Earticle

최근 엄청난 계산 능력을 보여주는 양자 컴퓨터와 정보 접근성이 높고 비용이 낮은 클라우드 컴퓨팅에 대한 개발이 활발하 게 이루어지고 있다. 이러한 양자 컴퓨터의 경우 양자오류정정부호가 필수적이며, 클라우드 컴퓨팅의 경우 보안성 및 계산성 을 확보하기 위해 동형암호가 사용될 수 있다. 각각 다른 목적을 위해 사용되는 이 두 기법은 서로 비슷한 가정을 바탕으로 하고 있어, 양자오류정정부호를 기반으로 동형암호를 구성하는 연구들이 진행되어왔다. 따라서 본 논문에서는 일반적인 양자 오류정정부호를 변형하여 동형암호적 양자정보처리가 가능한 기법을 제시한다. 기존의 양자오류정정부호를 이용한 동형암호 기법의 경우 부호를 사용하였지만 오류정정 능력이 전혀 없는데 반해, 제시한 양자오류정정부호 기법을 사용하면 동형암호적 양자정보처리가 가능하면서도, 동시에 양자오류정정부호 본연의 기능인 양자정보의 연산, 저장 중의 오류를 정정할 수 있는 장점이 존재한다.

Recently, developments on quantum computers and cloud computing have been actively conducted. Quantum computers have been known to show tremendous computing power and Cloud computing has high accessibility for information and low cost. For quantum computers, quantum error correcting codes are essential. Similarly, cloud computing requires homomorphic encryption to ensure security. These two techniques, which are used for different purposes, are based on similar assumptions. Then, there have been studies to construct quantum homomorphic encryption based on quantum error correction code. Therefore, in this paper, we propose a scheme which can process the homomorphic encryption like quantum computation by modifying the QECCs. Conventional quantum homomorphic encryption schemes based on quantum error correcting codes does not have error correction capability. However, using the proposed scheme, it is possible to process the homomorphic encryption like quantum computation and correct the errors during computation and storage of quantum information unlike the homogeneous encryption scheme with quantum error correction code.

디버깅(debugging) 도구는 소프트웨어 개발 과정에서 논리 오류나 버그가 발생되었을 때 프로그램의 내부 상태와 동작 방식을 사용자에게 보여줌으로써 오류를 찾고 수정하는데 도움을 주는 도구이다. 반면에 지적재산권이 포함된 프로그램의 내부 알고리즘 추출이나 권한 상승과 같은 시스템 공격을 위한 취약성 분석에 디버깅 도구가 악용되고 있어 문제가 되고 있다. 이에 대한 대응 기술로 디버깅을 방지할 수 있는 안티 디버깅(anti-debugging) 기술이 적용되고 있으나 이를 우회하는 기술도 지속적으로 발전하고 있다. 본 논문에서는 기존의 우회 기법을 방지할 수 있는 시간 기반 키 생성 방식을 이용한 안티 디버깅 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 기존 디버깅을 탐지 후 조건문 방식으로 응답 하는 방식이 아닌 프로그램 실행 시간의 차분 값과 특정 코드 영역의 해시 값으로 키를 생성하고 이를 키 값으로 다음 실행될 코드 영역을 암호화함으로써 우회 공격을 어렵게 하는 방법이다. 또한 단순히 프로그램의 특정 영역의 실행 시간으로 키 값을 유도하는 방식이 아닌 시프트(shift) 연산으로 실행 시간의 범위를 설정할 수 있게 하는 방식을 소개한다. 이는 시스템 하드웨어에 따라 발생할 수 있는 실행 시간의 오차 범위를 설정할 수 있게 함으로써 기법을 유연하게 적용할 수 있게 한다.

Debuggers are the tools which are helping the user to find out and correct the logic errors or bug by showing internal state and running mechanism while developing software. But it is also misused as vulnerability analysis for system attacks like extracting internal algorithm of program or privilege elevation. For this reason, anti-debugging techniques are applied to prevent debugging, but the techniques to bypass anti-debugging are keep developing. In this paper, we propose anti-debugging techniques by using time-based key generation method to prevent previous bypass techniques. The proposed techniques are difficult to bypass attack generate key by using hash value instead of not using previous method which is detecting previous debugging and respond in conditional method. We also introduce scheme that setting scope of the execution time by shift operation instead of simply induce the value of the key by specific area of the program’s execution time. It can set a range of run-time errors can be occurred by system hardware so scheme can be applied flexibly in the various environments.

