AND 연산자 축적을 통한 경량 S-boxes 생성 방법 (How to Generate Lightweight S-Boxes by Using AND Gate Accumulation)

서지정보

· 발행기관 : 한국정보보호학회
· 수록지 정보 : 정보보호학회논문지 / 32권 / 3호 / 465 ~ 475페이지
· 저자명 : 전용진, 김종성

초록

코로나19의 영향으로 사람들은 편리함, 건강 등에 관심을 두게 되었고, 이를 도와주는 IoT 기기의 사용량은 늘어나고 있다. 리소스가 제한적이지만 민감한 정보를 다뤄야 하는 IoT 기기들에 경량 보안요소를 내장하기 위해서는 경량 S-box의 개발이 필수적이다. 2021년 이전까지 경량 4-bit S-box는 휴리스틱 방법으로 개발하고, 더 큰 크기의 경량 S-box는 확장구조 혹은 같은 연산을 반복하여 개발하는 것이 일반적이었다. 그러나 2022년 1월, MISTY 확장구조로 생성한 S-box보다 더 좋은 차분 균일성(Differential uniformity)과 선형성(Linearity)을 갖는 8-bit S-box를 찾을 수 있는 휴리스틱 알고리즘을 제안한 논문이 게재되었다[1]. 해당 논문에서 제안한 휴리스틱 알고리즘은 AND 연산자를 한 개씩 추가하면서 S-box를 생성하는데, AND 연산자를 추가할 때마다 차분 균일성을 계산하여 원하는 기준에 도달할 수 없는 S-box를 사전에 제거하는 방식을 사용한다. 본 논문에서는 이 휴리스틱 알고리즘의 성능을 향상한다. 차분 균일성뿐만 아니라 또 다른 차분성질을 사용하여 사전제거하는 양을 늘리고, 선형성을 계산하여 사전제거하는 프로세스를 추가함으로써 차분안전성뿐만 아니라 선형안전성까지도 동시에 만족할 수 있게 한다.

영어초록

Due to the impact of COVID-19, people are paying attention to convenience and health, and the use of IoT devices to help them is increasing. In order to embed a lightweight security element in IoT devices that need to handle sensitive information even with limited resources, the development of a lightweight S-box is essential. Until 2021, it was common to develop a lightweight 4-bit S-box by a heuristic method, and to develop an extended structure or repeat the same operation for a larger size lightweight S-box. However, in January 2022, a paper that proposed a heuristic algorithm to find an 8-bit S-box with better differential uniformity and linearity than the S-box generated with an MISTY extended structure, although non-bijective, was published [1]. The heuristic algorithm proposed in this paper generates an S-box by adding AND operations one by one. Whenever an AND operation is added, they use a method that pre-removes the S-box for which the calculated differential uniformity does not reach the desired criterion. In this paper, we improve the performance of this heuristic algorithm. By increasing the amount of pre-removal using not only differential uniformity but also other differential property, and adding a process of calculating linearity for pre-removing, it is possible to satisfy not only differential security but also linear security.

참고자료

· 없음