KR100350207B1 - 디지털 데이터의 엘-비트 입력 블록들을 엘-비트 출력비트들로 암호 변환하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 통신과 컴퓨터 엔지니어링 분야에 관계된 것으로, 특히, 디지털 데이터의 암호화 방법들과 암호화 장치들의 분야에 관한 것이다. 그 방법은 하나의 데이터 블록을 N≥2 서브 블록들로 세분하고, 그 서브 블록 값에 따라 적어도 하나의 이진 벡터 생성에 의해 이들 서브블록들을 잇따라서 변환하고, 이진 벡터를 사용하는 그 서브블록을 수정하는 것으로 이루어진다. 청구된 방법의 신규성은 서브 블록 변환 이전 단계에서의 이진 벡터의 구조에 따라서 다음의 서브 블록 변환단계에서 이진 벡터를 생성시키는 데 있다. 또한 신규성은 두 개의 이진 벡터가 생성되고 그들 중 하나는 제 2 이진 벡터의 값과 동등한 다수의 비트들에 대해 순환 자리이동 동작에 의해 변환시키는 것에 있다. 또한, 신규성은 그 이진 벡터의 현재 값과 동등한 다수의 비트들에 대해 순환 자리이동 동작을 가하여 그 서브블록들 중 하나를 수정하는 것에 있다. 또한 신규성은 서브 블록 변환에 있어서 표에서 T≥2인 수의 채워넣기(stuffing)의 사용에 있으며, 그것에 의하여 표의 수(v)는 이진 벡터를 기초로 계산되고, 그 서브 블록은 v-번째 표에 의해 결정된 채워넣기 동작에 의해 수정된다.

Description

디지털 데이터의 엘-비트 입력 블록들을 엘-비트 출력 비트들로 암호 변환하는 방법{METHOD FOR CRYPTOGRAPHIC CONVERSION OF L-BIT INPUT BLOCKS OF DIGITAL DATA INTO L-BIT OUTPUT BLOCKS}

청구된 방법의 설명에 사용된 것은, 그의 특징에 전체적으로 주어진 것으로서, 다음과 같은 표현이 포함된다:

- 비밀키는 이진 정보로서, 공인된 사용자에게만 알려져 있다;

- 암호 변환은 출력 데이터의 다중 비트에 대한 소스 데이터의 1비트의 영향을 책임지는 디지털 정보의 변환으로서, 예를 들면, 공인되지 않은 독취로부터 정보를 보호하고, 디지털 서명을 형성하고, 수정 검사 코드를 생성하기 위한 목적을 가진 것이며, 암호 변환의 몇 가지 중요한 형태는 일방적인 변환(unilateral conversion)과 해싱(hashing)과 암호화(ciphering)이다;

- 정보 해싱은 소위 해쉬 코드를 생성하는 하나의 확실한 방법으로, 그 크기는 임의 크기 메시지에 대하여 전형적으로 고정된다(보통 128 비트들); 해싱 방법은 암호 정보 변환의 블록 메카니즘들을 사용하는 대화식의 해시 기능들에 기초해서 널리 사용된다(라이 엑스., 매세이 제이.엘. 암호기술의 응용과 이론에 대한 워크샵/ 블록 암호화에 기초한 해시 함수, 헝가리 1992년 5월 24-28, 회보 53-66페이지를 참조하라(Hash Functions Based on Block Ciphers/Workshop on the Theory and Applications of Cryptographic Techniques, EUROCRYPT'92, Hungary, may 24-28, 1992, Proceedings, p53-66));

- 암호화는 비밀키에 의존하는 정보 변환과정이고, 소스 텍스트를 비밀키를 알지 못하고는 그들로부터 실제적으로 어떤 정보도 이끌어 낼 수 없는 일련의 의사랜덤 문자열로 표현된 암호화된 텍스트로 변환한다;

- 복호화 또는 복호는 암호화를 역으로 진행하는 과정이다; 복호화는 만약 작업자가 비밀키를 알고 있다면 암호문에 따라 정보를 회복하도록 한다;

- 암호화는 비밀키를 사용하는 입력 데이터의 변환의 기본 단계들의 조합이다; 암호화는 컴퓨터 프로그램 형태나 분리된 장치에 의해 실행될 수 있다;

- 이진 벡터는 특정한 온-오프 비트들의 임의의 열로서, 예를 들면 101101011; 이진 벡터의 특정 구조는 만약 각 비트의 위치가 이진 순서와 동등하도록 고려된다면, 이진수로서 해석될 수 있다. 즉, 이진 벡터는 이진 벡터 구조에 의해 유일하게 결정된 숫자 값과 비교될 수 있다;

- 암호 분석은 암호화된 정보에 대해 비인가된 액세스를 얻기 위한 비밀키의 계산 기술 또는 비밀키의 계산 없이 암호화된 정보에 대한 액세스를 제공하는 방법의 고심작(elaboration)이다;

- 단독 변환(unilateral conversion)은 입력 블록에 따라 출력 블록을 쉽게계산하도록 허용하는 L-비트의 입력 데이터 블록을 L-비트의 출력 데이터 블록으로 변환하는 것으로, 한편 무작위로 선택된 출력 블록으로 변환하는 출력 블록의 계산은 사실 실행 불가능한 업무이다;

- 단독 함수는 주어진 독립변수에 따라 쉽게 계산된 값의 함수지만, 주어진 함수 값에 따른 그 독립 변수 계산은 컴퓨터로 계산하기 어려운 문제이다; 단독 함수들은 출력값이 함수값으로 고려된 어떤 입력 블록(함수)의 단독 변환 과정의 열로서 구현된다.

