QARMA

QARMA(Qualcomm ARM^[1] Authenticator의)는 주로 포인터 인증 코드의 암호화 해시로서 소프트웨어를 ^[2]보호하기 위해 ARMv8 아키텍처에서 사용되는 것으로 알려진 경량 조정 가능한 블록 암호입니다.이 암호는 2016년 ^[2]^[3]로베르토 아반지에 의해 제안되었다.QARMA에는 QARMA-64(128비트암호키에 의한 64비트블록사이즈)와 QARMA-128(256비트키에 의한 128비트블록사이즈)의 2가지 버전이 정의되어 있습니다.QARMA의 설계는 PRINCE와 MANTIS의 ^[3]영향을 받았습니다.이 암호는 지연 시간이 짧은(메모리 암호화 등) 완전 전개 하드웨어 구현을 목적으로 합니다.XTS 모드와 달리 주소는 직접 수정으로 사용할 수 있으며 먼저 블록 암호화로 화이트화할 필요가 없습니다.

아키텍처

QARMA의 개요(오버바는 역변환을 나타냅니다)

QARMA는 3단계를 사용하는 이븐 만수르 암호로, 화이트닝 키⁰ w와¹ w 사이에 XOR이 있습니다.

치환 F는 코어 키⁰ k를 사용하고 있으며 Tweak에 의해 파라미터화되어 있습니다.내부에 r라운드가 있다(r = QARMA-64의 경우 7, r = QARMA-128의 경우 11).
"중앙" 치환 C는 키 k를¹ 사용하며 단순한 키 변환을 통해 가역적으로 설계된다(2개의 중앙 라운드를 포함한다).
세 번째 순열은 첫 번째 순열의 역수입니다(r개 이상의 라운드).

모든 키는 전문화를 사용하여 마스터 암호 키 K에서 파생됩니다.

K는 wConcatenation⁰ k로⁰ 절반으로 분할되며, 각각은 절반 크기의 비트를 가집니다.
암호화¹⁰(w >> 1) + (w⁰ >> (half size-1)의 경우)
암호화의¹ 경우 k⁰ = k;
암호 해독에는 k+α를 핵심 키로 사용하고 k¹ = Q•k⁰, w¹ 및⁰ w를 교환하는 한⁰ 동일한 설계를 사용할 수 있습니다.여기서 α는 특수 상수이고 Q는 특수 인볼루터리 행렬이다.이 구조는 PRINCE의 알파 반사와 유사합니다.

QARMA 상세 정보

\digamma

에는

【디스플레이

스타일

】

의

\digamma

라운드가 있고

,

아래에는

【

C

스타일】의 라운드가

있으며

, 오른쪽에는

【

디스플레이 스타일

C

】

의

C

라운드가 있습니다.내부 경로는 내부 상태의 변환을 나타내며 외부 경로는 수정 업데이트에 해당합니다. c는 둥근_i 상수입니다.

데이터는 16개의 셀(QARMA-64의 경우 4비트니블, QARMA-128의 경우 8비트바이트)로 분할됩니다.내부 상태도 16개의 셀을 포함하고 4x4 매트릭스로 배열되며 평문(w로 XORed)에⁰ 의해 초기화됩니다. $각$ 라운드에서 상태는 $\tau ,M,S$ $\digamma$ M $\tau ,M,S$ 、 $\tau ,M,S$ \ $displaystyle \ tau 、 M$ S :

$§$ $({displaystyle$ \tau $}$ 는 $\tau$ 셀([0, 11, 6, 13, 10, 1, 12, 7, 14, 3, 8, 15, 4, 9, 2])의 MIDORI 치환인 ShuffleCells입니다.
$(\displaystyle$ M $)$ 은 $M$ MixColumns입니다. 각 열은 고정 행렬 M으로 곱됩니다.
$(\displaystyle$ S $)$ 는 $S$ 서브셀입니다.각 셀은 S박스를 사용하여 변환됩니다.

각 라운드의 수정은 h $h,\omega$ , $"\displaystyle$ h $,\obega$ 를 $h,\omega$ 하여 갱신됩니다.

$({displaystyle$ h $}$ 는 $h$ MANTIS([6, 5, 14, 15, 0, 1, 2, 3, 7, 12, 13, 4, 8, 9, 11])로부터의 셀 치환입니다.
$§$ $(\displaystyle$ \omega $)$ 는 $\omega$ 각 셀에 적용되는 LFSR로, 번호(0, 1, 3, 4, 8, 11, 13)가 있습니다.QARMA-64의 경우, QARMA-128의 경우 LFSR은 (b3, b2, b1, b0) ( ( b0 + b1, b3, b2, b1, b1)입니다(b7, b6, ..., b0).

$【{$ $display$ } 】(< ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ $})$ ${\overline {\digamma }}$ 는 ${\overline {\digamma }}$ 【 ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ 】, 【 ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ 】, 【 ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ 【 h ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ 】, $【$ $display$ 】(< $style overline }, {\overline$ { $M$ }, {\ $line$ {S $},$ { $h}, {\$ overline {\line ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}},{\overline {h}},{\overline {\omega }}$ 의 중앙 연산으로 구성됩니다.S $}$ 및 $\tau ,M,S$ ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}}$ ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}}$ ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}}$ 、 $（$ \ $displaystyle$ \ $overline$ \ $tau$ } , { \ $overline$ { $M$ } , { \ overline { $S$ } ${\overline {\tau }},{\overline {M}},{\overline {S}}$ ） 에는, 상태의 곱셈과 인볼루터리 행렬 Q 가 포함됩니다.

레퍼런스

원천

Avanzi, Roberto (2016). The QARMA Block Cipher Family (PDF). IACR Transactions on Symmetric Cryptology (ToSC). Vol. 17 (published 8 March 2017). pp. 4–44. doi:10.13154/tosc.v2017.i1.4-44. Archived from the original (PDF) on May 13, 2020.
Zong, Rui; Dong, Xiaoyang (2016). "Meet-in-the-Middle Attack on QARMA Block Cipher" (PDF). iacr.org. IACR. Retrieved 10 June 2022.
Kaur, Jasmin; Kermani, Mehran Mozaffari; Azarderakhsh, Reza (1 January 2022). "Hardware Constructions for Lightweight Cryptographic Block Cipher QARMA With Error Detection Mechanisms". IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing. 10 (1): 514–519. doi:10.1109/TETC.2020.3027789. eISSN 2376-4562.
Li, Rongjia; Jin, Chenhui (4 May 2018). "Meet-in-the-Middle Attacks on Reduced-Round QARMA-64/128". The Computer Journal. 61 (8): 1158–1165. doi:10.1093/comjnl/bxy045. eISSN 1460-2067. ISSN 0010-4620.
Yang, Dong; Qi, Wen-feng; Chen, Hua-jin (2018). "Impossible Differential Attack on QARMA Family of Block Ciphers". Cryptology ePrint Archive.

외부 링크

[1] Qameleon v. 1.0: NIST Lightweight Cryptography Standardiza on Process에 대한 제출

[FOOTNOTEZongDong2016-2] 종앤동 2016.

[FOOTNOTEAvanzi2016-3] 아반지 2016.

[1]

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