비트 슬라이스 대합 S-박스에 의한 대칭 SPN 블록 암호

• 영문명: Symmetric SPN block cipher with Bit Slice involution S-box
• 발행기관: 한국전자통신학회
• 저자명: 조경연(Gyeong-yeon Cho) 송홍복(Hong-bok Song)
• 간행물 정보: 『한국전자통신학회 논문지』제6권 제2호, 171~179쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 전자/정보통신공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2011.04.30

국문 초록

블록 암호는 Feistel 구조와 SPN 구조로 나눌 수 있다. Feistel 구조는 암호 및 복호 알고리즘이 같은 구조이고, SPN 구조는 암호 및 복호 알고리즘이 다르다. SPN 구조에서의 암호 및 복호 라운드 함수는 키 합산층과 S-박스에 의하여 혼돈을 수행하는 치환층 및 확산층의 세 단계로 구성된다. AES, ARIA 등 많은 SPN 구조에서 8 비트 S-박스를 사용하므로 Square 공격, 부메랑 공격, 불능 차분 공격 등이 유효하다. 본 논문에서는 암호와 복호 과정이 동일한 SPN 구조 블록 암호 알고리즘을 제안한다. SPN 구조 전체를 짝수인 N 라운드로 구성하고 1 라운드부터 N/2 라운드까지는 정함수를 적용하고, (N/2)+1 라운드부터 N 라운드까지는 역함수를 적용한다. 또한 정함수단과 역함수단 사이에 대칭 블록을 구성하는 대칭단을 삽입한다. 대칭단은 간단한 비트슬라이스 대합 S-박스로 구성한다. 비트 슬라이스 대합 S-박스는 Square 공격, 부메랑 공격, 불능 차분 공격 등의 공격을 어렵게 한다. 본 논문에서 제안한 SPN 블록 암호는 제한적 하드웨어 및 소프트웨어 환경인 스마트카드와 전자 칩이 내장된 태그와 같은 RFID 환경에서 안전하고 효율적인 암호 시스템을 구성할 수 있다.

영문 초록

Feistel and SPN are the two main structures in a block cipher. Feistel is a symmetric structure which has the same structure in encryption and decryption, but SPN is not a symmetric structure. Encrypt round function and decrypt round function in SPN structure have three parts, round key addition and substitution layer with S-box for confusion and permutation layer for defusion. Most SPN structure for example ARIA and AES uses 8 bit S-Box at substitution layer, which is vulnerable to Square attack, Boomerang attack, Impossible differentials cryptanalysis etc. In this paper, we propose a SPN which has a symmetric structure in encryption and decryption. The whole operations of proposed algorithm are composed of the even numbers of N rounds where the first half of them, 1 to N/2 round, applies a right function and the last half of them, (N+1)/2 to N round, employs an inverse function. And a symmetry layer is located in between the right function layer and the inverse function layer. The symmetric layer is composed with a multiple simple bit slice involution S-Boxes. The bit slice involution S-Box symmetric layer increases difficult to attack cipher by Square attack, Boomerang attack, Impossible differentials cryptanalysis etc. The proposed symmetric SPN block cipher with bit slice involution S-Box is believed to construct a safe and efficient cipher in Smart Card and RFID environments where electronic chips are built in.

목차

I. 서 론

II. 정함수단

III. 대칭단 구조

IV. 역함수단

V. 대칭 AES의 성능 및 안전성

VI. 결 론

참고 문헌

키워드

AES SPN(Substitution Permutation Network) cipher symmetric layer bit-slice involution S-box