Earticle

Grain Stream Cipher 기반의 Light Weight 병렬 알고리즘 연산 방식으로 구현하였다. 제안된 병렬 연산 방식의 알고리즘을 FPGA로 구현하여 동작을 검증하였고, 0.18um CMOS 공정으로 설계하여 UHF RFID 시스템에 적용 가능성을 타진하였다. 제안된 병령 연산 방식의 보안 알고리즘의 설계 및 ASIC 구현 결과를 실제 UHF RFID 표준 프로토콜에 적용하여 현재의 보안 문제 및 복제 방지 기능이 내장된 태그 칩 제작에 활용할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다. 0.18um CMOS 공정의 경우에 Radix-16의 경우에도 ASIC 구현 결과 면적 및 전력소비에서도 UHF RFID 시스템에 적용 가능함을 확인하였다.

We have implemented a parallel operation of the Light Weight algorithm based on Grain Stream Cipher authentication algorithm for UHF RFID systems. We also verified parallel operation algorithm by Verilog coding and ASIC implementation of the Radix-1, 2, 4, 8 and 16 structures using a 0.18um CMOS process. The implemented results show that proposed parallel architecture can be used for design of UHF RFID tag for anti-cloning protection or authentication. We have verified that chip area and power consumption of the Radix-16 designed by 0.18um CMOS process can be applied to the UHF RFID tag design.

GPU는 높은 연산 성능에 비해 그래픽 처리를 하지 않을 경우에는 유휴상태에 놓여있다. 최근 유휴상태인 GPU를 이용하여 그래프 문제, 대용량 탐색 및 정렬, 행렬 연산 등 다양한 문제들을 병렬처리 하는 GPGPU가 각광받고 있고 NVIDIA사의 CUDA플랫폼의 등장으로 이러한 흐름은 더욱 가속화 되고 있다. GPGPU의 발전에 맞추어 GPU상에서 몇몇의 암호 알고리즘들이 구현되었지만, 스트림 암호의 경우에는 최근에서야 ECRYPT에 의해 표준이 제정되었기 때문에 아직 연구 결과가 미비하다. 이에 본 논문에서는 ECRYPT의 소프트웨어 기반 암호인 Salsa20을 GPU상에서 구현하고 이를 최적화하였으며, 파이프라이닝 기법을 사용하여 성능을 극대화하였다. 본 논문의 실험 결과에 따르면 CUDA를 사용한 Salsa20은 6.2Gbps의 암호화 속도를 보여주어 138.7Mbps의 성능을 보인 CPU상에서의 구현에 비해 무려 45배 이상의 성능 향상을 보여주었다.

Recent performance improvements in GPU enabled optimized parallel implementation of various algorithmsincluding graph algorithms, searching and sorting of massive data, matrix operations, and so on. After theadvent of CUDA platform of NVIDIA, more algorithms including several cryptographic algorithms are beingimplemented over GPUs. However, little work has been done on the parallel implementation of stream ciphersbecause it hasn’t been long since the first standard for stream cipher were published by ECRYPT. In thispaper, we provide a parallel implementation of Salsa20 stream cipher, one of the four software-based streamciphers in the ECRYPT standard, over a GPU, and optimize its performance using a pipelining technique.According to our experimental results, the throughput of Salsa20 on the CUDA platform is up to 6.2Gbps,which is approximately 45 times faster than the implementation over a CPU with 138.7Mbps.

