KR20210087353A - System and Method for encryption/decription and channel-coding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 송수신시스템에서 사용하는 암호화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an encryption method used in a transmission/reception system.
향상된 위성 네트워크가 사용자들에게 다양한 데이터를 제공함으로 인하여, 위성 채널에 암호화를 활용한 데이터 보안 성능을 얻는 것이 중요해지고 있다. 하지만, 애벌런치 효과에 의해서 암호화 기술이 무선채널에서 발생하는 비트 오류에 취약하기 때문에, 데이터 기밀성을 위한 더 강력한 암호화 기술이 요구된다. As improved satellite networks provide users with a variety of data, it is becoming important to obtain data security performance using encryption on satellite channels. However, since the encryption technology is vulnerable to bit errors occurring in the wireless channel due to the avalanche effect, a stronger encryption technology for data confidentiality is required.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 송수신 시스템에서 암호화와 채널 코딩을 동시에 수행함으로써 데이터 기밀성을 높이고, BER(bit error rate)과 처리 시간을 개선하고자 한다. In a preferred embodiment of the present invention, encryption and channel coding are simultaneously performed in a transmission/reception system to increase data confidentiality, and to improve bit error rate (BER) and processing time.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송신단에서 전송한 데이터를 수신단에서 수신하는 시스템에서, 송신단에서 상기 데이터에 대한 암호화 및 채널코딩을 수행하는 방법은 상기 송신단에서 상기 데이터를 암호화블록사이즈 단위로 분리하는 단계; 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터를 기초로 생성된 입력값 QM을 채널코딩부와 암호화부에 입력하는 단계;및 상기 입력값 QM을 기초로 상기 채널코딩부와 상기 암호화부에서 각각 터보 인코딩 및 AES암호화를 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, in a system for receiving data transmitted from a transmitting end at a receiving end, the method for performing encryption and channel coding on the data at the transmitting end includes separating the data into an encryption block size unit at the transmitting end step; inputting an input value Q M generated based on the data separated in units of the encryption block size to a channel coding unit and an encryption unit; And based on the input value Q M , the channel coding unit and the encryption unit perform turbo and performing encoding and AES encryption at the same time.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 터보 인코딩 및 상기 AES암호화는 CFB(cipher feedback)모드에서 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the turbo encoding and the AES encryption are performed simultaneously in a cipher feedback (CFB) mode.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 제 1 암호화키를 이용하여 상기 암호화부에 입력된 입력값 QM에 대해 상기 AES암호화를 수행하고, 제 2 암호화키를 이용하여 상기 채널코딩부에 입력된 입력값 QM에 대해 채널인코딩을 수행하는 것을 특징으로 한다. As a preferred embodiment of the present invention, the AES encryption is performed on the input value Q M input to the encryption unit using a first encryption key, and the input input to the channel coding unit is performed using a second encryption key. It is characterized in that channel encoding is performed on the value Q M .
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 입력값 QM은 현재 블록의 채널코딩부에 입력되고, 또한 시프트 레지스터를 통해 다음 블록의 암호화부에 동시에 입력되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 현재 블록은 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터들 중 M번째 데이터를 처리하고, 상기 다음 블록은 (M+1)번째 데이터를 처리하여 병렬연산을 수행한다.As a preferred embodiment of the present invention, the input value Q M is input to the channel coding unit of the current block and is simultaneously input to the encryption unit of the next block through a shift register. In this case, the current block processes M-th data among the data separated by the encryption block size unit, and the next block processes (M+1)-th data to perform parallel operation.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터 각각에 대해 상기 터보 인코딩 및 상기 AES암호화가 동시에 수행되며, 이 경우 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 각 데이터는 시프트레지스터를 이용하여 병렬적으로 처리되는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, the turbo encoding and the AES encryption are simultaneously performed on each of the data separated by the encryption block size unit. In this case, each data divided by the encryption block size unit uses a shift register. to be processed in parallel.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 채널상태정보에 따라 상기 암호화블록사이즈가 변경되는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, the encryption block size is changed according to the channel state information.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 채널코딩부는 채널상태정보에 따라 상기 터보 인코딩시 코드레이트를 변경하는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment of the present invention, the channel coding unit changes the code rate during turbo encoding according to the channel state information.