KR20100062796A

KR20100062796A - 부채널 검증 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20100062796A
Application number: KR1020090023137A
Authority: KR
Inventors: 최용제; 최두호; 조현숙
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-06-10
Also published as: KR101029539B1

Abstract

본 발명은 부채널 검증 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

부채널 검증 장치는 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작을 제어하는 MCU, 하드웨어로 구현된 암호 프로그램의 1차 동작 검증을 수행하는 FPGA, 그리고 MCU 내지 FPGA에 전원을 공급하여 MCU 내지 FPGA을 동작시키거나, 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정하여 측정한 소비전력을 토대로 부채널 분석을 수행하는 전원분리 모듈을 포함한다.

이로써 본 발명은 하드웨어나 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 구동 시 소비 전력을 쉽게 측정할 수 있으며, 이를 통해 부채널 검증을 용이하게 할 수 있다.

부채널 공격, 암호, 하드웨어, 소프트웨어

Description

부채널 검증 방법 및 그 장치{Method and device of testing side-channel}

본 발명은 부채널 검증 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 하드웨어(hardware, H/W) 내지 소프트웨어(software, S/W)로 구현된 암호 모듈의 부채널을 검증하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-088-04, 과제명: 안전한 RFID/USN을 위한 정보보호 기술 개발].

정보화 사회의 도래와 함께, 암호 알고리즘 및 암호 프로토콜을 이용한 정보의 보호는 그 중요성을 더해가고 있다. 부채널 공격(Side Channel Attack)은 암호 알고리즘에 대한 강력한 공격 기법 중의 하나이다. 때문에, 부채널 공격 기술은 점차 보안 제품에 대한 커다란 위협 요소가 되고 있다.

부채널 공격 기술은 통신상의 실행시간, 전력 소비, 전자기파 방사 등의 물리적 특성을 측정하며, 내부 암호 키에 관련된 정보를 부채널에서 얻는 것이다.

따라서, 부채널 공격에 대한 분석은 하드웨어(hardware, H/W)나 소프트웨어(software, S/W)로 구현된 암호 알고리즘 구동 시 소비전력을 측정하는 것으로 수행되고 있다. 한편, 하드웨어나 소프트웨어로 구현된 암호 알고리즘의 구동 시 소비전력을 측정하는 것이 쉽지 않다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하드웨어나 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 구동 시 소비 전력을 쉽게 측정할 수 있는 부채널 검증 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 부채널 검증 장치는

소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작을 제어하는 MCU(Micro control unit), 하드웨어로 구현된 암호 프로그램의 1차 동작 검증을 수행하는 FPGA(field programmable gate array), 그리고 상기 MCU 내지 상기 FPGA에 전원을 공급하여 상기 MCU 내지 상기 FPGA을 동작시키거나, 상기 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정하여 측정한 소비전력을 토대로 부채널 분석을 수행하는 복수개의 전원분리 모듈을 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 전원분리 모듈을 포함하는 장치가 부채널을 검증하는 방법은

상기 장치에서 하드웨어 내지 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작이 수행되는 경우, 상기 전원분리 모듈에서 전류값의 변화를 감지하는 단계, 감지한 상기 전류값의 변화로 인하여 상기 전원분리 모듈이 포함하는 저항 사이의 전압이 가변하는 단계, 상기 저항 사이의 가변하는 전압값을 측정하는 단계, 그리고 측정한 전압값 변화를 토대로 부채널 분석을 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 하드웨어나 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램에 대한 부채널 검증을 용이하게 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 보안 관련 암호 프로그램의 부채널 검증을 수행할 수 있으며, 이를 통해 안전한 보안 제품 개발을 수행할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 방법 및 그 장치에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 장치는 호스트 PC(도시하지 않음)와 연동하며, 호스트 PC는 하드웨어(H/W) 내지 소프트웨어(S/W)로 구현된 암호 모듈일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 장치는 호스트 PC 에서 암호 하드웨어 및 암호 소프트웨어를 구동하는 경우에 해당하는 부채널을 검증하는 장치이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 부채널 검증 장치는 전원 모듈(100), 복수개의 전원분리 모듈(200), 통신 모듈(300), MCU(Micro control unit)(400), 제1 신호 모듈(510), 현장 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, 이하 "FPGA"라고 함)(600), 제2 신호 모듈(520), EEPROM(700), 보안 모듈(800), 변환 모듈(900) 및 출력 모듈(1000)을 포함한다.