스트림 암호는 1회용 패드(one time pad)형 암호 알고리즘으로 랜덤한 비트(또는 문자)들의 열을 열쇠로 사용하여 평문과 XOR과 같은 간단한 연산을 통해 암호화하므로 알고리즘의 안전성은 사용되는 열쇠의 난수성에 의존한다. 그러므로 사용되는 열쇠에 대해 주기, 선형복잡도, 비선형도, 상관면역도 등의 수학적 분석을 통해 보다 안전한 암호시스템을 설계할 수 있는 장 점이 있다. 스트림 암호에서의 암호화 열쇠는 고유다항식을 가지고 LFSR(linear feedback shift register)에서 열쇠이진 수열을 생성하여 사용한다. 이 고유다항식 중 비도가 가장 우수한 다항식이 바로 원시다항식이다. 원시다항식은 스트림 암호뿐만 아 니라 8차 원시 다항식을 사용한 블록암호인 SEED암호, 그리고 24차 원시 다항식을 사용하여 설계한 공개열쇠암호인 CR(Chor-Rivest) 암호 등에서도 널리 이용되고 있다. 본 논문의 주요내용은 이러한 암호알고리즘을 연구하는데 사용되는 갈 루아(Galois)체에서의 원시다항식에 대한 개념과 다양한 성질들을 고찰해 보고 소수 p의 값이 2이상인 경우 Fp에서의 기약 다항식과 원시다항식의 개수를 구하는 정리를 증명해 보았다. 이러한 연구는 보다 비도가 높은 원시다항식을 찾아 새로운 암 호알고리즘을 개발하는 기반 연구가 될 수 있다.

Stream cipher is an one-time-pad type encryption algorithm that encrypt plaintext using simple operation such as XOR with random stream of bits (or characters) as symmetric key and its security depends on the randomness of used stream. Therefore we can design more secure stream cipher algorithm by using mathematical analysis of the stream such as period, linear complexity, non-linearity, correlation-immunity, etc. The key stream in stream cipher is generated in linear feedback shift register(LFSR) having characteristic polynomial. The primitive polynomial is the characteristic polynomial which has the best security property. It is used widely not only in stream cipher but also in SEED, a block cipher using 8-degree primitive polynomial, and in Chor-Rivest(CR) cipher, a public-key cryptosystem using 24-degree primitive polynomial. In this paper we present the concept and various properties of primitive polynomials in Galois field and prove the theorem finding the number of irreducible polynomials and primitive polynomials over Fp when p is larger than 2. This kind of research can be the foundation of finding primitive polynomials of higher security and developing new cipher algorithms using them.

This paper proposes three one-time password (OTP) generation methods suitable for firmware OTPs, one of the most representative methods for addressing the rapidly growing demand for user authentication in online services, based on stream and block ciphers. The first method is a stream cipher-based approach consisting of a 127-bit linear feedback shift register (LFSR) and exclusive-OR (XOR) operators. The OTP output bits are determined using a bit-position selection derived from the digits of  . The second method is a block cipherbased approach employing triple data encryption standard (TDES). Part of the output bits are used as the OTP output and the remaining bits are fed back to the input through an output feedback (OFB) mode. The third method adopts advanced encryption standard (AES) as the block cipher, using a portion of the output bits as the OTP output and feeding back a subset of the remaining bits to the input. All methods generate initial values through key-based random number generation applying message authentication code (MAC). The proposed methods are implemented on an Arduino platform as firmware-based OTP generators. Experimental results demonstrate that the proposed methods offer strong security properties and are suitable for firmwarebased OTP generation. In addition, the LFSR-based method shows good performance in the NIST SP 800-22 randomness tests.

According to the Pseudo-random numbers for the end-hopping technique, an end-hopping communication model combined with Stream Cipher is established, then the key problems of the model are discussed. The model shows the communication based on the clocked nonlinear sequence use random hopping port, which could prevent hackers from seizing the hopping rules of port, and it is an effective way to secure the information. The work analyzes the security of the model , verifies the feasibility of the communications technology in theory, and the performance of the program is simulated.

In this article, we present a new code-based stream cipher called 2SC, based on the sponge construction. The security of the keystream generation of 2SC is reducible to the conjectured intractability of the Syndrome Decoding (SD) problem, which is believed to be hard in the average case. Our stream cipher compares favorably with other provably secure stream ciphers such as QUAD and SYND in terms of eciency and storage. In particular, 2SC is much faster than both these stream ciphers, requiring shorter keys and initial vectors (IVs) in order to attain comparable security levels (the runtime in terms of clock cycles is actually halved compared to SYND for around 170 bits of security, whereas the key size is about 50 bits smaller) .

