KR0175663B1 - 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기에 의거한 블럭-암호 암호화 장치 - Google Patents

의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기에 의거한 블럭-암호 암호화 장치 Download PDF

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Abstract

블럭 암호 암호 장치는 키로 입력한 부호 입력을 처리하여 암호문/해독문의 출력 데이타를 발생한다. 이러한 암호 장치는 입력 데이타를 받아들이는 시프트 레지스터(10)와 데이터 처리 수단(12)을 갖고 있다. 그리고 데이타 처리 수단(12)은 랜덤 시퀀스 발생기(32)를 가지고 있는데, 이것은 소정의 선택 주기를 출력 데이타(15)로서 발생하기 위해 연속의 데이타 처리 루틴을 실행하고; 처리된 데이타(28)를 최초로 발생하기 위해 상기 시프트 레지스터의 내용(16)을 처리하고(18, 22, 30); 랜덤 시퀀스 발생기를 최초의 처리 데이타로 초기화하고; 랜덤 시퀀스 발생기가 키스트림(34)를 발생하고; 키스트림 부분을 분리하고(36, 38); 상기 키스트림의 분리 부분을 시프트 레지스터내의 데이타 부분으로 처리하여(44) 처리된 데이타 블럭을 발생하고; 이러한 블럭 시프트 레지스터로 이동시킨다. 랜덤 키스트림 발생기의 랜덤 수의 증가, 즉 암호 보안성을 더욱 높이기 위하여, 데이타 처리 루틴은 루틴(36)에 따라 키스트림을 분리한다. 이때에, 상기 분리 부분의 개시는 존속기간 표시 Y에 따른 키스트림의 개시 시점에서 발생하며; 주파수 표시 X에 따라 선택된 소정의 비트에 대해 최초의 분리 부분으로부터 n비트 단위의 키스트림으로 분리하며; 상기 시프트 내용과 키 신호를 일차로 처리한 후(18)에 이 처리 결과에 따른 데이타 회전 표시 X에 따라 순환 시킴으로서 최초 처리의 데이타를 제공한다. 기간표시, 빈도표시 및 회전표시의 각각은 각 주기에 대해 독립적으로 발생하기 때문에 각 주기와 상이할 수 있다.

Description

의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기에 의거한 블럭-암호 암호화 장치
제1도는 본 발명에 따른 블럭-암호 암호화 장치(block-cipher crytographic device)의 기능 블럭도.
제1a도는 제1 및 3도의 데이타 처리 시스템에 의해 실행된 데이타 처리 루틴의 블럭도.
제2도는 제1도의 암호 장치의 포기(discard) 기능 및 분리(segregate) 기능을 상세하게 도시한 기능 블럭도.
제3도는 본 발명에 따른 블럭-암호 암호화 장치의 기능 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : N-바이트 피드백 시프트 레지스터 12 : 데이타 처리 시스템
48 : 계수기 50 : 부하 계수기
54 : 8 비트 레지스터
[발명의 배경]
본 발명은 일반적으로 블럭-암호 암호화 장치에 관한 것이다.
DES(데이타 암호화 표준)알고리즘에 따른 블럭-암호 암호화 장치는 고도의 암호 보안이 요청될 때 흔히 사용된다. 그러나, 현재 DES 알고리즘에 의거한 블럭-암호 암호화 장치를 포함하는 암호/암호해독 제품은 미국산 수출에서 제한되고 있다.
[발명의 개요]
본 발명은 DES 알고리즘에 의거하지 않는 블럭-암호 암호화 장치를 제공하는 것이나, DES 알고리즘에 따르는 블럭-암호 암호화 장치와도 호환성이 있으며, 여러 응용에 대해 고도의 암호 보안을 제공한다.
