KR102072335B1 - 스크램블러를 이용한 aes 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법 - Google Patents

스크램블러를 이용한 aes 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 AES 암호 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 것으로,
본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 전력분석공격에 취약함을 보인 AES-128 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공 할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법 { Power Analysis Attack Defense Technique Application Method for AES Encryption Algorithm Using Scrambler }
본 발명은 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력분석공격에 취약함을 보인 AES-128 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 것으로, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공 할 수 있는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법에 관한 것이다.
한편으로 AES 암호 알고리즘은 많은 연구자들에 의해 분석되어 전력분석공격에 취약함을 입증하였다. 이처럼 이전에 알려진 대부분의 암호 알고리즘과 마찬가지로 별도의 전력분석공격에 대한 방어대책이 필요하다고 할 수 있다.
상기 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격은 평문과 비밀키가 배타적 논리합(XOR, eXclusive OR) 연산을 수행하는 시점, 또는 각 함수들에 대한 부분을 공격시점으로 이루어졌으며, 이에 따라 안전하지 않음을 증명하였다.
종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-0949538호의 AES 라인달 알고리즘을 이용하는 암호화 및 복호화 장치와 그 방법에는, 제 1 라운드에 대한 라운드키 및 제 2 내지 마지막 라운드에 대한 제 1 부분 라운드키를 연산하여 제 2 내지 마지막 라운드에 대한 라운드키를 생성하는 라운드키 연산부; 및 상기 제 1 내지 마지막 라운드에 대한 라운드키를 이용하여 암호화 또는 복호화를 위한 연산을 수행하는 라운드 실행부를 포함하는 AES 라인달 알고리즘을 이용하는 암호화 및 복호화 장치이라고 기재되어 있다.
다른 종래기술로서 등록특허공보 등록번호 제10-1614331호의 이동 통신 시스템에서 AES 알고리즘을 이용한 암호화 장치 및 방법에는, AES(Advanced Encryption Standard) 블록 알고리즘을 통해 수행되는 AES 모드를 확인하는 모드 확인부와, 상기 확인된 AES 모드에 대응하여 데이터를 처리하는 비공유 엑스트라 하드웨어와, 상기 처리된 데이터를 사용하여 상기 확인된 AES 모드를 수행하기 위한 상기 AES 알고리즘을 수행하며, 상기 확인된 AES 모드에서 공통적으로 사용할 수 있는 공유 하드웨어, 및 상기 AES 모드로 암호화/암호해독을 수행하기 위한 키를 생성하는 키 제어부로 구성되는 공유 로직을 구비한 암호화 장치라고 기재되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 AES 암호 알고리즘은 전력분석공격에 취약하거나, 송수신 암호에 방어기술에 방어기술을 적용하여 보안에 영향을 주는 단점이 있었다.
따라서 본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법을 통하여, 전력분석공격에 취약함을 보인 AES-128 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공 할 수 있는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 AES 암호 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법에 있어서,
상기 AES(Adavanced Encryption Standard) 암호 알고리즘은 AES-128 알고리즘을 사용하는 것이며,
상기 AES 암호 알고리즘에는 스크램블러(scrambler)를 이용하는 것으로, 상기 스크램블러(scrambler)는 데이터 통신에서 모뎀 송출데이터의 랜덤화를 위하여 사용하는 것이며, 통신장비의 수신단에서는 디스크램블러(de-scrambler)로 역변환시킨 다음 데이터를 모뎀으로 입력시키게 되는 것이며,
상기 AES 암호 알고리즘에 적용할 수 있는 방어기술로, 랜덤화 방법을 사용하며, 상기 랜덤화 방법은 스크램블러와 디스크램블러를 활용하기에 회로가 단순하면서도 차분전력분석공격(DPA, Differential Power Analysis) 방어에 적용되는 것이며,
상기 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 키/서브키 랜덤화와, 평문/라운드 입력값 랜덤화를 적용하는 것이며,