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 상기 암호화부는 상기 암호화블록사이즈에 대응하는 비트를 선택하고, 선택되지 않은 나머지 비트는 쉬프트레지스터를 통해 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법. As a preferred embodiment of the present invention, the encryption unit selects a bit corresponding to the encryption block size, and the remaining bits that are not selected are moved through a shift register.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 송신단에서 전송한 데이터를 수신단에서 수신하는 시스템의 수신단에서 상기 데이터에 대한 복호화 및 채널디코딩을 수행하는 방법으로서, 상기 수신단에서 암호문을 수신하고, 수신한 암호문을 암호화블록사이즈 단위로 분리하는 단계; 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 암호문을 기초로 생성된 입력값 QM을 채널디코딩부와 복호화부에 입력하는 단계;및 상기 입력값 QM을 기초로 상기 채널코딩부와 상기 암호화부에서 각각 터보 디코딩 및 AES복호화를 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As another preferred embodiment of the present invention, as a method of performing decryption and channel decoding on the data at the receiving end of a system for receiving data transmitted from the transmitting end at the receiving end, the receiving end receives the ciphertext, and the received ciphertext separating into units of encryption block size; inputting an input value Q M generated based on the ciphertext separated in units of the encryption block size to a channel decoding unit and a decoding unit; And based on the input value Q M , the channel coding unit and the encryption unit each turbo and simultaneously performing decoding and AES decoding.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 송신부에서 전송한 데이터를 수신부에서 수신하는 시스템은 채널상태정보를 기초로 암호화블록사이즈를 결정하고, 결정된 암호화블록사이즈 단위로 상기 데이터를 분리하며, 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터를 기초로 생성된 입력값 을 채널인코딩부와 암호화부에 입력하여 각각 터보 인코딩 및 AES암호화를 동시에 수행하여 상기 데이터를 암호화한 전체 암호문을 생성하여 상기 수신단에 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 한다. As another preferred embodiment of the present invention, the system for receiving the data transmitted from the transmitter by the receiver determines the encryption block size based on the channel state information, separates the data by the determined encryption block size unit, and blocks the encryption block Input value generated based on data separated by size unit is input to the channel encoding unit and the encryption unit, respectively, performing turbo encoding and AES encryption at the same time to generate an entire ciphertext obtained by encrypting the data, and transmitting it to the receiving end.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 송신단에서 전송한 데이터를 수신단에서 수신하는 시스템은 상기 데이터를 암호화한 전체 암호문을 수신하여 채널상태정보를 기초로 결정된 암호화블록사이즈에 따라 상기 전체 암호문을 분리하며, 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 각각의 암호문을 기초로 생성된 입력값 을 채널디코딩부와 복호화부에 입력하여 각각 터보 디코딩 및 AES복호화를 동시에 수행하여 상기 전체 암호문을 전체 평문으로 복호화하는 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As another preferred embodiment of the present invention, the system for receiving the data transmitted from the transmitting end at the receiving end receives the entire ciphertext obtained by encrypting the data, and separates the entire ciphertext according to the encryption block size determined based on the channel state information. and an input value generated based on each cipher text separated by the encryption block size unit. is input to the channel decoding unit and the decoding unit to perform turbo decoding and AES decoding respectively, respectively, and a receiving unit for decoding the entire cipher text into the entire plain text.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 제시하는 CFB-AES-TURBO 방법은 시스템의 암호 블록 길이와 코드율을 채널 상태 정보에 맞게 조절하여 암호화 및 복호화를 수행함으로써, 처리 시간 이득과 10dB 코딩게인을 얻은 비트 오류율이 개선되는 효과가 있다. 또한, 배 높은 보안 성능을 얻고 적에게 모호성을 제공하는 효과가 있다. .The CFB-AES-TURBO method presented in a preferred embodiment of the present invention performs encryption and decryption by adjusting the cipher block length and code rate of the system according to the channel state information, thereby obtaining a processing time gain and a 10dB coding gain. It has the effect of improving the error rate. Also, It has the effect of gaining twice the security performance and providing ambiguity to the enemy. .
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템이 구현되는 위성네트워크의 일 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템의 내부 구성도를 도시한다.
도 3 내지 4 는 도 2에 도시된 송신단 그리고 수신단 각각에서 CFB-AES-TURBO 방식의 슈퍼-암호화 기법을 이용하는 일 예를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송신단에서 AES 암호화 및 터보 인코딩을 동시에 수행하는 흐름도를 도시한다. 1 shows an example of a satellite network in which a transmission/reception system is implemented as a preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an internal configuration of a transmission/reception system as a preferred embodiment of the present invention.
3 to 4 show an example of using the CFB-AES-TURBO super-encryption technique in each of the transmitting end and the receiving end shown in FIG. 2 .
