8비트 마이크로컨트롤러 유닛 상에서 Rainbow 최적화 구현 및 분석

Abstract

본 논문에 이차식 기반 서명인 Rainbow를 8비트 MCU(Microcontroller Unit)에 적용하기 위해 최적화 하는 방안을 검토하고 구현한다. 양자 컴퓨터가 개발되면서 기존의 암호 알고리즘 특히, 서명 기법의 보안성을 위협함에 따라 IoT 기기에도 양자내성을 갖춘 서명 기법을 적용해야할 필요성이 있다. 현재 제안된 양자내성암호는 격자 기반, 해쉬 기반, 코드 기반 그리고 다변수 이차식 기반 암호 알고리즘 및 서명 기법들이 있는데, 특히 다변수 이차식 서명기법은 기존의 서명 기법과 비교해 속도가 빨라 IoT 기기에 적합하다. 그러나 키의 길이가 크고 연산이 많아 IoT 기기 중 메모리와 성능에 큰 제약이 있는 8비트 MCU에는 기존의 구조 그대로 구현하기 어려워 이에 적합한 최적화가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 다변수 이차식 서명 기법인 Rainbow를 8비트 MCU에 키를 나누어 저장하는 방안과 연산방식을 최적화하여 메모리 소모가 적고 연산 속도가 빠르게 알고리즘을 개선하고, 구현해본 후 각 최적화 방식에 따른 성능을 비교한다.

In this paper, we propose and implement a method to optimize Rainbow for 8 bit MCU(Microcontroller Unit). As quantum computers have been developed, the security of existing cryptography, especially the signature algorithms, has been threatened, so it is necessary to apply a signature scheme with a quantum-resistance to IoT devices. Currently, the proposed PQC(Post Quantum Cryptography) are lattice-based, hash-based, code-based, and MQ(Multivariate Quadratic)-based cryptographic algorithms and signature schemes. In particular, MQ-based signature schemes are faster than conventional signature schemes and are suitable for IoT devices Do. However, it is difficult to apply 8-bit MCU, which has a large key length and large number of computations, to the memory and performance of IoT devices. In this paper, we propose a method of storing Rainbow, which is a MQ-based signing scheme, in 8-bit MCU by dividing the key and optimizing the computation method. By reducing the memory consumption and improving the algorithm speedily, Compare performance.