 | Professor, Division of Advanced IT, IoT major, Baekseok University ] Corresponding Author

참고문헌

발행기관

간행물

표지보기 관심저널 등록

• 간행물명

  산업과 과학 [Advanced Industrial SCIence]

• 간기

  격월간

• eISSN

  2951-2476

• 수록기간

  2022~2026

• 등재여부

  KCI 등재후보

• 십진분류

  KDC 004 DDC 004