본 발명의 블럭-암호 암호화 장치는 암호/암호해독 출력 데이타를 제공하는 키 신호를 가진 평문(plaintext)/암호문 입력 데이타를 처리하는 장치이다. 상기 장치는 입력 데이타를 수용하는 시프트 레지스터와 출력 데이타를 제공하도록 선택된 사이클수의 다음과 같은 데이타 처리 루틴을 실행하는 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기를 갖춘 데이타 처리 수단을 포함하는데, 데이타 처리 루틴이란 상기 시프트 레지스터의 내용을 초기 처리된 데이타를 제공하는 키 신호로 처리하며, 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기를 초기 처리된 데이타로 초기화하며 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기를 키스트림을 발생하도록 실행하며, 키스트림 부분을 분리하며, 상기 키스트림의 상기 분리 부분을 처리된 데이타의 블럭을 제공하도록 시프트 레지스터의 데이타부로 처리하며, 처리된 데이타의 상기 블럭을 시프트 레지스터로 시프트하는 처리 루틴이다.
보안 정도는 데이타 처리 루틴의 실행 주기의 선택수가 증가함에 따라 증가된다.
의사랜덤 키스트림 발생기의 랜덤도를 좀더 증가하기 위하여, 그리고 본 발명의 암호 장치로 제공된 보안을 증가하기 위하여 데이타 처리 루틴은 분리 부분의 시작이 존속기간 표시(duration indication)에 응답하여 키스트림의 시작과 연관된 시간에서 제공되는 루틴에 따라서 키스트림을 분리하며, 빈도 표시에 응답하여 분리 비트의 선택수에 대한 상기 분리 부분의 상기 시작에서 키스트림의 매n번째 비트를 분리하고, 상기 시프트 레지스터 내용과 상기 키신호를 우선 처리하여 상기 초기 처리 데이타를 제공하여 회전 표시에 응답하여 상기 우선 처리로 발생된 회전 데이타를 제공한다. 존속기간 표시, 빈도 표시 및 회전표시는 각 주기에 대해 각각 별도로 제공되며, 각 주기에 대해 상이하다.
본 발명의 또다른 특징이 바람직한 실시예의 설명과 관련하여 설명된다.
제1도에 있어서, 본 발명에 따른 블럭-암호 암호화 장치의 블럭도의 양호한 실시예는 N-비트 피드백 시프트 레지스터(10) 및 데이타 처리 시스템(12)을 포함한다. 이후 설명되는 바와는 달리, 상기 데이타 처리 시스템은 마이크로프로세서 내의 펌웨어(firmware)로 구현된다.
제1도의 블럭-암호 암호화 장치는 암호화된 출력 데이타(15)의 N-바이트 블럭을 제공하도록 M-바이트 암호 키이 14 신호로 평문 입력 데이타(13)의 N-바이트 블럭을 처리한다. DES 암호 장치와 호환성 있는 양호한 실시예에 있어서, M=7이고 N=8이다.
피드백 시프트 레지스터(10)는 평문 입력 데이타(13)의 N-바이트 블럭을 수신한다.
데이타 처리 시스템(12)은 평문 바이트(16)를, 제1데이타 처리 루틴(18)에 의해 제1a도에 도시된 바와 같이 키이 바이트(14)에 부가하므로써 M바이트 암호 키이(14)로 평문 입력 데이타의 M-최상위 바이트(16)를 처리한다. 대안적 실시예에 있어서 이 제1루틴(18)은 가산과는 다른 무언가, 예를들면 감산 또는 배타적 논리합(XOR)일 수 있다.
제1루틴(18)에 의해 발생된 M바이트 데이타(20)는 그때 회전 표시 X에 응답하여 여러 바이트 X에 의해 제2데이타 처리 루틴(22)에 따라 데이타 처리 시스템(12)에 의해 회전된다. 첫번째로 발생된 바이트(20)에 대한 회전 바이트(26)의 관계는 M=7인 세 바이트의 회전 표시에 대해서 표 1에 도시되어 있다.
Figure kpo00002
데이타 처리 시스템(12)은 그때 데이타 확장 처리 루틴(30)을 실행하므로써 처음에 처리된 데이타(28)의 N-바이트를 제공하도록 회전된 M 바이트(26)를 확장한다. M=7이고 N=8인 양호한 실시예에 있어서, N번째 바이트는 M바이트와 배타적 OR의 논리합으로써 발생된다.