5 is a flowchart for simultaneously performing AES encryption and turbo encoding at the transmitting end as a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail through the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood that the present invention includes all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments according to the technical spirit of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템이 구현되는 위성네트워크(100)의 일 예를 도시한다. 위성 네트워크는 비행기, 선박, 자동차, 모바일 장치, 브로드캐스팅 TV 및 오디오 등을 포함하는 다양한 단말기에서 이용되고 있다. 1 shows an example of a
위성 네트워크의 경우 지상파 네트워크에 비해 데이터 보안이 취약하고, 또한 레이턴시의 문제와 물리적 레이어 공격에 약하다는 문제점이 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 위성 네트워크에서도 데이터 보안을 강화시킬 수 있는 암호화 기법을 제안하고자 한다. In the case of a satellite network, data security is weaker than that of a terrestrial network, and there are also problems in latency and physical layer attacks. In a preferred embodiment of the present invention, an encryption technique capable of enhancing data security even in a satellite network is proposed.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 지상 기지국, PKG(publick key generator), 그리고 위성은 보안 링크를 위하여 암호화 키 교환을 위한 파라미터들을 교환한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 암호화 키는 도 3에 도시된 일 실시예에서 개시된 AES암호화에 이용되는 제 1 암호화키 K1과 터보인코딩에 이용되는 제 2 암호화키 K2를 이용할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, a terrestrial base station, a public key generator (PKG), and a satellite exchange parameters for encryption key exchange for a secure link. In a preferred embodiment of the present invention, the encryption key may use the first encryption key K1 used for AES encryption and the second encryption key K2 used for turbo encoding as disclosed in the embodiment shown in FIG. 3 .
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 위성과 수신단간에는 PKG에서 수신한 파라미터들과 함께 암호화키쌍(K1, K2) 간에 교환을 수행할 수 있다. 수신단은 게이트웨이, 기지국, 다른 위성, 에어크래프트 등을 포함한다. As a preferred embodiment of the present invention, an exchange between the encryption key pair (K1, K2) together with the parameters received from the PKG can be performed between the satellite and the receiving end. The receiving end includes a gateway, a base station, another satellite, an aircraft, and the like.
도 2 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템의 내부 구성도를 도시한다. 도 3 내지 4 는 도 2에 도시된 송신단 그리고 수신단 각각에서 CFB-AES-TURBO 방식의 슈퍼-암호화 기법을 이용하는 일 예를 도시한다. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of a transmission/reception system as a preferred embodiment of the present invention. 3 to 4 show an example of using the CFB-AES-TURBO super-encryption technique in each of the transmitting end and the receiving end shown in FIG. 2 .
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템(200)은 송신단(210, 220)과 수신단(230,240)을 포함한다. 그리고, 송신단(210, 220) 및 수신단(230, 240)은 CFB-AES-TURBO 방식의 슈퍼-암호화 기법을 이용함으로써 위성 네트워크에서도 데이터 보안을 강화시킬 수 있다. As a preferred embodiment of the present invention, the transmission/
이를 위해, 송신단(210, 220)은 도 3의 일 실시예와 같이 AES(Advanced Encryption Standard)암호화 및 터보인코딩을 동시에 수행한다(도 3, 315, 332). 이 경우 AES암호화는 CFB(cipher feedback) 모드에서 수행된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 송신단(210,220)은 물리계층에서 이루어지는 터보인코딩(도 3, 315)과 물리계층보다 상위계층에서 이루어지는 AES(도 3, 332)암호화를 동시에 수행할 수 있다. To this end, the
마찬가지로, 수신단(230,240)은 도 4 의 일 실시예와 같이 AES(Advanced Encryption Standard)복호화 및 터보디코딩을 동시에 수행한다. 이 경우 AES복호화는 CFB 모드에서 수행된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예로서, 수신단(230,240)은 물리계층에서 이루어지는 터보디코딩(도 4, 415)과 물리계층보다 상위계층에서 이루어지는 AES복호화(도 4, 422)를 동시에 수행할 수 있다.Similarly, the
여기서, AES는 블록 암호화 프로토콜의 일 종류이며, CFB는 블록 암호화 트로토콜에서 이용하는 여러 가지 동작 모드 중의 일 예이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 AES를 CFB 모드 하에서 구현함으로써 실시간 스트림 암호화가 가능하며, 비트 보호와 오류정정이 모두 가능한 이점이 있다. Here, AES is a type of block encryption protocol, and CFB is an example of various operation modes used in the block encryption protocol. In a preferred embodiment of the present invention, real-time stream encryption is possible by implementing AES under CFB mode, and both bit protection and error correction are possible.
