독일 연방군대학교와 PQShield 연구진이 SHA-2와 SHA-3를 하나의 하드웨어 구조로 통합한 'SHARMONY' 설계를 발표했다. 양자내성암호(PQC) 표준들이 서로 다른 해시 알고리즘(SHA-2 또는 SHA-3/SHAKE)에 의존하는 문제를 해결하기 위해, 레지스터 뱅크와 라운드 상수 저장소, 패딩·제어 로직 등 면적 부담이 큰 구성요소만 선택적으로 공유하는 방식을 택했다. 활용도가 낮은 64비트 데이터패스의 절반을 활용해 SHA-224/256 스트림 두 개를 병렬 처리하는 '듀엣 모드'도 도입해 해시트리 기반 PQC 구조에 유리하다. Artix-7 FPGA에 구현한 결과 SHA-256 처리량이 초당 1959메가비트로 기존 SLotH·Sphincslet·OpenTitan·Caliptra 엔진 대비 100~152% 향상됐으며, 별도 구현을 결합한 설계보다 LUT 사용량은 평균 40%, FF 사용량은 평균 55% 줄었다.
- •SHA-2와 SHA-3를 하나의 하니돈웨어로 통합한 'SHARMONY' 설가 설가 개겉
- •렉지스트·람지굡상수·패당 로직 선택적 교유로 FIPS 180-4/202 준수하여 효율화
- •미사용 데이타패스 활용한 '둠쟏 버 버덤'로 SHA-224/256 드 스트림 흥렲 처리
- •Artix-7 FPGA 걬현 시 SHA-256 처리량 1959Mbps, 기존 엔진 대미 100~152% 향상
- •결합형 설가 대미 LUT 평 40%, FF 평 55% 절감
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SHARMONY: Composing SHA-2 and SHA-3 Hardware for Crypto-Agile PQC
SHA-2 및 SHA-3는 현재 암호 시스템의 기반이며, 양자 후 암호(PQC)로의 전환 시기에는 이 두 가지 해시 함수를 모두 효율적으로 지원해야 합니다. 국내 하드웨어 및 블록체인 개발자들은 SHARMONY와 같은 통합 하드웨어 아키텍처 연구를 통해, PQC 시대에도 안정적이고 효율적인 암호화 환경을 구축하는 방법을 모색해야 합니다. 이는 국가 보안 인프라 업그레이드에 필수적인 고려 사항입니다.
본문 미리보기
This work composes SHA-2 and SHA-3 into a unified hardware architecture, bringing them together as a single, efficient cryptographic ensemble. This need is driven in particular by Post-Quantum Cryptography (PQC), where different standardized schemes rely on either SHA-2 or SHA-3/SHAKE primitives. Rather than enforcing strict round-level unification, the proposed design applies selective sharing across the most area-critical components, including a shared 25x64-bit register bank, shared round-con
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