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논문KCI 등재

Linux 커널의 ARIA 블록 암호 알고리즘 성능을 위한 최적화 방법론

Optimization Methodologies for the ARIA Block Cipher Algorithm Performance in the Linux Kernel

조충희
한국지식정보기술학회 (Korea Knowledge Information Technology Society)|2023.10|한국지식정보기술학회 논문지 (Journal of Knowledge Information Technology and Systems)|제18권 제5호|pp. 1097-1112|DOI 10.34163/jkits.2023.18.5.010

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Parallel processingLinux kernelBlock cipher algorithmARIA algorithmAlgorithm implementationAcceleration.
주제분류학제간연구

초록

최근 고성능 블록 암호 알고리즘의 중요성이 크게 부각되고 있다. 방대한 양의 데이터를 빠르고 효율적으로 암호화하고 복호화할 수 있는 알고리즘은 디지털 정보를 안전하게 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 특히 국내 학계, 연구기관, 정부기관이 협력해 개발한 ARIA 알고리즘은 이러한 알고리즘을 암복호화 프로세스에 효과적으로 활용할 수 있는 좋은 사례이다. 최근 ARIA 알고리즘은 리눅스 커널에 구현되어 이 분야에서 상당한 진전을 이루었다. 그럼에도 불구하고 그 구조와 성능에 대한 종합적인 분석이 부족하다. 본 연구에서는 리눅스 커널의 암호화 서브시스템에 적용된 ARIA 블록암호 알고리즘 코드에 대한 심층적인 수학적 분석을 수행한다. 인텔의 x86 기반 CPU에서 AES-NI, GFNI, AVX 등의 명령을 활용하여 고성능을 달성하고 알고리즘의 구조에 대한 포괄적인 이해를 목표로 한다. 또한 다양한 입력 크기에서 발생할 수 있는 특정 비효율적인 성능 문제를 진단하여 ARIA 알고리즘의 성능에 영향을 미칠 수 있는 잠재적인 병목 현상과 문제를 나타낸다. 이 논문은 이러한 문제를 해결할 수 있는 타당한 방안을 제시함으로써 ARIA 알고리즘이 실용적인 고성능 알고리즘으로 발전할 수 있도록 기여하는 것을 목표로 한다.

Abstract

Recently, the critical importance of high-performance block cipher algorithms has come into the spotlight. These algorithms, capable of quickly and efficiently encrypting and decrypting vast amounts of data, play a crucial role in securing digital information. Notably, the ARIA algorithm, a collaboration between domestic academia, research institutions, and government agencies, stands as an excellent example of how these algorithms can be utilized effectively for encryption and decryption processes. The ARIA algorithm has recently been implemented in the Linux kernel, representing a significant advancement in the field. Despite this, there has been a lack of comprehensive analysis regarding its structure and performance. In this study, we conduct a deep mathematical analysis of the ARIA block cipher algorithm code applied in the Linux kernel's encryption subsystem. Utilizing commands such as AES-NI, GFNI, and AVX on Intel's x86-based CPU, our aim is to achieve high performance and gain a comprehensive understanding of the algorithm's structure. Moreover, we diagnose specific inefficient performance issues that can occur at various input sizes, shedding light on potential bottlenecks and challenges that can affect the performance of the ARIA algorithm. This paper aims to facilitate the emergence of the ARIA algorithm as a practical high-performance algorithm by proposing well-founded solutions that can address these challenges.

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