- 암호 저항(cryptographic resistance)은 암호화된 정보 보호의 신뢰성의 측정을 구성하고, 작업자는 변환 알고리즘에 익숙하고 비밀키가 없는 조건에서 암호문에 따라 정보를 회복하기 위하여 수행될 기본 동작들의 수로서 측정된 노동 강도를 표현한다; 단독 변환의 경우에서, 암호 저항에 의한 것은 그의 출력값에 따른 블록 입력값의 계산의 복잡성을 의미한다;

- 변환된 서브 블록 또는 이진 벡터에 의존하는 순환 자리이동 동작들은 서브 블록값 또는 이진 벡터값에 의해 결정된 다수의 비트들에 대한 순환 자리이동 동작들이고; 좌측(우측으로의)으로의 순환 자리이동 동작은 기호 "<<<"(">>>")로 표시되며, 예를 들면, 기호법 B₁<<<B₂는 이진 벡터 B₂의 값과 동등한 다수의 비트들에 대한 B₁서브 블록의 좌측으로 순환 자리이동 동작을 나타내며; 그런 동작은 RC5 암호화에 기초한다(알.리베스트, RC5 암호화 알고리즘/ 패스트 소프트웨어 암호화, 제 2 국제 워크샵 회보(루우벤, 벨지움, 1994년 12월 14-16) 컴퓨터 과학에서 강의노트들, v1008, 스프링거-벨라그, 1995년 86-96페이지);

-단일-위치 동작은 단일 오퍼랜드(데이터 블록 또는 이진 벡터)에 대해 수행된 동작이고; 어떤 주어진 단일-위치 동작의 수행후에 서브 블록 값이 그의 초기값에 대해서만 의존하고; 단일-위치 동작들의 한 예는 순환 자리이동이다;

- 이중-위치 동작은 두 개의 오퍼랜드에 대해 수행된 동작이고; 어떤 주어진 이중-위치 동작을 수행하는 결과는 각 오퍼랜드의 값에 의존하며; 이중-위치 동작들의 한 예는 덧셈, 뺄셈, 곱셈 등의 동작들이다;

데이터 블록 암호화로 알려진 방법들을 예를 들어보면 미국 표준 DES(국제 표준국.데이터 암호 표준. 연방 정보 처리 표준 공포 46, 1977년 1월)가 있다. 이 방법에는 데이터 블록 암호화가 비밀키의 형성과, 그 변환된 데이터 블록을 두 개의 서브블록들 I와 R로 세분화하고, 그 서브블록 L과 서브블록 R값에 따라 특정 함수 F의 출력값으로 발생된 이진 벡터에 대하여 비트 대 비트 모듈로 2 합의 동작 수행에 의해 후자를 교대로 수정하여 수행된다. 이 과정 후에, 그 블록들은 순열로 배치된다(permuted). 상기 방법에서 함수 F는 서브블록 R에 대해 처리된 치환(permutation)과 채움(stuffing) 동작들의 수행에 의해 구현된다. 이 방법은 특별한 전자 회로의 형태로 구현될 때 높은 변환율을 보증한다.

그러나, 상기 알려진 종래 기술의 방법은 작은 크기(56비트)의 비밀키를 사용하는데, 키 선택에 기초한 암호 분석에 대해 취약한데, 그것은 현대의 대량 사용 컴퓨터의 고도의 계산 처리량 때문이다.

디지털 데이터의 L-비트 입력 블록들을 L-비트 출력 블록들로 암호 변환 하기위한 청구된 방법에 가장 유사한 종래 기술은 한 연구(칼리스키 비.에스., 로브쇼 엠.제이.비, 고속 블록 암호화 제안/고속 소프트웨어 암호화, 캠브리지 보안 워크샵의 회보, 컴퓨터 사이언스의 강의 노트 v.809, 스프링거-벨라그, 1994, 26-39페이지; 또한 비.슈나이에르, "응용 암호화", 제2판, 존 윌리 앤드 선, 인코퍼레이티드. 뉴욕, 1966, 342-344페이지를 보라)에 기술된 방법이다. 상기 가장 유사한 종래 기술 방법은 비밀키의 생성과, 입력 1024-바이트 데이터 블록을 32-비트 서브 블록들 B₀, B₁, B₂, ....B₂₅₅로 세분화하고 교대로 서브 블록을 변환하는 것을 포함하여 이루어진다. 상기 비밀키는 순열표로서 생성되고 각각 32비트의 길이인 2048 서브키들 Q₀, Q₁, Q₂, ....Q₂₀₄₇의 열로 정렬된다. 데이터 블록 암호화는 4 변환 라운드로서 수행된다. 1 변환 라운드는 다음과 같이 구성된다. 비밀키에 의해 구동된 순열표에 따라, 데이터 블록들이 치환이 수행된다. 그리고 나서 모든 서브블록들은 교대로 변환된다. 하나의 서브블록, 예를 들면 서브 블록 B₁은 다음과 같이 변환된다. 하나의 32비트 이진 벡터 V는 서브 블록값 B_h, B_k, B_j에 따라 생성되는데, 여기에서 h, I, j, k는 분석적 표현 V=B_h+F(B_h, B_k, B_j)+Q_q에 따라 다른 수들이고, 기호 "+"는 모듈로 2³²합 동작을 표시하고, 또한 q는 현재 서브키의 수이다. 그 수 h, i, j, k들은 암호화 라운드와 상기 서브 블록 변환 단계의 수에 의존하여 선택된다. 생성된 이진 벡터는 다음과 같이 서브 블록 B₁의 변환에 사용된다. 모듈로 2 비트 대 비트 합 동작은 서브블록 B₁과 V에 대해 수행되고, 이 동작의 완료 후에 얻어진 값은 서브블록 B₁에 할당된다. 이것은 B₁← B₁??V의 관계로 기록되고, 부호 " ←"는 할당 동작을 나타내고 부호 "??"는 모듈로 2 비트 대 비트 합 동작을 나타낸다. 계속해서, 비슷한 방법으로, 또 다른 서브 블록의 변환은 모든 서브 블록들이 변환될 때까지 수행된다. 32-비트 이진 벡터 형성의 각각의 새로운 단계는 이전 단계에서 생성된 이진 벡터의 값과는 독립적으로 수행된다. 하나의 암호화 라운드에서, 지수 i는 임의의 우선 순서로서 모든 서브 블록 수(0에서 255까지)에 대응하는 256가지 다른 값들로 가정한다.

