대용량 데이터의 고속처리를 위한 3D 블록 암호 알고리즘

Abstract

오늘날 정치, 경제, 사회 등 다양한 분야에서 대규모의 데이터가 생성되고 있으며, 그 데이터의 크기는 계속하여 증가할 것으로 전망된다. 대규모 데이터의 고속 처리를 위해서, 멀티 코어 프로세서 기술을 이용한 고성능 컴퓨팅 기술 및 병렬화 프로그래밍이 계속하여 연구되고 있다. 대부분의 빅데이터 서비스 또한 분산 및 병렬 처리를 방식을 이용하고 있고, 이에 따라 보안 취약점이 문제가 되고 있다. 따라서 대규모의 데이터를 효율적으로 처리할 수 있고, 병렬화 설계를 통해 멀티 코어 프로세서 자원을 최대한 활용할 수 있는 새로운 보안 알고리즘이 필요하다. 본 논문은 3D-LEA 블록 암호 알고리즘을 제안한다. 3D-LEA 블록 암호 알고리즘은 처리 속도 및 기밀성이 우수한 LEA 블록 암호를 기반으로 하며, 큰 크기의 데이터를 빠르고 안전하게 처리할 수 있는 3D 블록 암호 구조로 설계되었다. 3D-LEA 블록 암호는 512비트 데이터 블록 및 256비트 키 길이로 운영된다. 512비트 데이터 블록을 128비트 블록 4개로 나누어 암호화 또는 복호화 연산을 진행한다. 이러한 데이터 블록은 상호 연관성이 없어 독립적으로 연산할 수 있다. 따라서 다중 스레드를 이용하여 쉽게 병렬화 구현이 가능하다. 3D-LEA 블록 암호 알고리즘의 성능은 상관계수를 이용한 기밀성 비교, 시간 복잡도의 수학적 분석, 그리고 알고리즘을 구현한 응용 프로그램의 수행 시간 측정으로 나누어 평가한다. 또한, 병렬형 3D-LEA를 추가로 구현하여 멀티 코어 프로세서 환경에 대한 자원 활용도와 암호화 속도의 성능 향상을 평가한다. 이를 통해 제시하는 알고리즘이 대용량의 데이터 처리에서 기밀성 및 속도 측면에서 우수함을 증명한다.