Cryptography is the technique which is utilized for secure communication over the network. By using Cryptography technique readable information is converted into an unreadable form. Cryptography is used to protect data from unauthorized access. Universality of security in modern internet based application is an explicit motivation to contribute in the area of Information Security. Multimedia data contain different types of data that include text, audio, video, graphic, images. This paper gives an initiation of an amending technique for multiple selective region image cryptography based on both RC4 stream cipher and chaos. This approach is derived from the standard RC4 algorithm. But Currently RC4 is vulnerable. So for making image encryption technique more secure, we have proposed RC4 with chaos. We have shown that, our proposed method will boost image security over any type of network with several types of attack.

소프트웨어 구현을 위한 고속 스트림 암호 ASC16을 제안한다. ASC16은 ASR(Arithmetic Shift Register), NLF(Non-Linear Filter), NLB(Non-Linear Block)로 매우 간결한 구조를 이루고 있으며, 워드 단위로 연산을 수행하고, 비선형변환으로 S-박스를 사용하여 32비트 키 스트림을 만드는 무선 통신용 스트림 암호이다. Zhang, Carroll 그리고 Chan에 의해 개발된 32비트 출력 스트림 암호 SSC2와 수행 결과 비교에서 거의 동등한 결과를 보였고, 주기는 SSC2보다 더 길어 졌으며, 상관공격(Correlation attack)이 어려워 안전성은 더욱 향상 되었다. 제안한 ASC16은 무선통신 등과 같은 제한적인 환경에서 고속 암호 수행에 유용하게 사용될 수 있다.

We propose a fast stream cipher ASC16 for software implementation. ASC16 has a very simple structure with ASR(Arithmetic Shift Register), NLF(Non-Linear Filter), and NLB(Non-Linear Block), and is executed by a word. It is a stream cipher for wireless communication, which makes 32bit key streams using s-box with non-linear transformation. The processed result is almost same as SSC2, 32bit output stream cipher, developed by Zhang, Carroll, and Chan. The period is longer than SSC2, and it causes the difficulty of Correlation attack and raises security very much. The proposed ASC16 is efficiently used in the process of a fast cipher in the limited environment such as wireless communication.

본 논문은 Cellular Automata 기초로 형성된 stream cipher에 대해 원리를 분석하였다. 원래 Cellular Automata는 State, Neighborhood, Transition Rules이라는 단순한 특징을 가지고 복잡하고 다양한 원리를 구현할 수 있다. 즉 Cellular Automata는 transition nile를 이용하여 암호화를 원활하게 처리할 수 있다는 것을 암시하고 있다. 따라서 본 논문에서는 Cellular Automata의 transition rule 30 적용으로 binary pad(key stream)을 생성하고, 암호 분류 중 symmetric key encryption 방식의 stream cipher를 이용하여 encryption 및 decryption의 능력을 실험하였다.

In this study, analyzed principle about stream cipher that is formed to Cellular Automata foundation. Cellular Automata can embody complicated and various principle with simple identifying marks that is State, Neighborhood, Transition Rules originally. Cellular Automata is hinting that can handle encipherment smoothly using transition rule. Create binary pad (key stream) by Cellular Automata's transition rule 30 applications in treatise that see therefore, and experimented ability of encryption and decryption because using stream cipher of symmetric key encryption way of password classification.

The stream cipher Salsa20 and its reduced versions are among the fastest stream ciphers available today. However, Salsa20/7 is broken and Salsa20/12 is not as safe as before. Therefore, Salsa20 must completely perform all of the four rounds of encryption to achieve a good diffusion in order to resist the known attacks. In this paper, a new variant of Salsa20 that uses the chaos theory and that can achieve diffusion faster than the original Salsa20 is presented. The method has been tested and benchmarked with the original Salsa20 with a series of tests. Most of the tests show that the proposed chaotic Salsa of two rounds is faster than the original four rounds of Salsa20/4, but it offers the same diffusion level.

In this study, software-based countermeasures against a side-channel cryptanalysis of the Rabbit stream cipher were developed using Moteiv's Tmote Sky, a popular wireless sensor mote based on the Berkeley TelosB, as the target platform. The countermeasures build upon previous work by improving mask generation, masking and hiding other components of the algorithm, and introducing a key refreshment scheme. Our contribution brings improvements to previous countermeasures making the implementation resistant to higher-order attacks. Four functional metrics, namely resiliency, robustness, resistance, and scalability, were used for the assessment. Finally, performance costs were measured using memory usage and execution time. In this work, it was demonstrated that although attacks can be feasibly carried out on unprotected systems, the proposed countermeasures can also be feasibly developed and deployed on resource-constrained devices, such as wireless sensors.