이 방법은 데이터 블록의 큰 길이 때문에 높은 암호 저항을 제공하고, 하나의 서브 블록에 해당하도록 수행된 다수의 변환 동작들의 사용을 제공한다.

그러나 상기 가장 유사한 종래 기술은 몇가지 단점을 가지는데, 즉, 소프트 웨어로 구현했을 때, 실시간에서 동작하는 컴퓨터 정보 보호 소프트 웨어 시스템의 구축을 위해 요구된 데이터 변환의 높은 암호화율을 제공하지 못한다. 예를 들면, 마이크로 프로세서 펜티엄/200의 암호화 율은 6Mbit/s를 초과하지 못한다. 이러한 단점은 차분 암호 분석의 저항을 확신하기 위하여 입력 데이터의 단일 비트에 해당하는 다수의 변환 동작이 필요하다는 사실에 기인한다.

본 발명의 기초는 디지털 데이터의 L-비트 입력 블록들을 L-비트 출력 블록들로 암호 변환하는 방법을 개발하는 과제와 관계되어 있고, 입력데이터 변환은 암호화율이 증가되는 것 때문에 차분 암호 분석에 대한 높은 저항을 동시에 제공하는 것으로서, 입력 데이터의 단일 비트에 해당하는 변환 동작의 수를 줄이는 식으로 영향을 받는다.

본 발명은 전기 통신과 컴퓨터 엔지니어링 분야에 관한 것으로, 특히 암호화 방법 분야 및 암호문(정보)용 장치에 관한 것이다.

도 1 은 청구된 방법에 따른 암호 변환의 일반화된 도식도,

도 2 는 실시예 2에 대응하는 암호화 도식도,

도 3 은 실시예 3에 대응하는 단독 변환 도식도이다.

이 과제는 데이터 블록을 N≥2 서브 블록들로 세분화하고, 그 서브 블록 값에 따라 적어도 하나의 이진 벡터의 생성에 의해 서브 블록을 교대로 변환하고, 그 이진 벡터를 사용하는 그 서브 블록을 수정하는 것을 포함하는 디지털 데이터의 L-비트 입력 블록들을 L-비트 출력 블록들로 암호 변환하는 방법에 있어서, 본 발명에 따른 새로운 특징은 이진 벡터는 서브 블록 변환의 이전 단계에서 이진 벡터의 구조에 따라서 다음의 서브 블록 변환 단계에서 생성된다는 사실 때문에 달성된다.

그런 해결책을 가지고, 출력 블록 비트들에 대한 입력 데이터 블록의 비트들의 영향력의 더욱 손실되는 것이 확실한데, 이는 차분 암호분석에 대한 높은 저항이 암호 변환율내에서 증가가 확실한 수행된 변환 동작들의 수의 동시적인 감소로 제공되기 때문이다. 더욱 손실되는 것은 이전 변환 단계들에서 변환된 서브 블록들의 비트들이 두 가지 방법으로 현재의 블록 변환 과정에 영향을 준다는 사실때문에 제공된다: (1) 현재 이진 벡터 값에 직접적으로 영향을 주는 것과 (2) 이전 변환 단계들에서 이진 벡터 값을 통해 현재 이진 벡터 값에 영향을 주는 것이다.

신규한 특징은 또한 두 개의 이진 벡터들이 생성되고 이들 중 하나는 제 2 이진 벡터 값과 동일한 다수의 비트들에 대한 순환 자리이동 동작을 사용하여 변환된다.

그런 해결책은 길이 L=512, 1024, 2048, 4096 과 8192 비트의 길이를 가진 정보 블록들을 변환하는 것에 대해 추가적으로 암호 저항을 증대시키는데 이는 그런 형태의 순환 자리이동 동작들이 비선형적이고 이진 벡터 생성의 더 복잡한 함수를 정의하기 때문이다.

