SHA-3 해쉬함수 소비전력 특성 분석 및 저전력 구조 기법

Abstract

해쉬함수는 데이터와 명령에 대한 위변조를 방지와 같은 무결성 제공하거나 서명이나 키 분배 등 다양한 보안 프로토콜에서 서명 및 인증, 키 분배 목적으로 많이 사용되는 일방향성 함수(one-way function)다. 2005년 Wang에 의해 암호학적 취약성이 발견되기까지 해쉬함수로는 SHA-1이 많이 사용 되었다. SHA-1의 안전성에 문제가 생기게 되자 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서는 암호학적으로 안전한 새로운 해쉬함수 개발 필요성을 느껴 2007년 11월에 공개적으로 새로운 해쉬함수에 대한 공모를 시작했으며, SHA-3로 명명된 새로운 해쉬함수는 2012년 최종 선정될 예정이다. 현재 제안된 SHA-3 함수들에 대한 암호학적인 특성과 하드웨어로 구현했을 때의 하드웨어 복잡도, 소프트웨어로 구현했을 때의 성능 등에 대한 평가가 이뤄지고 있다. 하지만 하드웨어로 구현된 해쉬함수의 중요한 특성 평가 척도(metrics)인 소비 전력 특성에 대한 연구는 활발히 이뤄지지 않고 있다. 본 논문에서는 제안된 SHA-3 해쉬함수를 하드웨어로 구현했을 경우의 소비 전력 특성을 분석하고 소비전력 특성 분석 결과를 토대로 SHA-3 해쉬함수 중에서 새로운 SHA-3 해쉬함수로 선정될 확률이 높은 Luffa 함수에 대한 저전력 구조를 제안한다. 제안된 저전력 구조는 기존의 Luffa 하드웨어보다 약 10% 정도 적은 전력을 소비함을 보인다. Cryptographic hash functions are also called one-way functions and they ensure the integrity of communication data and command by detecting or blocking forgery. Also hash functions can be used with other security protocols for signature, authentication, and key distribution. The SHA-1 was widely used until it was found to be cryptographically broken by Wang, et. al, 2005. For this reason, NIST launched the SHA-3 competition in November 2007 to develop new secure hash function by 2012. Many SHA-3 hash functions were proposed and currently in review process. To choose new SHA-3 hash function among the proposed hash functions, there have been many efforts to analyze the cryptographic secureness, hardware/software characteristics on each proposed one. However there are few research efforts on the SHA-3 from the point of power consumption, which is a crucial metric on hardware module. In this paper, we analyze the power consumption characteristics of the SHA-3 hash functions when they are made in the form of ASIC hardware module. Also we propose power efficient hardware architecture on Luffa, which is strong candidate as a new SHA-3 hash function. Our proposed low power architecture for Luffa achieves 10% less power consumption than previous Luffa hardware architecture.