경량 블록 암호 PIPO의 음함수 표현과 화이트박스 구현
An Implicit Form of Lightweight Block Cipher PIPO and its White-Box Implementation
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초록
2002년 Chow 등은 공격자가 암호 알고리즘의 입출력뿐만 아니라 중간값을 관찰하거나 변조할 수 있는 능력을 가지는 화이트박스 모델을 정의하였다. 화이트박스 암호(White-Box Cryptography, WBC)는 화이트박스 모델에서 하드웨어나 설계의 기밀성에 의존하지 않고 소프트웨어만으로 암호 알고리즘 내 암호 키를 안전하게 보호하는 것을 목표로 한다. 그러나 Chow 등이 제안한 초기 테이블 참조 방식의 화이트박스 구현은 모두 안전하지 않음이 증명되었으며, 2022년 Ranea 등은 라운드 함수의 방정식을 저장하고 이를 풀어 출력을 구하는 새로운 방식의 음함수 화이트박스 구현을 제안하였다. 본 연구에서는 모바일 환경에 적합한 경량 블록 암호인 PIPO 알고리즘에 음함수 화이트박스 구현 방식을 적용하고, 이를 위한 화이트박스 모듈 생성기와 사용자의 암호화 모듈 연산 알고리즘을 제시한다. 또한, 기존의 연구되었던 PIPO 테이블 참조 화이트박스 구현과 메모리 사용량을 비교하고, PIPO 음함수 화이트박스 구현의 성능 및 안전성을 분석한다.
Abstract
In 2002, Chow et al. introduced the white-box model, where an attacker can observe and manipulate not only the inputs and outputs of a cryptographic algorithm but also its intermediate values. White-Box Cryptography (WBC) aims to securely protect cryptographic keys within this model using software alone, without relying on secure hardware or on the secrecy of the design. However, the initial look-up table white-box implementations proposed by Chow et al. were proven insecure. In 2022, Ranea et al. proposed a implicit white-box implementation, a new design of white-box implementation based on implicit functions, which represents round functions as implicit functions and computes outputs by solving these equations. This study applies the implicit white-box implementation to the lightweight block cipher PIPO, designed for mobile environments, and introduces algorithms for a white-box module generator and white-box encryption module operations. Furthermore, it compares the memory usage of look-up table and implicit PIPO white-box implementations and analyzes the performance of the implicit PIPO white-box implementation.