전원 모듈(100)은 전원을 공급하는 전원선을 이용하여 부채널 검증 장치 내의 각 모듈로 전원을 공급한다.

복수개의 전원분리 모듈(200) 각각은 전원 모듈(100)과 하나의 모듈(MCU(400), FPGA(600), 보안 모듈(800) 중 하나) 사이에 연결되어 있다.

복수개의 전원분리 모듈(200) 각각은 전원 모듈(100)로부터 해당하는 전원선 을 통해 전원을 공급받아, MCU(400), FPGA(600), 보안 모듈(800) 중 자신과 연결된 하나의 모듈로 전원을 공급하여 모듈을 동작시키거나 호스트 PC(도시하지 않음)에서 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정한다.

본 발명의 실시예에 따른 전원분리 모듈(200)은 소프트웨어 내지 하드웨어로 구현된 암호 프로그램의 구동시 측정한 소비전력을 토대로 부채널 분석을 수행한다.

통신 모듈(300)은 호스트 PC와 연동하며, 암호 프로그램 동작 시 키 값, 평문, 암호문 등을 호스트 PC로부터 전달받는다. 여기서, 키 값과 평문은 MCU(400), FPGA(600) 또는 보안 모듈(800)에서 암호 프로그램의 동작을 위해 필요하며, 암호 프로그램의 동작 후 출력되는 암호문은 부채널 분석시 필요하다.

MCU(400)는 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작을 제어한다.

제1 신호 모듈(510)은 MCU(400)에서 암호 프로그램의 동작을 제어하고 전원분리 모듈(200)에서 소비전력 측정을 하는 경우 트리거 신호를 출력한다. 여기서, 트리거 신호는 암호 프로그램의 동작의 시작 시점을 알기 위해 사용되며, 이를 오실로스코프 파형 측정 시 트리거 신호로 사용한다. 오실로스코프의 트리거 신호는 신호 샘플링 시점을 판단하기 위해 사용한다.

본 발명의 실시예에 따른 트리거 신호는 부채널 분석용 신호 검출시 보다 정확한 분석 지점을 추출하기 위한 것으로 신호 및 동작 확인을 위한 소자로 구성된다.

또한, 제1 신호 모듈(510)에서의 트리거 신호의 출력은 임의의 포트로 신호 를 출력하여, 출력된 트리거 신호를 오실로스코프에서 사용한다. 일반적으로 동작을 확인하기 위해서 LED와 같은 소자를 연결하여 이용한다.

FPGA(600)는 하드웨어(H/W)로 구현된 암호 프로그램에 대한 1차 동작 검증 및 부채널 신호를 추출한다. 여기서, FPGA(600)는 구현된 암호 프로그램의 키와 평문, 기타 입력값은 MCU(400)를 통해 통신 모듈(300)로부터 전달받는다. 또한, EEPROM(700)에 전원이 인가되면, FPGA(600)는 EEPROM(700)의 저장된 데이터를 이용하여 하드웨어를 재구성한다.

본 발명의 실시예에 따른 MCU(400)와 FPGA(600)은 직렬 인터페이스 내지 병렬 인터페이스로 통신한다.

제2 신호 모듈(520)은 FPGA(600)에서 암호 프로그램에 대한 1차 동작 검증을 하고 FPGA 신호를 측정하는 경우 트리거 신호를 출력한다. 여기서, 트리거 신호는 암호 프로그램의 동작의 시작 시점을 알기 위해 사용되며, 이를 오실로스코프 파형 측정 시 트리거 신호로 사용한다. 오실로스코프의 트리거 신호는 신호 샘플링 시점을 판단하기 위해 사용한다.

