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최근 산업제어시스템은 정보기술과 운영기술을 융합하는 Industrial IoT의 도입과 함께 진화를 계속하고 있지만, 과거에는 경험하지 못한 다양한 사이버 공격 역시 증가하고 있다. 제어센터에서 전송되는 다양한 명령어 메시지를 통해 시스템을 구성 하는 필드 디바이스들에 대한 모니터링 및 운영 제어가 행해지기에 명령어 메시지에 대한 무결성과 더불어 제어센터에 대한 인증은 필수 요구사항이 되고 있다. 기존의 대칭키 기반의 메시지인증코드 방식 또는 공개키 기반의 서명 방식은 제어센터 그 리고 자원 제약적 필드 디바이스의 비대칭성에 따른 적용상의 제약들이 존재한다. 특히, 대칭키 방식에서는 필드 디바이스에 설치된 대칭키가 공격자에게 노출되면 시스템 전반적인 보안 문제점이 발생한다. 본 논문에서는 명령어 메시지를 구성하는 구 성 필드들이 취할 수 있는 데이터 값들이 제한적(낮은 엔트로피)이라는 점에 착안하여 암호해시함수로 구축된 이중 해시체인 을 통한 메시지 인증기법을 제안한다. 한 쌍의 이중 해시체인은 오직 한 개의 명령어 메시지에 적용되기에 다중 사용을 위한 Merkle 트리에 기반을 둔 확장 기법 역시 제안한다. 메시지 인증을 위해 암호해시함수 이외의 암호 프리미티브는 사용이 안 되기에 계산 복잡도는 매우 낮게 유지될 수 있음을 성능평가를 통해 확인한다.

Although industrial control systems (ICSs) recently keep evolving with the introduction of Industrial IoT converging information technology (IT) and operational technology (OT), it also leads to a variety of threats and vulnerabilities, which was not experienced in the past ICS with no connection to the external network. Since various control command messages are sent to field devices of the ICS for the purpose of monitoring and controlling the operational processes, it is required to guarantee the message integrity as well as control center authentication. In case of the conventional message integrity codes and signature schemes based on symmetric keys and public keys, respectively, they are not suitable considering the asymmetry between the control center and field devices. Especially, compromised node attacks can be mounted against the symmetric-key-based schemes. In this paper, we propose message authentication scheme based on double hash chains constructed from cryptographic hash function without introducing other primitives, and then propose extension scheme using Merkle tree for multiple uses of the double hash chains. It is shown that the proposed scheme is much more efficient in computational complexity than other conventional schemes.

최근 산업 제어 시스템(Industrial Control System) 또는 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 등에서 사용되는 PLC(Programmable Logic Controller)에 대한 사이버 공격이 증가하고 있다. 특히, PLC의 펌 웨어에 대한 위변조 공격이 성공할 경우, 대규모의 산업재해를 유발할 수 있다. 본 논문에서는 PLC 장치의 펌웨어에 대한 무결성을 원격으로 검증하는 효율적인 기법을 제안한다. 이 기법은 challenge-response 방식을 기반으로 하 여, 관리 PC가 시리얼 통신으로 연결된 다른 임베디드 장치에 탑재된 펌웨어의 무결성을 검증한다. 제안 기법을 uC/OS-II 운영체제를 탑재한 임베디드 보드에 구현하여 제안 기법의 효율성을 스택사용량과 수행시간의 측면에서 평가한다. 평가 결과, 제안 기법은 적은 메모리와 계산량, 네트워크 전송량을 사용하여 임베디드 환경에 적합하다.

In recent years, cyber attacks on PLCs(Programmable Logic Controllers) in industrial control systems or SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) systems have increased. A successful forgery(or tampering) attack on PLC's firmware may cause a large-scale industrial disaster. In this paper, we propose an efficient technique that remotely verifies the integrity of firmware installed on PLCs. Based on a challenge-response approach, a supervisory PC can verify the integrity of firmware of embedded device connected to the PC via serial communication. We implement the proposed technique in an embedded board running uC/OS-II operating system and evaluate its efficiency in terms of stack usage and execution time. The technique uses a small amount of memory, network transmission and computation, so that it is suitable for embedded environment.

In cellular communication, subscriber authentication is an essential technique. The mobile station should operate in conjunction with the base station to authenticate the identity. In CDMA system, authentication is the process by which information is exchanged between a mobile station and base station for the purpose of confirming the mobile station. A successful authentication process means that the mobile station and base station process identical sets of shared secret data(SSD). SSD can be generated by authentication algorithms. The cryptographic hash function is a practical way of authentication algorithms. In this paper, we propose and implement MD5 and SHA-1 with modified structure.

ARIA, AES 블록암호와 Whirlpool 해시함수를 단일 하드웨어 구조로 통합하여 효율적으로 구현한 크립토 프로세서에 대해 기술한다. ARIA, AES, Whirlpool의 알고리듬 특성을 기반으로 치환계층과 확산계층의 하드웨어 자원이 공유되도록 설계를 최적화하였다. Whirlpool 해시의 라운드 변환과 라운드 키 확장을 위해 라운드 블록이 시분할 방식으로 동작하도록 설계하였으며, 이를 통해 하드웨어 경량화를 이루었다. ARIA-AES-Whirlpool 통합 크립토 프로세서는 Virtex5 FPGA에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였으며, $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 68,531 GE로 구현되었다. 80 MHz 클록 주파수로 동작하는 경우에, ARIA, AES 블록암호는 각각 602~787 Mbps, 682~930 Mbps, 그리고 Whirpool 해시는 512 Mbps의 성능을 갖는 것으로 예측되었다.

An integrated cryptographic processor that efficiently integrates ARIA, AES block ciphers and Whirlpool hash function into a single hardware architecture is described. Based on the algorithm characteristics of ARIA, AES, and Whirlpool, we optimized the design so that the hardware resources of the substitution layer and the diffusion layer were shared. The round block was designed to operate in a time-division manner for the round transformation and the round key expansion of the Whirlpool hash, resulting in a lightweight hardware implementation. The hardware operation of the integrated ARIA-AES-Whirlpool crypto-processor was verified by Virtex5 FPGA implementation, and it occupied 68,531 gate equivalents (GEs) with a 0.18um CMOS cell library. When operating at 80 MHz clock frequency, it was estimated that the throughputs of ARIA, AES block ciphers, and Whirlpool hash were 602~787 Mbps, 682~930 Mbps, and 512 Mbps, respectively.