다양한 경량 암호 알고리즘들의 라운드 기반 구조와 시리얼 기반 구조 설계

Abstract

사물인터넷 산업의 발전에 따라 다양한 사물인터넷 기기들이 개발되어 우리의 생활 속에서 유용하게 사용되고 있다. 하지만, 사용자의 개인정보 등 민감한 데이터를 다루는 의료 기기 혹은 스마트 홈 기기는 공격자의 타겟이 되어 보안 사고가 발생할 수 있다. 보안 사고를 방지하기 위하여 사물인터넷 기기들의 통신에 대한 안전성을 보장하는 것이 중요한 요소로 대두되고 있다. 이를 위해 사물인터넷 기기에는 암호 알고리즘이 탑재되어 데이터의 기밀성을 보장해야 하지만, 기존의 블록 암호 알고리즘을 탑재하기에는 기기의 자원이 매우 한정적이다. 이러한 이유로 HIGHT, LED, Piccolo, SIMON, SPECK, SIMECK 암호 알고리즘과 같은 경량 암호 알고리즘이 제안 되었으며, 이에 본 논문에서는 이와 같은 경량 암호 알고리즘을 라운드 기반 구조와 시리얼 기반 구조로 나누어 하드웨어로 설계한 후 그 성능을 비교하였다. 공정한 성능 비교를 위하여 동일한 스탠다드 셀 라이브러리를 통해 ASIC으로 설계하여, 하드웨어 면적과 동작 속도 그리고 전력을 비교하였다. 본 논문에서 수행된 성능 비교 결과에 따르면 Piccolo 암호 알고리즘이 하드웨어 면적과 동작 속도 그리고 소비 전력에서 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 전체적으로 경량 암호 알고리즘의 라운드 기반 구조가 시리얼 기반 구조보다 상대적으로 많은 하드웨어 면적을 차지하지만, 높은 동작 속도를 가지고 있다. 반면에 경량 암호 알고리즘의 시리얼 기반 구조는 라운드 기반 구조보다 상대적으로 낮은 동작 속도를 갖지만, 하드웨어 면적과 소비 전력이 더 작다는 장점이 있다. 이에 따라 사물인터넷 기기에서 요구되는 하드웨어 요구사항과 사용 목적에 따라 적합한 설계 방법을 선택하여 사용하는 것이 바람직한 방법이라 할 수 있다.