Rijndael 암호 알고리즘을 구현한 암호 프로세서의 설계

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본 논문에서는 AES(Advanced Encryption Standard)로 채택된 Rijndael 알고리즘을 구현한 암호 프로세서를 설계하였다. 암호화와 복호화를 모두 수행할 수 있으며, 128비트의 블록과 128비트의 키 길이를 지원한다. 성능과 면적 측면을 모두 고려하여 가장 효율적인 구조로 한 라운드를 구현한 후, 라운드 수만큼 반복하여 암복호화를 수행하도록 하였다. 대부분의 다른 블록 암호 알고리즘과 달리 암복호화 시 구조가 다른 Rijndael의 특성으로 인한 면적의 증가를 최소화하기 위해 ByteSub와 InvByteSub은 알고리즘을 기반으로 구현함으로써 메모리로만 구현하는 방법에 비해 비슷한 성능을 가지면서 필요한 메모리 양은 1/2로 줄였다. 이와 같이 구현한 결과, 본 논문의 Rijndael 암호 프로세서는 0.5um CMOS 공정에서 약 15,000개의 게이트, 32K-bit ROM과 1408-bit RAM으로 구성된다. 그리고 한 라운드를 한 클럭에 수행하여 암복호화 하는데 블럭 당 총 11클럭이 걸리고, 110MHz의 동작 주파수에서 1.28Gbps의 성능을 가진다. 이는 현재 발표된 논문들과 비슷한 성능을 가지면서 면적의 가장 큰 비중을 차지하는 메모리 양은 절반 이상 감소하여 지금까지 발표된 논문 중 가장 우수한 면적 대 성능 비를 가지는 것으로 판단된다.

기타언어초록

This paper describes a design of cryptographic processor that implements the Rijndael cipher algorithm, the Advanced Encryption Standard algorithm. It can execute both encryption and decryption, and supports only 128-bit block and 128-bit keys. As the processor is implemented only one round, it must iterate 11 times to perform an encryption/decryption. We implemented the ByteSub and InvByteSub transformation using the algorithm for minimizing the increase of area which is caused by different encryption and decryption. It could reduce the memory size by half than implementing, with only ROM. We estimate that the cryptographic processor consists of about 15,000 gates, 32K-bit ROM and 1408-bit RAM, and has a throughput of 1.28 Gbps at 110 MHz clock based on Samsung 0.5um CMOS standard cell library. To our knowledge, this offers more reduced memory size compared to previously reported implementations with the same performance.

키워드

cryptography block cipher AES Rijndael

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