이상에서 기술한 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템(200)과 CFB-AES-TURBO 방식의 슈퍼-암호화 기법은 위성네트워크에서만 구현되는 것이 아니며 다양한 방식의 네트워크에서도 구현이 가능함을 주의하여야 한다. As a preferred embodiment of the present invention described above, it should be noted that the super-encryption technique of the transmission/
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템(200)은 채널상태추정부(250), 코드레이트결정부(260) 및 암호화블록사이즈결정부(270)를 더 포함할 수 있다. As a preferred embodiment of the present invention, the transmission/
채널상태추정부(250)는 무선 채널의 채널상태정보(Channel State Information)를 생성한다. 채널상태정보는 날씨 정보, 무선채널의 잡음 레벨 정보, 데이터를 송수신하는 단말기의 개수, 분포 정보, QoS 정보 등을 포함한다. 본 발명의 또 다른 일 실시예에서, 채널상태추정부(250)는 송신단(210, 220) 또는 수신단(230,240)에 설치될 수 있으며, 송신단(210,220)의 채널 상태 정보를 이용하는 경우에는 CSIT(Channel State Information Transmitter)로 분류하고, 수신단(230,240)의 채널 상태 정보를 이용하는 경우에는 CSIR(Channel State Information Receiver)로 분류할 수 있다. The
채널상태추정부(250)는 소정의 시간 주기 또는 비주기적으로 데이터 통신이 이루어지고 있는 채널의 상태에 대한 정보를 측정하여 측정된 채널상태정보를 주기적 또는 비주기적으로 송신단의 채널코딩부와 암호화부(210), 그리고 수신단의 채널코딩부와 복호화부(240)로 전송할 수 있다. 이 때, 송신단 또는 수신단은 채널 상태 정보에 따라 무선 채널을 통해 데이터가 원활히 전송될 수 있는 지 여부를 판단할 수 있다.The
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송수신 시스템(200)은 송신단(230,240)에서 수신단(210,220)으로부터 과거의 채널들의 채널상태정보를 피드백 받도록 구현될 수 있다. 이 경우, 채널상태추정부(250)는 수신단(210,220) 피드백 받은 과거 채널들의 채널상태정보와 현재 채널에 대해 추정한 채널상태정보를 기초로 채널상태정보 CSI를 생성한다. As a preferred embodiment of the present invention, the transmission/
코드레이트결정부(260) 및 암호화블락사이즈결정부(270)는 채널상태추정부(250)에서 생성한 채널상태정보 CSI를 기초로 코드레이트와 암호화블락사이즈를 결정한다. The code rate determiner 260 and the encryption block size determiner 270 determine a code rate and an encryption block size based on the channel state information CSI generated by the channel
코드레이트는 데이터를 암호화할 때, 실제 정보 비트가 어느 정도 포함될 수 있는 지를 나타내는 비율을 나타낸다. 다시 말해, 실제 정보 비트 길이를 암호화된 데이터의 길이로 나눈 값을 의미한다. 코드율이 높을수록, 암호화된 심볼 당 운반가능한 평균 정보량이 높음을 의미할 수 있다.The code rate represents a ratio indicating how much actual information bits can be included when data is encrypted. In other words, it means a value obtained by dividing the actual information bit length by the length of the encrypted data. The higher the code rate, the higher the average amount of information that can be carried per encrypted symbol.
터보인코딩부(210) 및 터보디코딩부(240)는 각각 코드레이트에 기초하여 채널코딩을 수행할 수 있다. 이 경우 채널의 상태가 양호할수록 코드레이트가 증가되도록 코드레이트를 설정할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 송신단에서 AES 암호화와 터보인코딩이 동시에 수행되고, 수신단에서 AES복호화와 터보디코딩이 동시에 수행되므로 코드레이트가 1에 가까운 경우에도 데이터를 암호화하여 보안성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The
암호화블락사이즈(Encryption Block Size)는 전송하려는 데이터를 블록 단위로 구분하여 암호화하고 채널 코딩하기에 앞서, 각 블록의 길이를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 암호화블록의 길이가 길수록 하나의 블록을 통해 전송될 수 있는 실제 정보 데이터의 양이 증가될 수 있다. Encryption block size may be used to determine the length of each block prior to encryption and channel coding by dividing data to be transmitted in block units. As the length of the encryption block increases, the amount of actual information data that can be transmitted through one block may increase.
채널상태정보CSI에 기초하여 채널의 상태가 양호할수록 암호화블락사이즈는 길어지고, 채널의 상태가 악화될수록 암호화블락사이즈는 짧아진다. Based on the channel state information CSI, the better the channel state, the longer the encryption block size, and the worse the channel state, the shorter the encryption block size.