In order to improve security performance of the information stored in two-dimensional Code (Quick Response Code), a two-dimensional code encryption and decryption method based on Elementary Cellular Automata state rings is proposed in this paper. Cellular Automata can simulate complex phenomenon just using simple dynamical system. In addition, Cellular Automata and cryptography have a lot of similarities such as diffusivity and integrated chaos. Based on this feature, the method uses the Cellular Automata to encrypt and decrypt QR code binary image with the following parameters: the length is 8, the boundary condition is cyclic boundary condition and {0, 1} is the state space. The experimental results show that the method proposed in this paper has some advantages, such as high speed, good effect and high security.

In view of the simple keys, time-consuming in encryption and decryption process and the loss of original function characteristics in encrypted image QR two-dimensional code, we adobe a kind of encryption method of QR code based on ECA state ring. In this method, the simple structure, highly parallel of elementary cellular automaton is being used. Operating each pixel point on the quick response code except which can express QR code function information. The simulation results show that the method is faster than two kinds of typical QR code encryption method, and the encrypted image can preserve the original QR code function information, while the safety coefficient is very similar.

In order to improve safety and reliability of secure communication system, we propose a joint encryption error correction coding scheme. In this scheme, a conflict-free interleaver parallel decoding method of Turbo codes is used, which is known simply as” efficient Turbo codes”, and it is combined with chaotic encryption together. This scheme makes the information encryption and efficient Turbo coding step be completed at the same time, and explain the encryption/decryption process through the efficient parallel decoding method, and verify the feasibility of the scheme through the application of Turbo code in image transmission as an example. The Matlab simulation results show that, the scheme performance is more excellent and effective in security and reliability than the existing joint encryption and error correction coding scheme. Our proposed scheme may provide an excellent encoding candidate scheme for secure communication system.

Software is completely exposed to an attacker after it is distributed because reverse engineering is widely known. To protect software, techniques against reverse engineering are necessary. A code encryption scheme is one of the techniques. A code encryption scheme encrypts the binary executable code. Key management is the most important part of the code encryption scheme. However, previous schemes had problems with key management. In an effort to solve these problems in this paper, we survey the previous code encryption schemes and then propose a new code encryption scheme based on an indexed table. Our scheme provides secure and efficient key management for code encryption.

비트 값의 반전을 이용하여 정규 허프만 코드의 선택적인 암호화 방법을 제안하였다. 심벌들을 일정한 크기의 블록으로 나누어 블록안의 각 심벌들을 정규 허프만 코딩으로 압축한다. 블록별로 원 코드로 보낼 것인지 암호화하여 보낼것인지 결정하고 암호화 블록은 전제 비트들의 값을 반전시키고 암호화하지 않는 블록들은 원 코딩 데이터를 암호화 정보와 함께 전송한다. 수신측에서 압축된 데이터를 암호화 정보를 이용하여 해독가능하다.

The selective encryption scheme for canonical Huffman codes using the inversion of bit values is proposed. The symbols are divided into blocks of a certain size, and each symbol in the block is compressed by canonical Huffman coding. Blocks are determined to be sent in the original code or encrypted form. The encryption block inverts the values of the whole bits, and bits of block that do not encrypt are not inverted. Those compressed data are transmitted with the encryption information. It is possible to decrypt the compressed data on the receiving side using the encryption information and compressed data.

안드로이드 마켓이 커지면서 불법복제와 변조를 통한 재배포로 인하여 손해가 증가하고 있다. 앱을 보호하기 위하여 여러 기법이 나왔지만, 역공학으로 우회가 가능하다. 본 논문에서는 사용자의 기기고유정보로 비밀키를 생성하여 소스코드를 암호화하고, 앱이 실행될 때 복호화 및 동적로딩을 수행한다. 본 제안 방식은 소스코드 암호화를 통한 불법복제 및 역공학을 방지할 수 있다.

안드로이드 마켓이 커지면서 불법복제와 변조를 통한 재배포로 인하여 손해가 증가하고 있다. 앱을 보호하기 위하여 여러 기법이 나왔지만, 역공학으로 우회가 가능하다. 본 논문에서는 사용자의 기기고유정보로 비밀키를 생성하여 소스코드를 암호화하고, 앱이 실행될 때 복호화 및 동적로딩을 수행한다. 본 제안 방식은 소스코드 암호화를 통한 불법복제 및 역공학을 방지할 수 있다.