신규한 특징은 또한 서브 블록들 중 하나의 수정이 현재 이진 벡터 값과 동등한 다수의 비트들에 대해 순환 자리이동 동작을 그에 적용함으로써 수행된다는 사실이다.

그러한 해결책을 가지고, 그런 형태의 순환 자리이동 동작들이 비선형이고 변형된 서브 블록들에 대해 직접 수행되기 때문에 변환 암호 저항의 추가적인 향상을 확신하는 것이 가능하다.

또한 신규한 하나의 특징은 서브 블록 변환에 있어서, 채움표(stuffing tables)들은 T≥2의 수가 사용되는데, 그것에 의하여 표수(v)는 이진 벡터에 따라 계산되고 그 서브블록은 v번째 표에 의해 주어진 채움 동작을 사용하는 수정이다.

그런 해결책 때문에, L=64와 128비트들의 길이를 가진 정보 블록을 변환하는 암호 저항의 추가적인 향상이 제공되는데, 왜냐하면 채움 동작들은 비선형이고, 변형된 정보 블록의 크기가 비교할만하게 작을 때 구현하는 것이 효과적이다. 미리 설정되지 않은 채움 동작들을 사용하는 것은 가장 강한 암호분석 방법들에 대한 고도의 암호 저항을 달성하는 방법이다. 특히 예를 들면 연구(비함 이., 샤미르 에이., 디이에스 같은 암호시스템의 차분 암호분석, 암호학 저널, v.4, n.1, 1991년 3-72페이지)에 설명된 것과 같은 차분 암호분석에 관한 것이다.

본 발명의 본질은 첨부된 도면과 관련하여 만들어진 몇몇 실시예들을 통해 더 상세하게 설명된다.

본 발명은 도 1에서 제시된 청구항의 방법의 기초에 대한 데이터 블록 암호 변환의 일반화된 도식도의 도움으로 설명된다; 도 1에서, B는 변환된 블록이고, b₁, b₂, ..., b_n은 변환된 서브 블록들이고, F는 서브 블록 변환에 영향을 주는 동작 블록이고, f는 이진 벡터 생성에 영향을 주는 동작 블록이고, V_o는 이진 벡터의 초기값이다. 입력 L-비트 디지털 데이터 블록은, L은 그 블록내에서 이진 숫자의 수이고, 각각 L/N비트의 크기를 가지는 N≥2 서브블록들로 세분화된다. 실선은 변환된 서브 블록들의 전달에 대응되고, 점선은 이진 벡터의 전달에 대응된다.

서브 블록들은 조건들이 이진 벡터 값에 대해 변환된 서브 블록의 출력값에 의존하고, 이진 벡터 변환에 이용된 동작 블록 F를 이용하는 수정에 의해 교대로 변환된다. 이진 벡터 변환을 위한 동작 블록 f는 이전 단계에서 변환된 서브 블록 값을 사용하는데, 즉, 그 동작 블록은 변환된 서브 블록들 중 하나의 구조와 이진 벡터를 사용하는 귀중한 서브 블록 변환 단계에서 가진 바 있는 이진 벡터 값에 따라 이진 벡터를 생성한다. 이들 조건들은 변환된 데이터에 대한 이진 벡터 값에 의존한다. 우리는 이진 벡터 생성 단계에 서브 블록에 대한 함수 F에 의해 정의된 변환 과정 수행을 요청할 것이다. 서브 블록 변환 단계는 이진 벡터 생성 단계와 서브 블록 수정 단계를 포함한다. 변환 단계들은 서브 블록 순열에 의해 뒤따르는 모든서브 블록들에 대해 순차적으로 수행된다.

청구된 방법을 실현하는 특별한 예에서, 서브 블록 순열은 사용되지 않을수도 있다. 서브 블록 수정의 N 단계들의 수행은, 이진 벡터 생성의 N 단계들과 도 1에서 보여준 서브 블록 순열이 변환의 한 라운드를 구성한다. 이진 벡터 생성의 N번째 단계 후에 이진 벡터값은 L-비트 디지털 블록 변환의 단독 함수의 구성에서 변환의 다음 라운드를 위한 이진 벡터 초기 값을 제공한다. 암호문 구성에 있어서, 각 라운드에 대한 이진 벡터 초기 값은 비밀키에 의존하여 생성된다. 변환 라운드들의 수는 동작블록들 F와 f를 형성하는 특정한 버전에 의존하여 정의될 수 있다. 상기 도식에서 중요한 것은 이진 벡터가 이진 벡터를 사용하는 서브 블록 변환의 이전 단계에서 그의 구조에 의존하여 생성된다는 것이다.

