The need of data protection is gradually increasing in storage and communication systems due to the increase in data breach incidents such as data hacking, leaking, and spilling. Especially in Wireless Sensor Network (WSN) where the devices are generally used in trustless environment, the security is a crucial issue. The commonly known method to prevent data breach is to use both encryption and authentication and many WSN standards support these security features. One of the most notable encryption algorithms is Ad-vanced Encryption Standard (AES) which is a symmetric-key block cipher algorithm selected by the National Institute of Standards and Technology (NIST) in 2001. However, since AES algorithm only ensures confiden-tiality of data, Counter with Cipher Block Chaining Message Authentication Code (CCM) mode, is employed with AES, abbreviated AES-CCM, to provide both confidentiality and authenticity of data. AES-CCM is widely used for media content protection in wireless communication and is supported in IEEE 802.15.4 WSN standard as the security feature.
In this thesis, two designs were proposed to achieve low-cost and low-area AES-CCM core architec-ture while satisfying restrictions and limitations from IEEE 802.15.4 WSN standard. AES-CCM architecture is implemented with 8-bit data path instead of the generic 128-bit or 32-bit data path to reduce the hardware complexity. The other design involves designing AES algorithm in unified transformation module. In addi-tion, common subexpression elimination technique is applied to the unified transformation module to reduce the number of hardware operator resources.
정보 해킹 및 누설과 같은 정보 유출(data breach) 사건이 매해 증가함에 따라 저장 장치 및 통신 시스템에서는 점차 정보 보안의 필요성이 증가하고 있다. 특히나 안전하지 않은 환경에서 통신을 하는 무선 감지 네트워크(WSN)의 경우 보안이 매우 중요하다. 정보 유출을 방지하기 위해서 주로 암호화(encryption)와 정보의 유효성 인증(authentication)을 사용하며, 많은 WSN 표준에서 이런 기법들이 지원되고 있다. Advanced Encryption Standard(AES)는 National Institute of Standards and Technology(NIST)에서 2001년에 표준화가 되었으며 널리 알려진 symmetric-key block cipher 암호화 알고리즘이다. 하지만, AES 알고리즘 자체는 암호화만 가능하기 때문에 AES와 함께 CCM 모드(AES-CCM)를 사용함으로써 정보의 유효성 인증도 할 수 있다. AES-CCM은 주로 무선 통신에서 보안 기법으로 이용되고 있으며, 또한 IEEE 802.15.4 표준에서도 AES-CCM을 지원하고 있다.
본 학위 논문에서는, IEEE 802.15.4 표준에 맞으면서 저비용 및 저면적 AES-CCM 코어 구조를 달성할 수 있는 설계를 두 가지 제안했다. 첫 번째로는 하드웨어 복잡도를 줄이기 위해서 일반적으로 통용되는 128비트 및 32비트 data path를 사용하지 않고 8-bit data path 구조를 가진 AES-CCM을 구현했다. 두 번째로 제안된 방법은 AES 알고리즘을 통합 변환 모듈로 설계를 해보고 더불어 common subexpression elimination (CSE) 기법을 적용을 하여 하드웨어 연산 개수를 줄였다.