송신단(230, 240)에서는 수신단으로 전송하고자 하는 데이터를 암호화블록사이즈 단위로 분리한다. 또는 송신단(230,240)에서는 수신단으로 전송하고자 하는 평문데이터에서 암호화블락사이즈 (300a)만큼의 평문데이터를 선택하는 과정을 반복한다. 이 경우, 송신단에서 수신단으로 전송하고자 하는 평문데이터 중 선택된 (300a) 길이에 대응하는 평문데이터(131)를 제외한 나머지 데이터는 쉬프트레지스터(321)를 통해 다음 블록(320)에서 사용된다. The
이 과정에서, 암호화블락사이즈가 길어지면 송신단(230,240)에서 전송하고자 하는 데이터를 분리한 평문 블록 Plaintext1, Plaintext2, ...,Plaintextm(도 3, 313, 323,333)의 개수가 증가한다. 그 결과 송신단(230,240)에서 평문 블록 Plaintext1, Plaintext2, ...,Plaintextm(도 3, 313, 323,333) 각각을 암호화한 암호화문 블록 Ciphertext1,Ciphertext2,...,Ciphertextm(도 3, 316,326,336)의 개수가 증가한다. In this process, when the encryption block size becomes longer, the number of plaintext blocks Plaintext1, Plaintext2, ..., Plaintext m (FIGS. 3, 313, 323,333) in which data to be transmitted is separated by the transmitting end 230,240 increases. As a result, the plaintext block from the transmitter (230,240) Plaintext1, Plaintext2, ... , Plaintext m ( 3, 313, 323,333) encryption block obtained by encrypting the respective door Ciphertext1, Ciphertext2, ..., Ciphertext m ( Fig. 3, 316,326,336) the number of increases
반대로, 암호화블락사이즈가 짧아지면 송신단(230,240)에서 전송하고자 하는 데이터를 분리한 평문 블록(도 3, 313, 323,333)의 개수와 그에 대응하는 암호화문 블록(도 3, 316,326,336)의 개수가 감소한다. Conversely, when the encryption block size is shortened, the number of plaintext blocks (FIGS. 3, 313, 323,333) in which data to be transmitted by the transmitting end (230,240) is separated and the number of corresponding encrypted text blocks (FIGS. .
도 3 을 참고하여, 도 2에 도시된 송신단의 AES 암호화부 및 터보인코딩부(210)에서 AES 암호화 및 채널코딩을 동시에 수행하는 과정을 기술하면 다음과 같다. Referring to FIG. 3 , the process of simultaneously performing AES encryption and channel coding in the AES encryption unit and the
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송신단은 수신단으로 전송하고자 하는 데이터를 암호화블록사이즈 단위 (300a)로 분리한다. 암호화블록사이즈 (300a)는 채널상태정보CSI값에 따라 가변적인 값을 지닌다. 예를 들어, 수신단으로 전송하고자 하는 데이터를 M개로 분리한 경우, 송신단에서는 M개로 분할된 데이터 각각을 각 블록(310,320)에서 병렬로 처리하도록 구현할 수 있다. As a preferred embodiment of the present invention, the transmitting end transmits data to be transmitted to the receiving end in units of encryption block size. (300a).
M= 데이터 량/암호화블록사이즈 M = data amount/encryption block size
이 경우, M은 자연수이며, 송신단에서 수신단으로 전송하고자 하는 데이터랑 또는 암호화블록사이즈에 따라 가변적인 값을 지닌다. In this case, M is a natural number and has a variable value depending on the amount of data to be transmitted from the transmitting end to the receiving end or the size of the encryption block.
보다 상세히, 암호화블락사이즈 는 아래와 같이 결정될 수 있다. In more detail, encryption block size can be determined as follows.
이 경우, Nk는 암호화블락사이즈, Rk는 전송레이트, Pk는 언코디드(uncoded) BER, 그리고 W는 윈도우 사이즈를 나타낸다. Sreq는 최대값이 Smax인 보안 레벨을 나타낸다. Nmax는 AES암호화가 지원하는 128비트에서 최대한 허용하는 암호화블락사이즈를 나타낸다. In this case, N k represents an encryption block size, Rk represents a transmission rate, Pk represents an uncoded BER, and W represents a window size. Sreq represents a security level whose maximum value is Smax. Nmax represents the maximum allowable encryption block size in 128 bits supported by AES encryption.
