HIGHT

암호_

HIGHT

정지홍 2024. 9. 24. 16:53

KISA 암호이용활성화 - 국산 암호기술 - HIGHT

1. HIGHT

HIGh security and light weigHT
저전력, 경량화를 요구하는 컴퓨팅 환경에서의 기밀성을 위한 64비트 블록암호 알고리즘.
전체적인 구조는 피어스텔이 변형된 구조다.
128비트의 마스터키 ( 16개의 바이트로 구성)
- 8개의 8비트 화이트닝 키 생성 ( 블록암호의 안전성을 높히기 위해, 초기 변환 혹은 최종변환에 사용)
- 128개의 8비트 서브키 생성 ( 라운드 함수에서 사용)
  - 위의 키들을 가지고 총 32라운드를 거쳐서 64비트 암호문 출력
64비트 평문을 입력받아서 64비트 암호문을 출력함
제한적인 환경에서 구현하기 위해서 8비트 단위의 기본적 산술연산 xor,add,shift연산으로 동작
SEED , AES 보다 간단한 알고리즘. 하지만 안전성과 효율성을 고려하였음.

2. HIGHT의 키 스케쥴

2-1. HIGHT의 화이트닝키 생성

if ( 0<= i && i<= 3 ){
	WK[i] = MasterKey[ i + 12 ]
    }
else if ( 4<= i <= 7 ){
	WK[i] = MasterKey[ i - 4 ]
    }
 
 /** 즉, 초기 변환에는 MasterKey[ 12 ]부터 MasterKey[ 15 ] 사용
 	최종 변환에는 MasterKey[ 0 ]부터 MasterKey[ 3 ] 사용 **/

2-2. LFSR

LFSR( left feedback shift register )을 이용한다.
여기에서는 x^7 + x^3 + 1을 사용할 것이다. 즉, h는 2^7 -1 = 127의 주기를 가진다.
h는 아래와 같은 초기 내부 상태 값을 가진다.

그렇다면 i=1 , 2 , 3 ,...., 127에 대해서 아래와 같이 생성된다.

위에서 말했듯이 주기가 127이니 0번째와 127은 같다.

delta[0] = ( 1 , 0 , 1 , 1 , 0 , 1 , 0 )

if ( 1<=i && i<=127 ){
	S[i+6] = S[i+2] XOR S[i-1],
	delta[i] = ( S[i+6] ,  S[i+5] , S[i+4] , S[i+3] , S[i+2] , S[i+1] , S[i] )
}

2-3. 서브키 생성

⊞는 mod 256
delta는 위에서 본 LFSR의 h의 내부 상태의 값들임

for i in range ( 0 , 7 ):
   for j in range ( 0 , 7 ):
    	SubKey[16*i+j] = MasterKey[ j-i mod 8 ] ⊞ delta[16*i+j+8]
   for j in range ( 0 , 7 ):
    	SubKey[16*i+j+8] = MasterKey[(j-i mod 8)+8] ⊞ delta[16*i+j+8]

2-4. 암호화키 생성

8개의 화이트닝 키와 128개의 서브키를 생성한다. (1바이트 )
- WK0 , WK1 , ...., WK7
- SK0 , SK1 , ...., SK127

2-5. 복호화키 생성

암호화와 같은 키 들을 이용하지만, 순서가 다르다.
WK4, WK5 , WK6 , WK7이 초기 변환에.... WK0, WK1 , WK2 , WK3이 최종 변환에 사용
서브키는 SK' [i] = SK[127-i]로 사용한다.

3. 암호화 과정

3-1. 암호화 초기반환

HIGHT암호화의 첫번째는 초기반환이다.
입력을 받은 64비트의 평문 P를 화이트닝 키를 이용해서 라운드 함수의 입력으로 변환한다.

입력을 변환하는 방법은 아래와 같다.
- P가 홀수 블럭인 경우 그냥 흘러보냄
- P가 짝수번째인 경우....
  - 0번째는 WK0 적용.
  - 2번째는 WK1 , 4번째는 WK2 , 6번째는 WK3을 적용.

idx=0
for i in range ( 0 , 7 ):
	if i%2==1:
    	X[0,i] = P[i]
    else:
    	if idx%2==0:
	    	X[0,i] = P[i] ⊞ WK[idx]
        else:
        	X[0,i] = p [i] ⊕ WK[idx]
        idx+=1

3-2. 암호화 라운드 함수

라운드 함수는 아래의 두개의 보조 함수를 가진다.

라운드는 총 32라운드까지 존재한다.
입력에 대해서 아래와 같은 과정을 거친다.

/***** pseudo 느낌으로 그냥 해본 코드임! *****/
/***** 넣어도 동작 안함! *****/

uint8_t xor( uint8_t a , uint8_t b){
	return a^b;
}

uint8_t left_shift ( uint8_t x , uint8_t move_positions ){
	return x << move_positions;
 }
 
uint8_t right_shift ( uint8_t x , uint8_t move_positions){
 	return x >> positions;
}

void F0( uint8_t *x ){
	*x = left_shift( x , 1 ) xor left_shift( x , 2 ) xor left_shift( x , 7)
}

void F1( uint8_t *x ){
	*x = left_shift( x , 3 ) xor left_shift( x , 4 ) xor left_shift( x , 6)
}

int i,j;
for( i=1 ; i<32 ; i++ ){
	// i번째 라운드 진입
    for ( j=0 ; j<8 ; j++ ){
    	if ( (j-1)%2==0 ){ // P블럭 번호가 짝수인 경우(=j가 홀수) 앞으로 보내서, 다음 라운드때 처리한다.
        	X[i][j] = X[i-1][j-1] 
        }
       	else{
        	if ( j==0 )
            	X[i][0] = X[i-1][7] xor ( F0( X[i-1][6] ) ⊞ SK[4*i-1] )
            else if ( j==2 )
            	X[i][2] = X[i-1][1] ⊞ ( F0( X[i-1][0] ) xor SK[4*i-4] )
            else if ( j==4 )
            	X[i][4] = X[i-1][3] xor ( F0( X[i-1][2] ) ⊞ SK[4*i-3] )
            else if ( j==6 ) 
            	X[i][6] = X[i-1][5] ⊞ ( F0( X[i-1][4] ) xor SK[4*i-2] )
        }
 	 }
}
// 마지막 라운드인 32번째
X[32][0] = X[31][0]
X[32][1] = X[31][1] ⊞ ( F1( X[31][0] ) xor SK[124] )
X[32][2] = X[31][2]
X[32][3] = X[31][3] xor ( F1( X[31][2] ) ⊞ SK[125] )
X[32][4] = X[31][4]
X[32][5] = X[31][5] ⊞ ( F1( X[31][4] ) xor SK[126] )
X[32][6] = X[31][6]
X[32][7] = X[31][7] xor ( F1( X[31][6] ) ⊞ SK[127] )