상기 데이타 처리 시스템(12)안에 포함된 의사 랜덤(pseudorandom) 비선형 시퀀스 발생기(32)는 맨처음 처리된 N 바이트 데이타(28)에 의해 초기화되며 키스트림(34)을 발생시키도록 진행된다. 양호한 실시예에 있어서, 키스트림 발생기(32)는 다이나믹-피드백-어레인지먼트-스크램블링-테크닉(DFAST) 키스트림 발생기(32)로, 데이타 처리 시스템(12)의 처리 속도를 증가시키는 하드웨어로 실행된다. DFAST 키스트림 발생기에 관해서는 데이빗 에스. 브라운의 미국 특허원 제 4,860,363호에 기술되어 있다. 상기 특허에 기술된 바와 같은 DFAST 키스트림 발생기(32)의 양호한 실시예는 입력 데이타를 수신하기 위해 다이나믹(비선형) 피드백 시프트 레지스터 및 스테이틱(선형) 피드백 시프트 레지스터를 포함하고 있다. N-바이트중 최상위 바이트(28)가 다이나믹 피드백 시프트 레지스터로 수신되고 나머지 바이트가 DFAST 키스트림 발생기(32)의 스테이틱 피드백 시프트 레지스터로 수신된다. DFAST 키스트림 발생기(32)는 신속히 키스트림(34)을 발생시키도록 N-바이트의 고속 의사랜덤 비선형 시퀀스 처리를 실행하며 상기 키스트림으로부터 연속 사이클안에서의 처리를 위해 피이드백 될 수 있는 데이타를 발생시키도록 상기 키스트림으로부터 단일 바이트가 쉽게 분리된다. 대안이 실시예에 있어서, 다른 형태의 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기가 DFAST 키스트림 발생기(32)를 대신하여 이용된다.
데이타 처리 시스템(12)은 키스트림(34) 부분을 단일 바이트(40)로 분리하기 위해 포기(discard) 루틴(36) 및 분리 루틴(38)을 실행한다. 그 데이타 처리 시스템(12)은 포기 루틴(36)에 따라 키스트림(34)를 분리하는데, 그 키스트림(42)의 분리된 부분의 시작은 키스트림(34)의 제1의 Y바이트를 포기시킴으로서 존속기간 표시(Y)에 응답하여 키스트림(34)의 시작과 관련된 시간에서 제공된다.
또한, 데이타 처리 시스템(12)은 단일 바이트(40)를 형성하도록 8비트가 분리될 때까지의 빈도 표시(n)에 응답하여 상기 분리된 부분의 시작부터 키스트림(42)의 매n번째 비트를 분리시켜 키스트림(42)를 분리한다.
포기 루틴(36)과 분리 루틴(38)의 상세한 설명은 제2도를 참조하여 기술되고 있다. 이들 루틴을 실행하기 위해, 데이타 처리 시스템은 존속 기간 표시 카운터(48), 주파수 표시 카운터(50), 비트 카운터(52), 바이트 레지스터(54) 및 OR 게이트(55)를 포함하고 있다. 모든 세 카운터(48,40,52)는 DFAST 키스트림 발생기(32)를 클럭하는 것처럼 동일한 클럭 신호(56)에 의해 클럭된다. 카운터(48)의 출력은 OR 게이트(55)를 통해 카운터(50)의 부하(로드) 입력에 결합된다. 카운터(50)의 출력은 카운터(52)의 인에이블 입력 및 바이트 레지스터(54)의 인에이블 입력에 제공되고, OR 게이트(55)를 통해 카운터(50)의 입력에도 결합된다. 키스트림(32)은 바이트 레지스터(54)의 데이타 입력에 제공된다.