클라우드 컴퓨팅이 널리 사용되면서, 데이터 유출에 대한 관심도 같이 증가하고 있다. 동형암호는 데이터를 암호화된 채로 클라우드 서버에서 연산을 수행함으로써 해당 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 프로그램 전체를 동형암호로 연산하는 것은 큰 오버헤드를 가지고 있다. 프로그램의 일부분만 동형암호를 사용하는 것은 오버헤드를 줄일 수 있지만, 사용자가 직접 프로그램의 코드를 분할하는 것은 시간이 오래 걸리는 작업이고 또한 에러를 발생시킬 수 있다. 이 연구는 지시문을 활용하여 동형암호 프로그램의 코드를 분할하는 컴파일러인 Heapa를 제시하였다. 사용자가 프로그램에 클라우드 컴퓨팅 영역에 대한 코드를 지시문으로 삽입하면 Heapa는 클라우드 서버와 호스트사이의 통신 및 암호화를 적용시킨 계획을 세우고, 분할된 프로그램을 생성한다. Heapa는 영역 단위의 지시문뿐만 아니라 연산 단위의 지시문도 사용가능하여 프로그램을 더 세밀한 단계로 분할 가능하다. 이 연구에선 6개의 머신러닝 및 딥러닝 어플리케이션을 통해 컴파일러의 성능을 측정했으며, Heapa는 기존 동형암호를 활용한 클라우드 컴퓨팅보다 3.61배 개선된 성능을 보여주었다.

Despite its wide application, cloud computing raises privacy leakage concerns because users should send their private data to the cloud. Homomorphic encryption (HE) can resolve the concerns by allowing cloud servers to compute on encrypted data without decryption. However, due to the huge computation overhead of HE, simply executing an entire cloud program with HE causes significant computation. Manually partitioning the program and applying HE only to the partitioned program for the cloud can reduce the computation overhead. However, the manual code partitioning and HE-transformation are time-consuming and error-prone. This work proposes a new homomorphic encryption enabled annotation-guided code partitioning compiler, called Heapa, for privacy preserving cloud computing. Heapa allows programmers to annotate a program about the code region for cloud computing. Then, Heapa analyzes the annotated program, makes a partition plan with a variable list that requires communication and encryption, and generates a homomorphic encryptionenabled partitioned programs. Moreover, Heapa provides not only two region-level partitioning annotations, but also two instruction-level annotations, thus enabling a fine-grained partitioning and achieving better performance. For six machine learning and deep learning applications, Heapa achieves a 3.61 times geomean performance speedup compared to the non-partitioned cloud computing scheme.

사물인터넷(IoT) 환경에서는 다양한 리소스 파일이 디바이스에 저장되거나 외부와 통신을 통해 주고받는 과정에서 공격자의 탈취, 분석, 변조 위협에 취약하다. 본 논문에서는 IoT 디바이스의 보안을 강화하기 위한 방안으로, 자동 암복호화 삽입 기법을 활용한 리소스 파일 보호 시스템을 설계 및 구현하였다. 제안된 시스템은 LLVM Pass를 활용하여 프로그램 내의 파일 입출력 API를 탐지하고 자동으로 보안 API로 대체함으로써, 암호화된 리소스를 자동으로 복호화하여 메모리 기반 파일로 처리하도록 구성된다. 이를 통해 개발자는 별도의 보안 로직 없이도 안전하게 리소스를 사용할 수 있으며, 복호화된 데이터는 디스크에 기록되지 않아 평문 노출이 방지된다. 시스템의 동작 유효성은 암호화된 리소스 파일이 실행 중 자동으로 복호화되어 정상적으로 읽히고 처리되는지를 다양한 입출력 시나리오에서 확인함으로써 검증하였다. 성능 오버헤드는 파일 입출력 및 전체 실행 시간 비교를 통해 분석하여 제안된 시스템이 여러 환경에서도 안정적인 성능을 유지함을 확인하였다.

In the Internet of Things (IoT) environment, resource files are vulnerable to threats such as theft, analysis, and tampering during storage on devices or transmission over external networks. To address this, this paper designs and implements a resource file protection system based on automatic encryption and decryption insertion. The proposed system uses an LLVM Pass to detect file I/O APIs within programs and automatically replace them with secure APIs, enabling encrypted resources to be transparently decrypted and processed as memory-based files. This allows developers to safely use resources without additional security logic, while preventing plaintext data from being written to disk. The system's functional validity was verified through various I/O scenarios, confirming that encrypted resources are properly decrypted and processed at runtime. Performance overhead was evaluated by comparing file I/O and overall execution time, demonstrating that the proposed system maintains stable performance across diverse environments.