이진 벡터를 사용하는 서브 블록 변환에 의해 우리는 (1) 서브 블록과 이진 벡터인 이중 사이트 동작 오퍼런드들(operands)을 처리하는 것과, 또는 (2) 이진 벡터 값에 의존하여 선택된 수정으로서 서브 블록(예를 들면, 비트 스터핑 또는 치환)에 대한 단일 사이트 동작을 처리하거나, 또는 (3) 그 수가 이진 벡터 값에 의존하는 서브 블록과 서브키에 대해 수행된 이중-사이트 동작을 처리하는 것을 의미한다. 예를 들면, 제 1 경우에서 이 서브 블록이 서브 블록 B와 이진 벡터 V: B←B+V인 모듈로 2³²추가의 결과와 동등한 값으로 할당 되었을 때 이것은 32 비트 서브블록 B의 변환이 될 수도 있다. 두 번째 경우에서, 이것은 그 관계 B←B<<<V로 해석적으로 표현된 이진 벡터 값과 동등한 다수의 순서들에 대해 서브 블록 B에 대해 수행된 순환 좌측 자리이동 동작일 수도 있다. 제 3의 경우에서, 이것은 아마도예를 들면 B←B??Q_v의 표현에 의한 변환 집합일 수도 있는데, 여기에서 Q_v는 이진 벡터 값: v=V 모드 2¹¹에 의해 계산된 숫자 v를 가진 서브키이다. 최종 관계는 이진 벡터의 11개의 최하위 순서 숫자들의 값과 동등한 숫자의 선택을 정의한다.

서브 블록 변환 이진 벡터 사용의 두 번째 경우의 중요한 특별 경우는 서브 블록에 대해 이진 벡터 종속 채움 동작을 수행하는 것이다. 그런 형태의 채움동작은 각각 서수로 할당된 다수의 다른 채움 표들을 정의하고 그 표가 사용된 서브 블록에 대해 채움 동작을 수행하는데 사용될 수 있다. 그 값 V에 의존하여 선택된 수, 예를 들면, 32 채움표가 사용될 때, 그 표수는 공식 v=V 모드 2⁵에 의해 계산될 수 있다. 특별히 생성된 이진 벡터에 따라 현재 상태에서 서브 블록에 대한 채움 동작을 수행하기 위해 사용된 채움표 선택의 의미는 암호 변환의 저항을 향상시키는 서브 블록 변환 단계에 대해 불명료한 채움표 선택을 만드는 것으로 이루어진다. 이진 벡터 생성은 온 또는 오프 비트들을 예를 들면, 레지스터나 컴퓨터 기억 셀에 특정한 열의 기록을 만드는 것을 의미한다. 이진 벡터를 사용하는 이전 서브 블록 변환 단계에서 그의 구조에 의존하는 이진 벡터 생성은 데이터 서브 블록 변환에서 사용중인 이진 벡터가 이전 단계에서 가졌던 값에 대해 생성된 이진 벡터의 현재 값에 의존한다는 것을 명시하는 것을 의미한다.

예를 들면, 서브 블록 Bi가 이진 벡터 값 V를 사용해 변환되었다고 가정해보자. 임의의 다른 변환 단계, 예를 들면, 서브 블록 Bj에서 이진 벡터의 사용전에 이진벡터는 V←V+Qb 표현에 따라 생성될 수 있다. 여기에서 b=Bi 모듈로 2¹¹, 서브 블록 Bi값에 의존하는 계산된 서브키의 수이다.

청구된 방법의 기술적 구현의 가능성은 그 실시예의 다음 특별한 실시예를 통해서 설명된다.

실시예 1

이 실시예는 512바이트(4096비트)로 데이터 블록들의 암호화를 수행하는 청구된 방법의 하나의 버전(version)이다. 그런 크기의 입력 블록들을 사용하는 것은 컴퓨터 시스템에서 이런 블록 크기가 표준이라는 사실 때문에 필요한 조건이다. 그런 크기의 블록들이 진행하는 블록 암호문들을 사용할 때, 데이터를 임의적으로 액세스할 가능성은 암호화된 형태에서 내장된 자기 캐리어에 저장된다. 이 실시예에서, 8192 바이트의 비밀키는 32 비트 서브키{Q_v}로 번호 붙여진 총 2048형태로 표현되어 사용되는데, 여기에서 v=0, 1, 2, ...., 2047이다. 그 비밀키는 예를 들면 컴퓨터 작동 메모리에 자기 캐리어로부터 복사되어 형성된다. 실시예 1에 따른 암호 변환은 다음 알고리즘으로 서술된다.

알고리즘 1: 4096비트 블록들의 암호문

입력: 4096-비트 블록은 총 128 32-비트 서브블록들{B₁, B₂, ..., B₁₂₈}로 표현된다.

1. i=1과 이진벡터들 V₁, V₂, V₃, 와 v: V₁←Q₁;V₂←Q₂;V₃←Q₃;v←79의 초기값이 수행된 블록의 수의 집합

2. 이진 벡터 V₁: v←v??(V₁모드 2¹¹)의 구조에 따라 이진 벡터의 생성, 여기에서 "??"는 모듈로 2 합 동작

3. 이진 벡터 V₂: V₂←[(V₂+Q_v)??V₁]>>>11 생성, 여기에서 "+"는 모듈로 2³²합 동작

4. 이진 벡터 V₂: v←v??(V₂모드 2¹¹)의 구조에 따라 이진 벡터 v의 생성

5. 이진 벡터 V₃: V₃←{[V₃V₂)??Q_v]-V₁}>>>22 생성, 여기에서 "-"는 모듈로 2³²뺄셈 동작

6. 이진벡터 V₃의 구조에 따라 이진 벡터v 의 생성: v←v??(V₃모드 2¹¹)