EEPROM(700)은 FPGA(600)로부터 FPGA 신호에 해당하는 데이터를 전달받아 저장한다. 여기서 데이터는 FPGA(600) 내에 구현되는 하드웨어 로직을 구성하는 정보를 포함한다.

보안 모듈(800)은 보안 칩을 포함하고 있으며, 보안 칩의 테스트를 수행한다.

변환 모듈(900)은 보안 모듈(800)의 신호 레벨을 MCU(400)의 신호 레벨에 대 응하게 변환한다.

출력 모듈(1000)은 호스트 PC 없이 부채널 검증 장치 독자적으로 동작 시 부채널 검증 동작을 확인하여, 상기 부채널 검증 장치의 상태와 부채널 검증 결과를 출력한다. 또한, 출력 모듈(1000)은 출력을 위한 LCD 모듈을 포함할 수 있다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 전원분리 모듈(200) 중 하나의 전원분리 모듈의 구조를 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원분리 모듈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 하나의 전원분리 모듈(200)은 전원 모듈(100)로부터 전원을 공급받아, MCU(400), FPGA(600) 및 보안 모듈(800) 중 자신과 연결된 하나의 모듈로 전원을 공급한다. 이때, 전원을 공급하여 모듈을 동작시키거나 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정한다.

도 2를 참고하면, 전원분리 모듈(200)은 제1 전원(VDD)(210) 및 제2 전원(GND)(220)과 각각의 전원에 해당하는 스위치(S) 및 저항(R)을 포함한다.

제1 전원(VDD)(210)과 제2 전원(GND)(220) 사이에는 스위치(S)와 저항(R)이 병렬로 배치되어 있다. 스위치(S)가 온(on)인 경우 MCU(400), FPGA(600)이 정상적으로 동작하며, 스위치(S)가 오프(off)인 경우에는 저항(R)을 통한 회로로 동작한다. 여기서, 저항(R)은 가변저항이며, 저항값을 변화할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 분석은 저항을 이용한 전압 변화를 토대로 수행한다.

구체적으로, MCU(400)에서 암호 프로그램의 동작이 제어될 때, 전원분리 모 듈(200)에서 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정하는 경우를 예를 들어 설명한다.

복수개의 전원분리 모듈(200) 중 두 개의 전원분리 모듈(200)은 스위치(S)를 온하여 FPGA(600) 및 보안 모듈(800)에 각각 연결한다. 반면에, 하나의 전원분리 모듈(200)에서는 스위치(S)를 오프하여 MCU(400)를 저항(R)쪽으로 연결하고, MCU(400) 동작 시 저항 사이의 가변하는 전압을 측정한다. 이때, 전압이 가변하는 이유는 MCU(400)에서 임의의 동작이 수행되는 경우 흐르는 전류값에 변화가 발생하기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 장치는 전원분리 모듈(200)에서 측정한 전압 변화 즉, 소비전력을 토대로 부채널 분석을 수행한다.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참고하면, 전원 모듈(100)은 부채널 검증 장치 내의 각 모듈로 전원을 공급한다(S301).

전원분리 모듈(200)은 전원 모듈(100)로부터 전원을 공급받아, 자신에게 해당하는 모듈로 전원을 공급하여 모듈을 동작시킨다. 여기서, 전원분리 모듈(200)은 전원 모듈(100)과 MCU(400), FPGA(600), 보안 모듈(800) 사이에 각각 하나씩 존재한다.

본 발명의 실시예에 따른 전원분리 모듈(200)은 제1 전원(VDD)(210) 및 제2 전원(GND)(220)과 각각의 전원에 해당하는 스위치(S) 및 저항(R)을 포함한다.