상기 키/서브키 랜덤화는 키 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 키 값이 1비트 단위로 입력될 때마다, 스크램블러로 값을 변화하여 키스케줄 과정에 입력하게 되며, 수신에서도 동일하게 적용하는 것이며,
상기 평문/라운드 입력값 랜덤화는 평문 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 평문 값이 1비트 단위로 입력될 때마다 스크램블러로 값을 변화하여 평문/라운드 입력값과 배타적 논리합(XOR, eXclusive OR)시키게 되며, 수신에서도 동일한 방법으로 적용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 전력분석공격에 취약함을 보인 AES-128 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공 할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 스크램블 적용 전의 AES 블록암호 개념도
도 2는 본 발명의 스크램블러 개념도
도 3은 본 발명의 스크램블 적용 후의 AES 블록암호 개념도
본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 AES 암호 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법에 있어서,
상기 AES(Adavanced Encryption Standard) 암호 알고리즘은 AES-128 알고리즘을 사용하는 것이며,
상기 AES 암호 알고리즘에는 스크램블러(scrambler)를 이용하는 것으로, 상기 스크램블러(scrambler)는 데이터 통신에서 모뎀 송출데이터의 랜덤화를 위하여 사용하는 것이며, 통신장비의 수신단에서는 디스크램블러(de-scrambler)로 역변환시킨 다음 데이터를 모뎀으로 입력시키게 되는 것이며,
상기 AES 암호 알고리즘에 적용할 수 있는 방어기술로, 랜덤화 방법을 사용하며, 상기 랜덤화 방법은 스크램블러와 디스크램블러를 활용하기에 회로가 단순하면서도 차분전력분석공격(DPA, Differential Power Analysis) 방어에 적용되는 것이며,
상기 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 키/서브키 랜덤화와, 평문/라운드 입력값 랜덤화를 적용하는 것이며,
상기 키/서브키 랜덤화는 키 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 키 값이 1비트 단위로 입력될 때마다, 스크램블러로 값을 변화하여 키스케줄 과정에 입력하게 되며, 수신에서도 동일하게 적용하는 것이며,
상기 평문/라운드 입력값 랜덤화는 평문 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 평문 값이 1비트 단위로 입력될 때마다 스크램블러로 값을 변화하여 평문/라운드 입력값과 배타적 논리합(XOR, eXclusive OR)시키게 되며, 수신에서도 동일한 방법으로 적용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 AES에 사용되는 키 길이는 128비트인 것을 특징으로 한다.
본 발명을 첨부 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 스크램블 적용 전의 AES 블록암호 개념도, 도 2는 본 발명의 스크램블러 개념도, 도 3은 본 발명의 스크램블 적용 후의 AES 블록암호 개념도이다.
본 발명에 대해 구체적으로 기술하면, 본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 AES 암호 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 것이다.
상기 AES(Adavanced Encryption Standard) 암호 알고리즘은 AES-128 알고리즘을 사용하는 것이다.
일반적으로, 상기 AES-128 알고리즘은 대칭키 블록 암호 방식으로 AddRoundKey, SubBytes, ShiftRows, MixColumns 함수로 구성되어 있으며, 평문이 입력되면 AddRoundKey 함수가 수행되고 SubBytes, ShiftRows, MixColumns, AddRoundKey 함수가 수행되고 SubBytes, ShiftRows, MixColumns, AddRoundKey 함수가 9번 반복 수행되고 9라운드 동작 후 ShiftRows, MixColumns, AddRoundKey 함수가 1라운드 동작하여 총 10라운드 동작하며, 연산에 사용되는 키는 키 스케줄(Key Schedule)를 통해 다음 평문 블록 시에 사용될 키를 생성하는 것이다.
상기 AES 암호 알고리즘에는 스크램블러(scrambler)를 이용하는 것으로, 상기 스크램블러(scrambler)는 데이터 통신에서 모뎀 송출 데이터의 “0” 연속시에 수신단에서 클럭 동기 복구가 어렵기에, 송출데이터의 랜덤화를 위하여 제안된 것이며, 통신장비의 수신단에서는 디스크램블러(de-scrambler)로 역변환시킨 다음 데이터를 모뎀으로 입력시키게 되는 것이다.
일반적인 전력분석공격 방어대책으로는 하드웨어 게이트 설계단계에서 방어논리를 삽입할 수도 있고, 암호 모듈(cryptographic module)의 구성 방법에 따라 별도의 하드웨어 논리나 소프트웨어 코딩을 추가할 수가 있다.