이상을 고려할 때, 최적의 암호화블락사이즈는 아래와 같이 표시할 수 있으며, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 송신단 및 수신단에서는 최적의 암호화블락사이즈값을 암호화블락사이즈값으로 이용할 수 있다. In consideration of the above, the optimal encryption block size can be expressed as follows, and in a preferred embodiment of the present invention, the transmitting end and the receiving end can use the optimal encryption block size value as the encryption block size value.
이 경우, L은 윈도우 사이즈를 나타내며, 몇 개의 채널 상태 정보를 이용할 것인지를 나타낸다. 예를 들어, L=10인 경우 9개의 과저채널상태정보를 이용하고, 1개는 현재채널의 채널상태정보를 추정한 추정치 Pk를 이용할 수 있다. In this case, L indicates the window size and indicates how many channel state information is to be used. For example, when L=10, nine pieces of over- and under-channel state information may be used, and one may use an estimate Pk obtained by estimating channel state information of the current channel.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 분할된 데이터 각각을 병렬로 처리하기 위하여 쉬프트레지스터(321)를 더 포함할 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, a
도 3 을 참고하면, M개로 분리된 첫번째 데이터 Plaintext1(313)은 제 1 블록(310)에서 처리하고, 두번째 데이터 Plaintext2(323)는 제 2 블록(320)에서 처리하도록 구현될 수 있다. 송신단의 제 1 블록(310)에서는 Plaintext1을 Ciphertext1(316)로 암호화 하고, 제 2 블록(320)에서는 Plaintext2(323)를 Ciphertext1(326)로 암호화는 방식으로, 총 M개의 암호문 Ciphertext를 생성한다. Referring to FIG. 3 , the
도 3 을 다시 참고하면, 송신단에서는 초기값 IV(311)와 제 1 암호화키 K1(312a)를 이용하여 AES 암호화(312)를 수행한 결과와 Plaintext1(313)를 XOR 연산을 수행한다. 이 경우, AES 암호화 과정에서 128비트의 데이터 중 암호화블락사이즈 에 대응하는 비트와 Plaintext1(313)과 XOR연산이 이루어진다. Plaintext1(313)은 암호화블락사이즈 단위로 분할된 데이터를 나타낸다. 그리고, 선택되지 않은 나머지 비트는 쉬프트레지스터를 통해 다음 블록(320)으로 이동될 수 있다. Referring again to FIG. 3 , the transmitter performs an XOR operation on the result of performing
제 1 블록(310)의 XOR연산값 (314)은 제1 블록(310)의 채널코딩부(315)와 제 2 블록(320)의 암호화부(322)에 동시에 입력된다. XOR operation value of the
이 후, 제 1 블록(310)의 채널코딩부(315)에 입력된 은 제 2 암호화키 K2를 이용하여 채널인코딩되고, 동시에 제 2 블록(320)의 암호화부(322)에 입력된 은 제 1 암호화키 K1(322a)을 이용하여 AES암호화가 수행된다. Thereafter, the input to the
마찬가지 방식으로, m개의 블록에서는 아래의 방식으로 평문 Plaintext1(313), Plaintext2(323),...Plaintextm(333)에 대해 각각 암호문 Ciphertext1(316), Ciphertext2(326),..., Ciphertextm(336)를 생성한다. 송신단에서는 생성된 Ciphertext1(316), Ciphertext2(326),..., Ciphertextm(336)를 하나로 병합하여 수신단으로 전송한다. 이로써, 송신단은 수신단으로 전송하고자 하는 데이터에 대한 전체 암호문을 생성할 수 있다.Similarly, in m blocks, ciphertexts Ciphertext1(316), Ciphertext2(326),..., Ciphertext for plaintext Plaintext1(313), Plaintext2(323),...Plaintext m(333) in the following manner, respectively produces m (336). The transmitter merges the generated Ciphertext1(316), Ciphertext2(326),..., Ciphertext m (336) into one and transmits it to the receiver. Accordingly, the transmitting end can generate the entire cipher text for the data to be transmitted to the receiving end.
이 경우, 은 AES암호화 및 터보인코딩 과정의 m 번째 쉬프트레지스터의 입력값을 나타내고, 는 m 번째 XOR연산 수행값을 나타낸다. E[K1,]에서 E[]는 제 1 암호화키 K1을 이용하여 암호화한 결과값을 나타낸다. LSB 는 Least Significant Bit의 약자이고, MSB는 Most Significant Bit의 약자를 각각 나타낸다. in this case, represents the input value of the m-th shift register of the AES encryption and turbo encoding process, represents the value of the m-th XOR operation. E[K1, ], E[] represents the result of encryption using the first encryption key K1. LSB stands for Least Significant Bit, and MSB stands for Most Significant Bit.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 수신단에서 AES복호화 및 터보디코딩이 이루어지는 과정을 도시하며, 도 3의 송신단에서 이루어지는 과정과 실질적으로 유사하다. FIG. 4 shows a process in which AES decoding and turbo decoding are performed at the receiving end as a preferred embodiment of the present invention, and is substantially similar to the process performed at the transmitting end of FIG. 3 .
