이 논문은 사이드채널 공격 방어를 위한 마스킹 기법에서 그동안 형식적 안전성 증명이 가정해온 '균등분포·독립적 난수'가 실제 선형귀환시프트레지스터(LFSR) 등 구체적 의사난수 생성기(PRNG)에서도 성립하는지를 처음으로 공동 검증하는 프레임워크를 제시한다. 저자들은 선형 암호해석 기법에서 차용한 월시-아다마르 변환을 d-프로빙 모델로 확장해 PRNG와 마스킹 스킴을 함께 분석하며, 4비트·8비트 S박스에 이를 적용하고 FPGA 실험으로 결과를 검증했다. 이번 확장판에는 4비트 SKINNY S박스의 2차 마스킹 구현에 대한 새로운 이론적 안전성 결과와, 8비트·4비트 SKINNY S박스의 1차 마스킹 하드웨어 구현에 대한 사이드채널 실측 평가가 추가됐다. 이는 마스킹 안전성 증명에서 간과돼 온 난수 생성기 선택 문제를 정면으로 다뤘다는 점에서 암호 구현 보안 연구에 의미가 있다.
- •논문은 마스킹 스킴의 형식적 안전성 증명이 가정하는 균등·독립 난수 조건이 실제 LFSR 기반 PRNG에서도 성립하는지 검증하는 프레임워크를 제시한다.
- •선형 암호해석의 월시-아다마르 변환 기법을 d-프로빙 모델로 확장해 PRNG와 마스킹을 함께 분석했다.
- •4비트·8비트 S박스에 프레임워크를 적용하고 FPGA 실측 실험으로 이론적 결과를 검증했다.
- •확장판에는 4비트 SKINNY S박스의 2차 마스킹 새 이론 결과와 8비트 SKINNY의 사이드채널 실측 평가가 추가됐다.
- •이 연구는 TCHES 2026 3호에 게재된 논문의 확장판이다.
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LFSRs and Boolean Masking: An In-depth Security Analysis
- 1.선형피드백시프트레지스터(LFSR)와 마스킹 기법을 함께 검증하는 새로운 프레임워크 제시
- 2.월시-아다마르 변환 기법을 확장해 d-프로빙 모델에서 난수생성기·마스킹 강건성 공동 검증
- 3.4비트·8비트 S박스에 적용, FPGA 실측으로 검증 결과 뒷받침
- 4.기존 연구는 난수생성기를 균일분포로 가정했으나 이번 프레임워크는 PRNG 안전성까지 함께 분석
왜 중요한가?
기존 마스킹 안전성 증명은 난수 생성기가 완전히 균일·독립적이라고 가정했지만, 실제 LFSR 기반 PRNG는 이 가정을 만족하지 않을 수 있어 사이드채널 방어에 숨은 취약점이 있을 수 있음을 짚었다. 하드웨어 암호 구현의 실제 보안 검증에 새로운 분석 도구를 제공한다.
본문 미리보기
Masking is a widely adopted countermeasure to protect cryptographic implementations from side-channel attacks. Subsequent research has focused on designing masking schemes and formally proving their security, notably through the development of automated tools, within models abstracting the reality of a sidechannel analysis. These designs rely on an external source of randomness; however, there is currently no consensus on the choice of (pseudo-)random number generators for masking. To the best o
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