전원분리 모듈(200)은 자신이 포함하는 스위치(S)의 온(on)/ 오프(off)를 결정한다(S302).

스위치(S)가 온인 경우, 전원분리 모듈(200)은 해당하는 모듈과 정상적으로 연결되며, 공급받은 전원을 해당하는 모듈로 공급한다. 해당하는 모듈은 공급받은 전원을 토대로 정상적으로 동작한다(S303).

반면에 스위치(S)가 오프인 경우, 전원분리 모듈(200)은 저항(R)을 이용하는 회로로 동작한다(S304). 여기서, 하드웨어 내지 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작이 수행되는 경우 전원분리 모듈(200)에서는 흐르는 전류값에 변화가 발생한다(S304).

전원분리 모듈(200)은 전류값에 변화의 발생으로 인하여 저항 사이의 전압이 가변하게 되므로, 가변하는 전압값을 측정한다(S305).

다음, 전원분리 모듈(200)은 측정한 전압 변화인 소비 전력을 토대로 부채널 분석을 수행한다(S306).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 부채널 검증 방법은 하드웨어나 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 구동 시 소비 전력을 쉽게 측정할 수 있으며, 이를 통해 부채널 검증을 용이하게 할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작을 제어하는 MCU(Micro control unit),

하드웨어로 구현된 암호 프로그램의 1차 동작 검증을 수행하는 FPGA(field programmable gate array), 그리고

상기 MCU 내지 상기 FPGA에 전원을 공급하여 상기 MCU 내지 상기 FPGA을 동작시키거나, 상기 암호 프로그램의 구동 시 소비전력을 측정하여 측정한 소비전력을 토대로 부채널 분석을 수행하는 복수개의 전원분리 모듈

을 포함하는 부채널 검증 장치.
제1항에 있어서,

상기 MCU 및 상기 FPGA로 전원을 공급하는 전원 모듈

을 더 포함하는 부채널 검증 장치.
제2항에 있어서,

상기 복수개의 전원분리 모듈 각각은

제1 전원과 제2 전원, 각 전원에 해당하는 스위치 및 저항을 포함하고,

상기 스위치가 오프인 경우 상기 저항 사이의 가변하는 전압을 측정하여, 측정한 전압 변화를 상기 소비전력으로 하는 부채널 검증 장치.
제3항에 있어서,

상기 스위치가 온인 경우 상기 MCU 내지 상기 FPGA와 정상적으로 연결하여, 상기 MCU 내지 상기 FPGA로 상기 전원 모듈로부터 전달받은 전원을 공급하는 부채널 검증 장치.
제2항에 있어서,

상기 복수개의 전원분리 모듈 각각은

상기 전원 모듈과 상기 MCU 사이와 상기 전원 모듈과 상기 FPGA 사이에 위치하는 부채널 검증 장치.
전원분리 모듈을 포함하는 장치가 부채널을 검증하는 방법에 있어서,

상기 장치에서 하드웨어 내지 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작이 수행되는 경우, 상기 전원분리 모듈에서 전류값의 변화를 감지하는 단계,

감지한 상기 전류값의 변화로 인하여 상기 전원분리 모듈이 포함하는 저항 사이의 전압이 가변하는 단계,

상기 저항 사이의 가변하는 전압값을 측정하는 단계, 그리고

측정한 전압값 변화를 토대로 부채널 분석을 수행하는 단계

를 포함하는 부채널 검증 방법.
제6항에 있어서,

상기 측정한 전압값 변화는 상기 암호 프로그램의 구동 시의 소비전력인 것을 특징으로 하는 부채널 검증 방법.
제6항에 있어서,

상기 저항은 가변저항인 것을 특징으로 하는 부채널 검증 방법.
제6항에 있어서,

상기 소프트웨어로 구현된 암호 프로그램의 동작을 제어하는 단계, 그리고

상기 하드웨어로 구현된 암호 프로그램의 1차 동작 검증을 수행하는 단계

를 더 포함하는 부채널 검증 방법.