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 국가중요기반망인 전력, 가스 등을 제어하기 위해 사용되어 왔다. 최근에는 기존의 폐쇄적인 통신 환경과 달리 외부망과 연결된 개방 통신 환경을 사용함에 따라 안전한 통신을 위한 암호화 기술이 연구되고 있다. 기존 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들은 공유키를 갱신하기 위해 수동적으로 설정해야했다. 본 논문에서는 SCADA 시스템을 구성하는 Server와 RTU가 상호 인증하여 무리수 기반의 스트림 암호화 통신과 타임스탬프를 이용한 키 갱신 프로토콜을 제시하여 재사용공격과 가장공격이 불가능한 실시간 암호화통신 프로토콜을 연구하였다.

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 국가중요기반망인 전력, 가스 등을 제어하기 위해 사용되어 왔다. 최근에는 기존의 폐쇄적인 통신 환경과 달리 외부망과 연결된 개방 통신 환경을 사용함에 따라 안전한 통신을 위한 암호화 기술이 연구되고 있다. 기존 시스템에 적용되고 있는 프로토콜들은 공유키를 갱신하기 위해 수동적으로 설정해야했다. 본 논문에서는 SCADA 시스템을 구성하는 Server와 RTU가 상호 인증하여 무리수 기반의 스트림 암호화 통신과 타임스탬프를 이용한 키 갱신 프로토콜을 제시하여 재사용공격과 가장공격이 불가능한 실시간 암호화통신 프로토콜을 연구하였다.

본 논문에서는 ASR(Arithmetic Shift Register)과 SHA-2로 구성된 32비트 출력의 새로운 스트림 암호 ASC를 제안한다. ASC는 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 쉽게 디자인된 스트림 암호 알고리즘이다. 특히 계산능력이 제한된 무선 통신장비에서 빠르게 수행할 수 있도록 개발되었다. ASC는 다양한 길이(8-32바이트)의 키를 지원하고 있으며, 워드 단위로 연산을 수행한다. ASC는 매우 간결한 구조를 가지고 있으며 선형 궤환 순서기(Linear Feedback Sequencer)로 ASR을 적용하였고, 비선형 순서기(Nonlinear sequencer)로 SHA-2를 적용하여 크게 두 부분으로 구성되어 있는 결합 함수(combining function) 스트림 암호이다. 그리고 8비트, 16비트, 32비트 프로세스에서 쉽게 구현이 가능하다. 제안한 스트림 암호 ASC는 최근에 표준 블록 암호로 제정된 AES, ARIA, SEED등의 블록 암호보다는 6-13배 빠른 결과를 보여주고 있으며, 안전성 또한 현대 암호 알고리즘이 필요로 하는 안전성을 만족하고 있다.

본 논문에서는 ASR(Arithmetic Shift Register)과 SHA-2로 구성된 32비트 출력의 새로운 스트림 암호 ASC를 제안한다. ASC는 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 쉽게 디자인된 스트림 암호 알고리즘이다. 특히 계산능력이 제한된 무선 통신장비에서 빠르게 수행할 수 있도록 개발되었다. ASC는 다양한 길이(8-32바이트)의 키를 지원하고 있으며, 워드 단위로 연산을 수행한다. ASC는 매우 간결한 구조를 가지고 있으며 선형 궤환 순서기(Linear Feedback Sequencer)로 ASR을 적용하였고, 비선형 순서기(Nonlinear sequencer)로 SHA-2를 적용하여 크게 두 부분으로 구성되어 있는 결합 함수(combining function) 스트림 암호이다. 그리고 8비트, 16비트, 32비트 프로세스에서 쉽게 구현이 가능하다. 제안한 스트림 암호 ASC는 최근에 표준 블록 암호로 제정된 AES, ARIA, SEED등의 블록 암호보다는 6-13배 빠른 결과를 보여주고 있으며, 안전성 또한 현대 암호 알고리즘이 필요로 하는 안전성을 만족하고 있다.