7. 이진 벡터 V₁:V₁←V₁+Q_v생성

8. 서브 블록 B₁변환: B₁←[(B₁<<<V₂)??V₃]+V₁

9. 이진 벡터 V₁생성: V₁←B₁

10. 서브 블록 B₁변환: B₁←B₁+V₂

11. 만약 i≠128이면, 숫자 i: i←i+1의 값을 수정하고 단계 2로 감

12. 역순으로 서브 블록을 치환한다

출력: 총 변환된 서브 블록들 {B₁, B₂, ..., B₁₂₈}의 형태에서 4096-비트 암호문블록

알고리즘 1은 암호 라운드를 설명한다. 최초 라운드후에, 제 2 암호 라운드는 제 2 라운드를 위한 입력 블록으로서 최초 라운드의 출력 블록을 가지고 수행된다. 그리고 나서 세번째 (마지막) 암호 라운드는 제 3 라운드를 위한 입력 블록으로서 제 2 라운드의 출력 블록을 가지고 수행된다. 소프트 웨어로 구현될 때, 3 변환 라운드를 사용하는 암호화 율은 마이크로프로세서 펜티엄/200에 대해 약 30Mbit/s이다.

실시예 2

채움표에 의해 정의된 채움 조건들을 사용한 청구된 방법의 실시예를 고려해 보자. 길이 k가 정수인 k비트를 가진 디지털 데이터 서브 블록에 대해 채움 동작을 수행해 보자. 그리고 나서 k비트 입력 서브 블록을 k-비트 출력 블록으로 변환하는 채움 동작을 정의하기 위하여 두가지 숫자 라인을 포함하는 표를 사용할 필요가 있다.

0 1 2... N-1

a₀a₁a₂... a_N-1, 여기에서 N=2^k

주어진 표는 그의 저면 라인에 있어서, 한 번에 균일하게 임의의 순서로서 모든 가능한 k비트 블록의 값들을 포함한다. 저면 라인에서 적당 열의 수의 위치는 채움표의 특별한 변형을 정의하고 결과적으로 채움 동작의 특별한 변형이 이 표를 사용하는 것으로 수행된다. 채움동작의 치환은 다음과 같다. 숫자는 입력 블록 값과 같은 상위 라인에서 선택된다. 이 숫자 아래 위치한 저면 라인에서의 값은 출력 블록으로 선택된다. 이렇게 해서, 채움표는 컴퓨터 작동 메모리내에 어드레스 W₀, W₁, W₂..., W_N-1을 가진 셀들내에 위치된 k-비트 컴퓨터 단어들의 순열 표기법으로 위치될 수 있다. 이 경우에 있어서, 입력 블록 b의 값은 출력 블록으로서 주어진 단어 W₀+b의 어드레스를 계산하기 위해 제공된다. 채움표를 표현하는 이방법은 kN비트와 같은 메모리 크기의 사용을 요구한다.

2^L(이 경우에서는 요구되는 메모리 비트의 크기가 2^LkN비트일 것이다)과 같은 채움표의 숫자를 선택하고 채움표를 계속하여 차례로 배열해보자. 최초 k-비트 단어의 어드레스값 Wo의 숫자 v를 가진 표의 어드레스로서 취해보자. 숫자 0를 가진 표 숫자를 s로 하자. 이 경우에는, 임의의 숫자 v를 가진 채움표 어드레스는 s+vN이다. 만약 이진 벡터가 현재 채움표의 숫자 v와 채움 동작을 수행하기 위한 현재 입력 서브 블록 결정하는 것으로 정의된다면, 그리고 나서 어드레스 s+vN+b에 위치된 k-비트 단어에 의한 현재 입력 블록의 대체에 의해 수행되고, 여기에서 b는 현재 채움 동작이 수행된 서브 블록의 값이다. 이런 관계를 사용하는 것은, 숫자 v를 가지는 채움표의 선택을 정의하기 쉽고 그 값 b를 가진 서브 블록에 대한 채움을 수행하기 쉽다. 이 경우를 고려함에 있어서, 이진 벡터 값에 대한 채움표에 의존하는 셋팅과 채움 동작의 수행은 적당한 계수 L과 k가 선택될 때, 예를 들면, L=5이고 k=8일 때, 마이크로프로세서에 의해 매우 빠르게 영향을 받는다. 이들 계수들을 가지고, 채움표를 위치시키기 위하여, 이들 계수들을 가지고, 8K바이트의 작동 메모리가 요구되는데, 이는 현대의 컴퓨터들이 이 값(1부터 64M바이트 까지 또는 이상)보다 더 큰 많은 순서로 작동 메모리 크기를 가지기 때문이다.

L=5이고 k=8이라고 가정해보자. 즉, 8-비트 데이터 서브 블록들에 대한 채움 동작을 정의하는 32개의 표가 있다.

k₁₁, k₁₂, ...,k₁₇(제 1 서브키 라인)

k₂₁, k₂₂, ...,k₂₇(제 2 서브키 라인)

....................

k_r1, k_r2, ...,k_r7(r번째 서브키 라인)

...................

k_R1, k_R2, ...,k_R7(R번째 서브키 라인)

여기에서 R은 암호 라운드의 수이다. r번째 암호 라운드동안, r-번째 서브키 라인이 사용된다.