예를 들면, FPGA(Field Programmable Gate Array)를 통한 하드웨어기반 고속화 암호 모듈에서는 게이트어레이 논리로 방어할 수도 있고, 마이크로프로세서 모듈을 통한 펌웨어 암호모듈에서는 소프트웨어 코딩으로 방어 기술을 구현할 수 있게 된다.
일반적으로 암호 알고리즘에 따라서 전력분석공격을 별도로 설계할 필요가 있다.
그러므로, 본 발명에서는 상기 AES 암호 알고리즘에 적용할 수 있는 방어기술로, 도 2에 도시된 바와 같이, 랜덤화 방법을 사용하며, 상기 랜덤화 방법은 스크램블러와 디스크램블러를 활용하기에 회로가 단순하면서도 차분전력분석공격(DPA, Differential Power Analysis) 방어에 효과적으로 적용될 수 있다.
상기 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 키/서브키 랜덤화와, 평문/라운드 입력값 랜덤화를 적용하는 것이다.
상기 키/서브키 랜덤화는 키 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, AES에 사용되는 키 길이는 128비트이며, 키 값이 1비트 단위로 입력될 때마다, 스크램블러로 값을 변화하여 키스케줄 과정에 입력하게 되고, 128비트 키 길이일 때 AES 기본형 10라운드 기준으로 보면, 키 랜덤화는 11번의 128비트 스크램블이 적용될 수 있는 것이며, 수신에서도 동일하게 적용하는 것이다.
상기 평문/라운드 입력값 랜덤화는 평문 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, AES에 사용되는 평문의 길이는 무제한적이며, 평문 값이 1비트 단위로 입력될 때마다 스크램블러로 값을 변화하여 평문/라운드 입력값과 배타적 논리합(XOR, eXclusive OR)시키게 되는 것이며, 수신에서도 동일한 방법으로 적용하는 것이다.
그러므로 상기 키/서브키, 평문/라운드 입력값을 랜덤화 하게 되면 각 라운드 마다 랜덤화를 하기 때문에 전력분석공격이 어려워지게 된다.
따라서 본 발명 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 전력분석공격에 취약함을 보인 AES-128 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공 할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 AES 암호 알고리즘에 방어기술을 적용하여, 전력분석공격에 대한 안전성 제공하되, 연산결과의 차이가 없어 기존의 암호환경을 사용할 수 있는 특성을 가지며, 암호 알고리즘의 성능저하는 없으며 전력분석공격에 대한 안전성을 제공하는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법에 있어서,
    상기 AES(Adavanced Encryption Standard) 암호 알고리즘은 AES-128 알고리즘을 사용하는 것이며,
    상기 AES 암호 알고리즘에는 스크램블러(scrambler)를 이용하는 것으로, 상기 스크램블러(scrambler)는 데이터 통신에서 모뎀 송출데이터의 랜덤화를 위하여 사용하는 것이며, 통신장비의 수신단에서는 디스크램블러(de-scrambler)로 역변환시킨 다음 데이터를 모뎀으로 입력시키게 되는 것이며,
    상기 AES 암호 알고리즘에 적용할 수 있는 방어기술로, 랜덤화 방법을 사용하며, 상기 랜덤화 방법은 스크램블러와 디스크램블러를 활용하기에 회로가 단순하면서도 차분전력분석공격(DPA, Differential Power Analysis) 방어에 적용되는 것이며,
    상기 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법은 키/서브키 랜덤화와, 평문/라운드 입력값 랜덤화를 적용하는 것이며,
    상기 키/서브키 랜덤화는 키 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 키 값이 1비트 단위로 입력될 때마다, 스크램블러로 값을 변화하여 키스케줄 과정에 입력하게 되며, 수신에서도 동일하게 적용하는 것이며,
    상기 평문/라운드 입력값 랜덤화는 평문 값에 스크램블러를 적용하는 방법으로, 평문 값이 1비트 단위로 입력될 때마다 스크램블러로 값을 변화하여 평문/라운드 입력값과 배타적 논리합(XOR, eXclusive OR)시키게 되며, 수신에서도 동일한 방법으로 적용하는 것이며,
    상기 AES에 사용되는 키 길이는 128비트인 것을 특징으로 하는 스크램블러를 이용한 AES 암호 알고리즘에 대한 전력분석공격 방어기술 적용방법
  2. 삭제
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