데이타 처리 루틴의 각각의 주기동안, 존속 기간 표시(Y)는 존속기간 표시 카운터(48)에 로드되고, 주파수 표시(n)는 주파수 표시 카운터(50)에 로드된다. 키스트림(34)의 제1의 Y바이트 이후에, 존속 기간 표시 카운터(48)에 의해 주파수 표시 카운터(50)에 개시 펄스(60)가 전달되고, 차례로, 비트 카운터(52) 및 바이트 레지스터(54)에 인에이블 펄스가 전달된다. 따라서, 바이트 레지스터는 키스트림(34)의 동일 비트를 기억되고 바이트 레지스터(54)에 기억된 비트의 수는 비트 카운터(52)에 의해 카운터된다. 주파수 표시 카운터에 의해 비트 카운터(52)의 카운트가 8이 될때까지 DFAST 클럭 신호(56)의 클럭 펄스의 매n번째 카운트에 따라 바이트 레지스터(54) 및 비트 카운터(52)의 인에이블 입력에 펄스(62)를 계속 제공됨에 따라, 모든 세 카운터(48,50,52)에 정지 펄스(58)가 제공된다.
다시, 제1도의 블럭-암호 암호화 장치를 참조하여 설명하자면, 데이타 처리 시스템은 루틴(44)를 더 실행함으로써 키스트림(34)의 부분을 분리하여 형성된 단일 바이트(40)가 피드백 시프트 레지스터(10)내의 데이타의 최하위 비트로 XOR되어 처리된 데이타(46)의 바이트가 제공된다.
처리된 데이타(46)의 바이트는 피드백 시프트 레지스터(10)의 최상위 바이트 위치로 시프트되고, 시프트 레지스터(10)내의 데이타는 데이타의 최하위 바이트가 시프트 레지스터(10)에서 시프트되도록 시프트된다.
이것은 데이타 처리 루틴의 한 주기이다. 평문 입력 데이타의 단일 블럭을 암호화하기 위해 실행될 주기 수는 암호 장치의 특정 응용에 필요한 암호 보안의 정도에 따라 선택된다. 키이 신호 또는 입력 데이타의 어떤 단일 비트가 출력 데이타의 매 비트를 실행할 수 있도록 보장하기 위해서는 최소한 16주기가 필요하다. 부가적인 보안을 제공하도록 실행되는 것이 바람직하며, 주기수는 암호화를 위한 암호 장치에 평문 입력 데이타가 제공되는 주파수에 관련하여 데이타 처리 시스템(12)의 처리 속도로 제한된다.
데이타 처리 루틴의 각 주기에 있어서, 회전 표시 X, 지속기간 표시 Y 및 빈도 표시 n이 분리되어 제공된다. 그러므로 각각의 표시는 각각의 다른 주기에서 상이할 수도 있다.
양호한 실시예에 있어서, 선택된 주기 수 및 회전 표시 X, 지속기간 표시 Y 및 각각의 다른 싸이클에 대한 빈도 표시 n는 마이크로프로세서의 펌웨어에서 사전 설정된다. 대안의 실시예에서 선택된 주기 수 및 회전 표시 X, 지속기간 Y 및 각각 다른 싸이클에 대한 빈도 표시 n는 마이크로프로세서에 가변 입력으로 제공된다.
선택된 처리 주기 수가 종료한 후, 피드백 시프트 레지스터(10)로부터 암호화된 출력 데이타(15)가 공급된다.
선택된 실시예에서, 암호화된 출력 데이타는 피드백 시프트 레지스터(10)로부터 떨어진 별도의 소자(도시되지 않음)에 처리된 데이타(46)가 비이트를 통과시킴으로써 제공될 수 있다.
제3도를 다시 살펴보면, 본 발명에 따른 블럭-암호 암호화 해독 장치의 블럭도의 양호한 실시예는 다음의 예외를 갖는 제1도 및 제2도에 관하여 상기 기술된 블럭-암호 암호화 장치와 동일하다.
제3도의 블럭-암호 암호화 해독 장치는 암호 해독 출력 데이타(15')의 N-바이트 블력을 제공하도록 M-바이트 암호 해독키(14) 신호로 암호화된 입력 데이타(13')의 N-바이트 블럭을 처리한다.
피드백 시프트-레지스터(10)는 암호화된 입력 데이타(13')의 N-바이트 블럭을 수신한다.