다음과 같이 사용된 채움표를 정의해보자: T₀, T₁, T₂, ..., T₃₁과 채움 동작은 S_v로서 T_v표에 의해 정의되며, 여기에서 v=0, 1, 2..., 31이다. 상기 채움표들 T₀, T₁, T₂, ..., T₁₅은 임의로 선택될 수 있고, 한편 표 T₁₆, T₁₇, , ..., T₃₁은 채움 동작 S_v와 S_31-V가 서로 전환하는 것으로 주어진다. 최후 조건은 한쌍의 표 T₁₆과 T₁₅;T₁₇과 T₁₄;T₁₈과 T₁₃;...;T₃과 T₀가 서로 역전의 채움 동작들로 주어질 때 적당하다. 임의의 채움표들 T₀, T₁, T₂, ..., T₁₅의 집합에 대하여, 채움 동작을 전환시키는 것과 동등한 표를 구성하는 것은 쉽다. 예를 들면, 다음 표에 의한 채움 동작 집합에 대하여

0 1 2 ... 255

a₀a₁a₂... a₂₅₅,

여기에서 역전 채움은 다음 표에 의해 주어진다

0 1 2 ... 255

Z₀Z₁Z₂... Z₂₅₅,

여기에서 라인(Z₀, Z₁, Z₂, ...., Z₂₅₅)은

이전 표의 컬럼후에 저면라인에서 숫자의 증가의 순서로된 최상 라인이 될 것으로 판명된다.

도 2는 최초 암호 라운드의 도표를 나타낸다. 도 2에서, 수직 실선은 8비트 데이터 서브 블록들을 전송하는 것에 대응하고, 점선은 5비트 서브블록들을 전송하는 것에 대응되고, 수평 실선은 8비트 서브키의 전송에 대응한다. 비트 대 비트 모듈로 2 합의 동작은 부호 "??"로 설정되고, v는 선택된 채움표의 숫자를 나타내고, 블록 S는 채움 동작을 나타내고, k₁₁, k₁₂, ...,k₁₇들은 제 1 라운드 동안 사용된 서브키 들이다. 라인에 대한 화살표는 신호전달의 방향을 나타낸다. 실시예 2는 64비트 크기의 디지털 데이터 블록 암호화에 대응한다. 그 암호화는 다음과 같은 과정으로 수행된다. 입력 블록이 8서브 블록들로 세분화되고, b₀, b₁, b₂, ...,b₇으로 각 비트가 8-비트 크기이다. 이후에, 이진 벡터 v는 5 낮은 순서 서브 블록 bo비트들의 값을 가지면서 생성된다; v←b_o모드 2⁵. 그리고 나서 모듈로 2비트 대 비트 합 동작은 서브 블록 b1과 서브키 k₁₁에 대해 수행되고 이 동작의 출력값은 분석적으로 다음과 같은 즉, b₁←b₁??r₁₁로 주어진 블록 b₁에 대해 할당된다. 숫자 v를 가진 채움표에 따라 채움동작은 서브 블록 b₁:b₁←S_v(b₁)에 대해 수행된다. 그리고 나서 그 값 b₁에 따르면 이진 벡터 v가 선택되는데, 즉 v:v←v??(b₁모드 2⁵), 그것에 의하여 이진 벡터의 새로운 값은 다양한 이전 값에 의존한다. 이에 따라, 서브 블록 b₂의 변환이 수행될 때: b₂←b₂??k₁₂이고 b₂←S_v(b₂).

마찬가지로, 서브 블록 b₃, b₄, b₅, b₆와 b₇의 변환이 수행된다. 각 암호 라운드의 최종 단계 동안 서브블록들은 역순으로 순열을 이루는데, 즉 b₇은 b₀와, b₆은 b₁, b₅은 b₂, b₄는 b₃로 쌍으로 서로간에 변환된다.

제 2 라운드는 제 2 서브키 라인이 제 1 서브키 라인 대신에 사용된 것을 제외하고는 비슷한 식으로 수행된다. 그리고 나서 제 3 암호 라운드는 그 제 3 서브키 라인등을 사용하여 수행된다. 대체로, R 암호 라운드들은 R=4로 수행된다, 소프트 웨어로 구현될 때, 청구된 방법의 이런 실시예는 마이크로 프로세서 펜티엄/200에대해 약 25M비트/s의 암호화 율을 제공한다. 만약 요구되면, 그 라운드들의 또 다른 수가 설정되는데, 예를 들면, R=2, 3, 5, 6이다.

실시예3

이 실시예는 다음과 같은 알고리즘에 의해 설명된다.

알고리즘 2.

입력. 64 비트 디지털 데이터 입력 블록은 8비트 서브블록들 b₀｜b₁｜b₂｜b₃｜b₄｜b₅｜b₆｜b₇의 연쇄로서 표현되며, 여기에서 부호 "｜"는 연쇄관계를 나타낸다.

1. 암호 라운드들의 수 R=4를 설정하고 라운드 수 r=1의 계산

2. 카운터 i=1 설정

3. 이진 벡터 v:v←b_i-1모드 2⁵생성

4. 서브 블록 b_i:b_i←b_i??k_ri, b_i←S_v(b_i)를 변환, 여기에서 채움 동작 Sv는 숫자 v의 채움표를 사용하여 수행된다.

5. 이진 벡터 v:v←v??(b_i모드 2⁵) 생성

6. 만약 i≠7이면, i←i+1로 증가시키고 단계 4로 이동

7. 만약 r≠R이면, r←r+1로 증가시키고 그렇지 않으면 멈춤.

8. 역순으로 서브 블록들을 치환하고 단계 3으로 이동

출력: 64-비트 암호 텍스트 블록.