수신단에서는 m개의 블록(410, 420)에서는 아래의 방식으로 m개의 암호문에 대해 아래의 방식으로 m개의 평문을 생성한다. 수신단에서는 생성된 m개의 평문을 하나로 병합하여, 전체 암호문에 대한 전체 평문을 생성할 수 있다.The receiving end generates m plaintexts for m ciphertexts in the following manner in the m blocks 410 and 420 in the following manner. The receiving end may merge the m generated plaintexts into one to generate the entire plaintext for the entire ciphertext.
이 경우, 은 AES복호화 및 터보디코딩 과정의 m 번째 쉬프트레지스터의 입력값을 나타내고, 는 m 번째 터보디코딩의 결과값(415)을 나타낸다. 수신단에서는 암호키 교환 과정을 통해 암호화 키쌍(K1, K2)를 획득할 수 있다. 수신단에서도 AES복호화와 터보디코딩은 동시에 이루어진다. 즉, 송신단에서 이루어지는 AES암호화 및 터보인코딩 과정을 역으로 수행한다. in this case, represents the input value of the m-th shift register of the AES decoding and turbo decoding process, denotes a
도 5 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 송신단에서 AES 암호화 및 터보 인코딩을 동시에 수행하는 흐름도를 도시한다. 5 is a flowchart for simultaneously performing AES encryption and turbo encoding at the transmitting end as a preferred embodiment of the present invention.
송신단에서 수신단으로 전송하고자 하는 데이터를 채널상태정보에 기초하여 암호화블록사이즈 단위로 분리한다(S510). 채널상태정보가 양호한 경우에는 암호화블록사이즈가 커지고, 채널상태정보가 좋지 않은 경우에는 암호화블록사이즈가 작아진다. 채널상태정보는 기설정된 기준을 이용할 수 있으며, 예를 들어 맑은 날은 비가 오는 날에 비해 채널상태정보가 양호한 것으로 기준을 설정할 수 있다. The data to be transmitted from the transmitting end to the receiving end is divided into units of encryption block size based on the channel state information (S510). When the channel state information is good, the encryption block size becomes large, and when the channel state information is bad, the encryption block size decreases. For the channel state information, a preset standard may be used, and for example, the standard may be set as having better channel state information than on a rainy day on a sunny day.
암호화블록사이즈 단위로 분리된 각 데이터를 기초로 생성된 각 입력값 , ,...,을 기초로 터보 인코딩 및 AES암호화를 동시에 수행한다(S520).Each input value generated based on each data separated by the encryption block size unit , ,..., Turbo encoding and AES encryption are simultaneously performed on the basis of (S520).
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You can understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (15)
상기 송신단에서 상기 데이터를 암호화블록사이즈 단위로 분리하는 단계;
상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터를 기초로 생성된 입력값 QM을 채널코딩부와 암호화부에 입력하는 단계;및
상기 입력값 QM을 기초로 상기 채널코딩부와 상기 암호화부에서 각각 터보 인코딩 및 AES암호화를 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. A method of performing encryption and channel coding on the data at a transmitting end in a system for receiving data transmitted from a transmitting end at a receiving end, the method comprising:
separating the data into encryption block size units at the transmitting end;
inputting an input value Q M generated based on the data separated into the encryption block size unit into a channel coding unit and an encryption unit; and
and simultaneously performing turbo encoding and AES encryption in the channel coding unit and the encryption unit, respectively, based on the input value Q M .
제 1 암호화키를 이용하여 상기 암호화부에 입력된 입력값 QM에 대해 상기 AES암호화를 수행하고, 제 2 암호화키를 이용하여 상기 채널코딩부에 입력된 입력값 QM에 대해 채널인코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
AES encryption is performed on the input value Q M input to the encryption unit using a first encryption key, and channel encoding is performed on the input value Q M input to the channel encoding unit using a second encryption key. A method characterized in that
상기 입력값 QM은 현재 블록의 채널코딩부에 입력되고, 또한 시프트 레지스터를 통해 다음 블록의 암호화부에 동시에 입력되는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1,
The input value Q M is input to the channel coding unit of the current block, and is also simultaneously input to the encryption unit of the next block through a shift register.