데이터 처리 루틴(44)에서, 키스트림(34) 부분을 분리시킴으로써 형성된 단일 바이트(40)는 처리된 데이타(46)의 바이트를 제공하도록 피드백 시프트 레지스터(10)에서 가장 유효한 데이타의 바이트로 XOR되며, 처리된 데이타(46)의 바이트는 시프트 레지스터의 유효하지 않은 바이트 위치로 시프트되어 시프트 레지스터(10)의 데이타는 가장 유효한 데이타의 바이트가 시프트 레지스터(10) 외부로 이동되도록 시프트된다.
제3도의 블럭-암호 암호화 해독 장치는 제1도의 블럭-암호 암호화 장치에 의해 제공된 암호화된 데이타를 암호 해독하여 상기 암호화된 데이타를 제1도의 블럭-암호 암호화 장치에 의해 암호화 되는 평문으로 변화된다.

Claims (7)

  1. 암호된 또는 암호 해독된 출력 데이타를 제공하도록 키 신호로 평문 또는 암호화된 입력 데이타를 처리하는 블럭-암호 암호화 장치(block-cipher crytographic)에 있어서, 입력 데이타(13)를 수신하는 시프트 레지스터(10)와, 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기(pseudorandom nonlinear sequence generator)(32)를 포함하며 출력 데이타(15)를 제공하도록 선택된 주기 수 동안 데이터 처리 루틴을 수행하는 데이타 처리 시스템(12)을 구비하며, 상기 데이타 처리 루틴은 초기에 처리된 데이타(28)를 제공하기 위해 키 신호(14)로 상기 시프트 레지스터의 내용(16)을 처리하고(18,22,30), 초기에 처리된 데이타로 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기를 초기화하고, 키스트림(34)을 발생하도록 의사랜덤 비선형 시퀀스 발생기를 실행하고, 키스트림의 부분을 분리시키고(36,38), 처리된 데이타(46) 블럭을 제공하도록 시프트 레지스터의 데이타 부분으로 상기 키스트림의 분리 부분을 처리하고(44), 상기 처리된 데이타 블럭을 시프트 레지스터로 시프트하는 것을 포함하는 블럭-암호 암호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이타 처리 수단은 상기 선택된 주기 수 동안 상기 처리된 데이타 블럭을 시프트 레지스터로 시프팅 시킴으로써 시프트 레지스터에서 출력 데이타를 제공하는 것을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 데이타 처리 루틴 각 주기에 대해 별도로 제공되며 이 주기 각각에 대해 상이할 수도 있는 존속기간 표시(Y)에 의해 표시된 시점에서, 상기 분리 부분을 시작하는 루틴이 개시되는 루틴에 따라 상기 키스트림 부분을 분리시키는(36) 것을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 키스트림 부분을 분리하는 루틴은, 각 주기에 대해 별도로 제공되며 이 주기 각각에 대해 상이할 수도 있는 빈도 표시(n)에 응답하여, 상기 분리 부분을 이것의 시작점부터 n 비트 단위의 키스트림으로 분리하는 것(38)을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 데이타 처리 루틴은, 각 주기에 대해 별도로 제공되며 이 주기 각각에 대해 상이할 수도 있는 빈도 표시(n)에 응답하여, 상기 분리 부분을 이것의 개시점부터 n 비트 단위의 키스트림으로 분리하는 것(38)을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
  6. 제1, 3 또는 5항 중 어느 한 항에 있어서, 데이타 처리 루틴은 상기 시프트 레지스터 내용과 키 신호를 일차로 처리함으로써(18), 상기 초기에 처리된 데이타를 제공한 다음 각 주기에 대해 별도로 제공되며 각 주기에 대해 상이할 수도 있는 회전 표시(X)에 응답하여 상기 일차 처리에 의해 발생된 데이타(22)를 회전하는 것을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
  7. 제1,3,4 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 데이타 처리 수단은 상기 키스트림을 발생하기 위해 다이나믹-피드백-어렌지먼트-스크램블링-테크닉 키스트림 발생기(32)를 갖는 것을 포함하는 블럭-암호 암호화 장치.
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