이 실시예에서, 사용된 채움표의 숫자들은 변환된 블록에 의존하고, 현재 변환단계에 대하여 미리 설정되지 않는다. 즉, 채움동작은 모든 변환 단계들에서 미리 알려지지 않았다. 비밀키와 변환된 데이터 블록에 의해 결정된다. 암호화는 비슷하게 수행되고 다음과 같은 알고리즘이 설명된다.

알고리즘 3

입력: 64비트 입력 암호 텍스트 블록 b₀｜b₁｜b₂｜b₃｜b₄｜b₅｜b₆｜b₇.

1. 암호 라운드 R=4의 숫자 설정과 라운드 수 r=1의 계산

2. 카운터 i=1 설정

3. 이진 벡터 v:v←b_i-1모드 2⁵생성

4. 변수 g:g←b_i의 숫자 저장. 서브 블록 b_i:b_i←S_31-V(b_i), b_i←b_i??k_r'i, 여기에서 r'=5-r로 변환.

5. 이진 벡터 v:v←v??(g 모드 2⁵)의 생성

6. 만약 i≠7 이면, i←i+1로 증가시키고 단계 4로 이동

7. 만약 r≠R이면, r←r+1로 증가시키고 그렇지 않으면 단계 3으로 이동

8. 역순으로 서브블록들을 치환하고 단계 3으로 이동

출력: 64-비트 블록의 원문 텍스트

상기 암호와 복호 알고리즘은 다른 크기 예를 들면 128과 256비트의 변환 데이터 블록으로 쉽게 변경될 수 있을 것이다.

실시예 4

이 실시예는 암호 변환에 대하여 청구된 방법에 기초하여 단일 방향의 구성과 관련이 있다. 실시예 1과 2에서, T₀, T₁, T₂, ..., T₃₁의 32 채움표들로 가정된다. 채움표들은 알려진 것이고 가정되고 비밀키가 사용되지 않는다. 이 단일 방향 함수는 알고리즘 4에 주어진다. 단일 라운드 변환을 위한 데이터 서브블록 변환 동작의 열은 도 2에 나타난다.

알고리즘 4.

입력: 64-비트 입력 데이터 블록이 8-비트 서브블록들 b₀｜b₁｜b₂｜...｜b₇의 연쇄로서 표현된다.

1. 변환 라운드 R=8의 숫자 설정과 라운드 수 r=1 계산 및 이진 벡터 v=13의 초기 값 계산

2. 카운터 i=1 설정

3. 이진 벡터 v:v←??(b_i-1모드 2⁵) 생성

4. 서브블록 b_i-1변환: b_i-1←b_i-1r, b_i-1←S_v(b_i-1) 변환

5. 만약 i≠8이면, i←i+1로 증가시키고 단계 3으로 이동

6. 역순으로 서브 블록들 b₀, b₁, ..., b₇치환

7. 만약 r≠R이면, r←+1증가시키고 단계2로 이동. 그렇지 않으면 멈춤

출력: 함수 F의 64 비트 값

비슷한 방법으로, 데이터 해쉬가 사용될 수 있는 128비트 데이터 블록 변환을위한 단일 방향 함수를 구성할 수도 있다.

상기 실시예들에서는 디지털 데이터 블록 암호 변환의 제안된 방법이 기술적으로 실행가능하고 현재의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

이 청구된 발명은 예를 들어 개인 컴퓨터에 구현될 수 있고, 고속 암호화 소프트 웨어 모듈의 기초로 창작의 가능성을 제공하고 고속 암호화의 소프트 웨어 시스템에 제공되고 개인 컴퓨터에 비용이 많이드는 특별히 암호화 장비의 대체가 가능하다.

청구된 방법은 예를 들면 개인용 컴퓨터들에 적용할 수 있고 고속 암호화 소프트 모듈들에 대한 생성 가능성을 제공하고 고속 암호화의 소프트웨어 시스템에 제공된 개인용 컴퓨터를 가진 특수화된 암호화 배치의 대체이다.

Claims (4)

1. 데이터 블록을 N≥2 서브 블록들로 세분하고, 그 서브 블록 값에 따라 적어도 하나의 이진 벡터의 생성에 의해 서브 블록을 교대로 변환하고, 상기 이진 벡터를 사용하는 상기 서브 블록을 수정하는 것을 포함하는 디지털 데이터의 L-비트 입력 블록들을 L-비트 출력 블록들로 암호 변환하는 방법에 있어서, 상기 이진 벡터는 서브 블록 변환의 이전 단계에서 상기 이진 벡터의 구조에 따라서 다음의 서브 블록 변환 단계에서 생성되는 것을 특징으로 하는 디지털 데이터의 암호화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 두 개의 이진 벡터가 생성되고 이들 중 하나는 상기 이진 벡터의 값과 동등한 다수의 비트들에 대하여 순환 자리이동 동작의 사용에 의해 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 블록들중 하나는 상기 이진 벡터의 현재값과 동등한 다수의 비트들에 대한 상기 순환 자리이동 동작에 적용되어 수정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 블록 변환에 있어서, 채움 표들은 T≥2의 숫자와, 상기 이진 벡터와 상기 v-번째 표에 의해 정의된 채움 동작을 사용해 수정된 상기 서브 블록에 따라 계산된 표수(v)가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.