원소 ${\in}F(p)$에 대하여 두 종류의 기저함수가 알려져 있다. 통상적인 다항식 기저(polynomial bases)는 $\{1,{\alpha},{\alpha}^2,{\cdots},{\alpha}^{n-1}\}$로 이루어지고 이와 다르게 정규 기저(normal bases)는 $\{{\alpha},{\alpha}^p,{\alpha}^{p^2},{\cdots},{\alpha}^{p^{n-1}}\}$의 형태를 갖는다. 본 논문에서는 소수 p의 원소로 이루어지는 유한장 GF(p)상에서 n차원 벡터공간인 확대장 $GF(p^n)$을 이룰 수 있는 정규기저의 발생과 생성에 대하여 검토하고 정규기저를 기반으로 부호계열 발생알고리즘을 분석하여 발생기구성함수를 도출하였다. 차수 n=5와 n=7인 두 종류의 정규기저를 생성할 수 있는 정규다항식을 발견하고 부호계열 발생기를 설계 구성하였다. 마지막으로 Simulink를 이용하여 두 종류(n=5, n=7)의 부호계열 그룹을 발생시키고 발생된 부호계열간의 자기상관함수, $R_{i,i}(\tau)$와 상호상관함수, $R_{i,j}(\tau)$, $i{\neq}j$ 특성을 분석하였다. 이 결과로부터 정규기저를 이용한 부호계열 발생알고리즘의 분석, 그리고 부호계열 발생기 설계와 구성이 타당함을 확인하였다.

For the element ${\alpha}{\in}GF(p^n)$, two kinds of bases are known. One is a conventional polynomial basis of the form $\{1,{\alpha},{\alpha}^2,{\cdots},{\alpha}^{n-1}\}$, and the other is a normal basis of the form $\{{\alpha},{\alpha}^p,{\alpha}^{p^2},{\cdots},{\alpha}^{p^{n-1}}\}$. In this paper we consider the method of generating normal bases which construct the finite field $GF(p^n)$, as an n-dimensional extension of the finite field GF(p). And we analyze the code sequence generating algorithm and derive the implementation functions of code sequence generator based on the normal bases. We find the normal polynomials of degrees, n=5 and n=7, which can generate normal bases respectively, design, and construct the code sequence generators based on these normal bases. Finally, we produce two code sequence groups(n=5, n=7) by using Simulink, and analyze the characteristics of the autocorrelation function, $R_{i,i}(\tau)$, and crosscorrelation function, $R_{i,j}(\tau)$, $i{\neq}j$ between two different code sequences. Based on these results, we confirm that the analysis of generating algorithms and the design and implementation of the code sequence generators based on normal bases are correct.

원소 에 대하여 두 종류의 기저함수가 알려져 있다. 통상적인 다항식 기저(polynomial bases)는 {1,α,α2,···,αn-1}로 이루어지고 이와 다르게 정규 기저(normal bases)는 {1,α,α2,···,αn-1}의 형태를 갖는다. 본 논문에서는 소수 p의 원소로 이루어지는 유한장 상에서 n차원 벡터공간인 확대장 을 이룰 수 있는 정규기저의 발생과 생성에 대하여 검토하고 정규기저를 기반으로 부호계열 발생알고리즘을 분석하여 발생기구성함수를 도출하였다. 차수 n=5와 n=7인 두 종류의 정규기저를 생성할 수 있는 정규다항식을 발견하고 부호계열 발생기를 설계구성하였다. 마지막으로 Simulink를 이용하여 두 종류(n=5, n=7)의 부호계열 그룹을 발생시키고 발생된 부호계열간의 자기상관함수, Rξ,i(τ)와 상호상관함수, Rξ,i(τ), i ≠j , 특성을 분석하였다. 이 결과로부터 정규기저를 이용한 부호계열 발생알고리즘의 분석, 그리고 부호계열 발생기 설계와 구성이 타당함을 확인하였다.

For the element , two kinds of bases are known. One is a conventional polynomial basis of the form {1,α,α2,···,αn-1}, and the other is a normal basis of the form {1,α,α2,···,αn-1}. In this paper we consider the method of generating normal bases which construct the finite field , as an n-dimensional extension of the finite field . And we analyze the code sequence generating algorithm and derive the implementation functions of code sequence generator based on the normal bases. We find the normal polynomials of degrees, n=5 and n=7, which can generate normal bases respectively, design, and construct the code sequence generators based on these normal bases. Finally, we produce two code sequence groups(n=5, n=7) by using Simulink, and analyze the characteristics of the autocorrelation function, Rξ,i(τ) , and crosscorrelation function, Rξ,i(τ), i ≠j between two different code sequences. Based on these results, we confirm that the analysis of generating algorithms and the design and implementation of the code sequence generators based on normal bases are correct.