상기 현재 블록은 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터들 중 M번째 데이터를 처리하고, 상기 다음 블록은 (M+1)번째 데이터를 처리하여 병렬연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method of claim 4,
The current block processes M-th data among the data separated by the encryption block size unit, and the next block processes (M+1)-th data to perform parallel operation.
상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터 각각에 대해 상기 터보 인코딩 및 상기 AES암호화가 동시에 수행되며, 이 경우 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 각 데이터는 시프트레지스터를 이용하여 병렬적으로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The turbo encoding and the AES encryption are simultaneously performed on each of the data separated by the encryption block size unit, and in this case, each data divided by the encryption block size unit is processed in parallel using a shift register. How to.
채널상태정보에 따라 상기 암호화블록사이즈가 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
A method characterized in that the encryption block size is changed according to the channel state information.
채널상태정보에 따라 상기 터보 인코딩시 코드레이트를 변경하는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the channel coding unit
A method characterized in that the code rate is changed during the turbo encoding according to the channel state information.
상기 암호화블록사이즈에 대응하는 비트를 선택하고, 선택되지 않은 나머지 비트는 쉬프트레지스터를 통해 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1, wherein the encryption unit
A method of selecting a bit corresponding to the encryption block size, and moving the remaining bits that are not selected through a shift register.
상기 수신단에서 암호문을 수신하고, 수신한 암호문을 암호화블록사이즈 단위로 분리하는 단계;
상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 암호문을 기초로 생성된 입력값 QM을 채널디코딩부와 복호화부에 입력하는 단계;및
상기 입력값 QM을 기초로 상기 채널코딩부와 상기 암호화부에서 각각 터보 디코딩 및 AES복호화를 동시에 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. A method of performing decoding and channel decoding on the data at a receiving end of a system for receiving data transmitted from a transmitting end at a receiving end, the method comprising:
receiving the cipher text at the receiving end, and separating the received cipher text into an encryption block size unit;
inputting an input value Q M generated based on the cipher text separated by the encryption block size unit to a channel decoding unit and a decoding unit; and
and performing turbo decoding and AES decoding by the channel coding unit and the encryption unit at the same time, respectively, based on the input value Q M .
채널상태정보를 기초로 암호화블록사이즈를 결정하고, 결정된 암호화블록사이즈 단위로 상기 데이터를 분리하며, 암호화블록사이즈 단위로 분리된 데이터를 기초로 생성된 입력값 을 채널인코딩부와 암호화부에 입력하여 각각 터보 인코딩 및 AES암호화를 동시에 수행하여 상기 데이터를 암호화한 전체 암호문을 생성하여 상기 수신단에 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.A system for receiving data transmitted from a transmitter by a receiver,
An input value generated based on determining the encryption block size based on the channel state information, separating the data by the determined unit of the encryption block size, and dividing the data by the unit of the encryption block size is input to the channel encoding unit and the encryption unit, respectively, performing turbo encoding and AES encryption at the same time to generate an entire cipher text obtained by encrypting the data, and a transmitting unit for transmitting the generated cipher text to the receiving end.
상기 터보인코딩은 물리계층에서 수행되고, 상기 AES암호화는 상기 물리계층보다 상위계층에서 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템.13. The method of claim 12,
The turbo encoding is performed in a physical layer, and the AES encryption is performed in a higher layer than the physical layer.
상기 데이터를 암호화한 전체 암호문을 수신하여 채널상태정보를 기초로 결정된 암호화블록사이즈에 따라 상기 전체 암호문을 분리하며, 상기 암호화블록사이즈 단위로 분리된 각각의 암호문을 기초로 생성된 입력값 을 채널디코딩부와 복호화부에 입력하여 각각 터보 디코딩 및 AES복호화를 동시에 수행하여 상기 전체 암호문을 전체 평문으로 복호화하는 수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.A system for receiving data transmitted from a transmitting end at a receiving end,
Receives the entire ciphertext obtained by encrypting the data, separates the entire ciphertext according to the encryption block size determined based on the channel state information, and an input value generated based on each ciphertext separated by the encryption block size unit is input to the channel decoding unit and the decoding unit to perform turbo decoding and AES decoding respectively, respectively, and a receiving unit for decoding the entire ciphertext into the entire plaintext.
상기 터보디코딩은 물리계층에서 수행되고, 상기 AES복호화는 상기 물리계층보다 상위계층에서 수행되는 것을 특징으로 하는 시스템.15. The method of claim 14,
The system according to claim 1, wherein the turbo decoding is performed in a physical layer, and the AES decoding is performed in a layer higher than the physical layer.
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