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논문KCI 등재

차분 계산 분석 대응을 위한 WBC-AES Dummy LUT 생성 방안 연구

A Study on Creating WBC-AES Dummy LUT as a Countermeasure against DCA

이창훈|서승희|석병진|최민영
한국정보보호학회 (Korea Institute Of Information Security And Cryptology)|2023.06|정보보호학회논문지 (Journal of The Korea Institute of Information Security and Cryptology)|제33권 제3호|pp. 363-374|DOI https://doi.org/10.13089/JKIISC.2023.33.3.363

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Differential Computation AnalysisSide-Channel AnalysisWhite-box CryptographyHiding SchemeDummy
주제분류컴퓨터학

초록

화이트박스 환경이란 알고리즘의 내부 정보가 공개된 환경을 말한다. 2002년에 AES 화이트박스 암호가 최초로 발표되었으며, 2016년에는 화이트박스 암호에 대한 부채널 분석인 DCA(Differential Computation Analysis)가 제안되었다. DCA 분석은 화이트박스 암호의 메모리 정보를 부채널 정보로 활용하여 키를 찾아내는 강력한 부채널 공격기법이다. DCA에 대한 대응방안 연구가 국내외에 발표되었지만, DCA 분석에 Dummy 연산을 적용하는 하이딩 기법을 실험한 결과와 실제로 평가 또는 분석된 결과가 존재하지 않았다. 따라서, 본 논문에서는 2002년에 S. Chow가 발표한 WBC-AES 알고리즘에 LUT 형태의 Dummy 연산을 삽입하고, Dummy 크기에 따라서 DCA 분석의 대응의 변화 정도를 정량적으로 평가하였다. 2016년에 제안된 DCA 분석이 총 16바이트의 키를 복구하는 것에 비하여, 본 논문에서 제안하는 대응 기법은 Dummy의 크기가 작아질수록 최대 11바이트의 키를 복구하지 못하는 결과를 얻었으며, 이는 기존의 공격 성능보다 최대 약 68.8% 정도 낮아진 약 31.2%이다. 본 논문에서 제안한 대응방안은 작은 크기의 Dummy를 삽입함에 따라서 공격 성능이 크게 낮아지는 결과를 확인할 수 있었으며, 이러한 연구결과는 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

Abstract

A white-box environment refers to a situation where the internal information of an algorithm is disclosed. The AES white-box encryption was first announced in 2002, and in 2016, a side-channel analysis for white-box encryption called Differential Computation Analysis (DCA) was proposed. DCA analysis is a powerful side-channel attack technique that uses the memory information of white-box encryption as side-channel information to find the key. Although various countermeasure studies against DCA have been published domestically and internationally, there were no evaluated or analyzed results from experiments applying the hiding technique using dummy operations to DCA analysis. Therefore, in this paper, we insert LU T-shaped dummy operations into the WBC-AES algorithm proposed by S. Chow in 2002 and quantitatively evaluate the degree of change in DCA analysis response depending on the size of the dummy. Compared to the DCA analysis proposed in 2016, which recovers a total of 16 bytes of the key, the countermeasure proposed in this paper was unable to recover up to 11 bytes of the key as the size of the dummy decreased, resulting in a maximum decrease in attack performance of about 68.8%, which is about 31.2% lower than the existing attack performance. The countermeasure proposed in this paper confirms that the attack performance significantly decreases as smaller dummy sizes are inserted and can be applied in various fields.

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