본 고에서는 지속적으로 증가하는 이동통신 사용자들에게 이동통신의 편리성뿐만 아니라 안전한 통신을 제공하기 위해 기존의 스트림 암호알고리즘의 비도 향상을 위한 메커니즘을 제안한다. 본 논문에서는 이동통신상의 데이터를 보다 안전하게 암호화하기 위한 메커니즘으로서 블록암호 알고리즘에서 주로 사용하는 S 박스를 이중으로 사용하는 메커니즘과 이중으로 사용되는 S 박스를 위한 행ㆍ열 메커니즘을 제안한다. 본 고에서 사용하는 S 박스는 DES의 S 박스의 일부를 사용하며, 사용되는 S 박스는 스트림 암호 알고리즘의 모든 비트에 대해 통과되는 것이 아니라 0인 경우에만 제안하는 이중 S 박스를 통과하는 방법을 사용한다. 제안한 모델은 4장의 실험에서 기존모델과 비교ㆍ분석하여 제안한 모델의 효율성을 증명한다.

이동통신의 지속적인 발달은 사용자들에게 많은 편리성을 제공해주고 있다. 이와 반면에, 이동통신의 개방성은 무선공격에 심각하게 노출되어 있으며, 안전한 통신을 위해 이동통신망의 보안은 필수적이다. 본 논문서는 이동통신상에 전송되는 데이터를 보다 안전하게 보호하기 위한 메커니즘으로서 스트림 암호알고리즘에 두개의 S박스를 사용하고, 두 개의 S박스 사용에 따른 메커니즘을 제안한다. 먼저, DES의 각 S박스에 대한 랜덤성을 테스트하여 랜덤특성이 좋은 두개의 S박스를 고찰한다. 두 개의 S박스는 제안하는 메커니즘에 따라 스트림 암호알고리즘에 적용하며, 이 때 두개의 S박스는 비트가 0이면 S박스를 통과하고, 1이면 통과하지 않는 메커니즘을 사용한다. 이에 대한 실험은 기존 모델과의 비교분석을 통해 제안한 모델의 효율성을 증명한다.

이동통신의 지속적인 발달은 사용자들에게 많은 편리성을 제공해주고 있다. 이와 반면에, 이동통신의 개방성은 무선공격에 심각하게 노출되어 있으며, 안전한 통신을 위해 이동통신망의 보안은 필수적이다. 본 논문서는 이동통신상에 전송되는 데이터를 보다 안전하게 보호하기 위한 메커니즘으로서 스트림 암호알고리즘에 두개의 S박스를 사용하고, 두 개의 S박스 사용에 따른 메커니즘을 제안한다. 먼저, DES의 각 S박스에 대한 랜덤성을 테스트하여 랜덤특성이 좋은 두개의 S박스를 고찰한다. 두 개의 S박스는 제안하는 메커니즘에 따라 스트림 암호알고리즘에 적용하며, 이 때 두개의 S박스는 비트가 0이면 S박스를 통과하고, 1이면 통과하지 않는 메커니즘을 사용한다. 이에 대한 실험은 기존 모델과의 비교분석을 통해 제안한 모델의 효율성을 증명한다.

본 논문에서는 셀룰라 오토마타를 이용한 스트림 암호 알고리즘을 제안한다. 제안 알고리즘의 안전성 평가를 위해 출력 수열에 대하여 FIPS PUB 140-2에서 제시하는 통계 검정을 수행하였으며, 부가적으로 스트림 암호 출력 수열에 대한 검정 방법으로 많이 사용되는 엔트로피 검정과 선형복잡도 검정 및 자기상관 검정을 수행함으로써 발생 수열의 랜덤성 결과를 보인다.

In this paper, we propose a stream cipher using a cellular automata. For the security evaluation, we use the statistical tests suggested on the report of FIPS PUB 140-2 and additionally, we apply entropy test, linear complexity test and auto-correlation test which are popular statistical tests for the output sequences of stream ciphers.